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生產(chǎn)率計(jì)算卡
被
加工
零件
圖號(hào)
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(hào)
序號(hào)
工步
名稱
被加工零件數(shù)量
加工直徑(mm)
加工長(zhǎng)度
(mm)
工作行程
(mm)
切削速度
(m
/?min)
每分鐘轉(zhuǎn)速
(r/
min)
進(jìn)給量
(mm/r)
進(jìn)給速度
(mm
/min)
工時(shí)(min)
機(jī)加工
時(shí)間
輔助
時(shí)間
共計(jì)
1
裝卸工件
1
0.5
0.5
2
滑臺(tái)快進(jìn)
8000
0
0
3
多軸箱工進(jìn)
(鉆孔Φ80)
80
120
120
25
100
0.4
40
3
3
4
多軸箱工進(jìn)
(鉆孔Φ60)
60
120
120
25
132
0.4
52.8
2.27
2.27
5
多軸箱工進(jìn)
(鉆孔Φ51)
51
90
90
25
156
0.4
62.4
1.44
1.44
6
滑臺(tái)快退
1
8000
0
0
備注
裝卸工件時(shí)間取決于操作者熟練程度,本機(jī)床計(jì)算時(shí)取0.9min
總計(jì)
4.427min
單件工時(shí)
4.427min
機(jī)床生產(chǎn)率
13.5件/h
機(jī)床負(fù)荷率
90.6%
摘 要
組合機(jī)床是根據(jù)工件加工需要，以通用部件為基礎(chǔ)，配以少量專用部件組成的一種高效率專用機(jī)床。
本文根據(jù)CA6140后托架的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、設(shè)計(jì)加工CA6140后托架的三個(gè)孔的組合鏜床及主軸箱，首先分析CA6140后托架的零件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，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(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速，安全可靠，選擇液壓滑臺(tái)；根據(jù)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(jì)算扭矩確定主軸和傳動(dòng)軸的直徑；繪出機(jī)床尺寸聯(lián)系圖；接著，設(shè)計(jì)多軸箱，多軸箱的齒輪的模數(shù)是通過計(jì)算齒面接觸強(qiáng)度和齒根彎曲強(qiáng)度確定的；軸上的鍵等零件選取相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)件，并對(duì)軸進(jìn)行校核計(jì)算。
本課題所設(shè)計(jì)的CA6140后托架三孔加工組合機(jī)床，提高了加工精度和生產(chǎn)效率，減少了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，增加了經(jīng)濟(jì)效益。
關(guān)鍵詞：組合機(jī)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(jī)床的特點(diǎn) 1
1.2 組合機(jī)床的分類和組成 1
1.3 組合機(jī)床國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 2
2 組合機(jī)床總體設(shè)計(jì) 5
2．1 組合機(jī)床工藝方案的制定 5
2．2 組合機(jī)床配置型式及結(jié)構(gòu)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(jī)床生產(chǎn)率計(jì)算卡 14
3 組合機(jī)床主軸箱設(shè)計(jì) 16
3.1繪制右主軸箱設(shè)計(jì)原始依據(jù)圖 16
3.2 主軸、齒輪的確定及動(dòng)力計(jì)算 18
3.2.1 主軸型式和直徑、齒輪模數(shù)的確定 18
3.2.2 主軸箱的動(dòng)力計(jì)算 18
3.3主軸箱傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算 18
3.3.1 驅(qū)動(dòng)軸、主軸的坐標(biāo)計(jì)算 18
3.3.2 擬訂主軸箱傳動(dòng)路線 18
3.3.3 確定傳動(dòng)軸位置和齒輪齒數(shù) 19
3.4 多軸箱坐標(biāo)計(jì)算、繪制坐標(biāo)檢查圖 22
3.4.1 選擇加工基準(zhǔn)坐標(biāo)系XOY,計(jì)算主軸、驅(qū)動(dòng)軸坐標(biāo) 22
3.4.2傳動(dòng)軸的坐標(biāo) 22
3.4.3 驗(yàn)算中心距誤差 23
3.4.4 繪制坐標(biāo)檢查圖 23
3.5 齒輪強(qiáng)度校核 23
3.5.1 校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度 24
3.5.2 校核接觸疲勞強(qiáng)度 25
3.6 傳動(dòng)軸直徑的確定和軸的強(qiáng)度校核 26
3.6.1 軸的直徑的確定 26
3.6.2 軸的強(qiáng)度校核 26
3.7 主軸箱體及其附件的選擇設(shè)計(jì) 30
3.7.1 主軸箱的選擇設(shè)計(jì) 30
3.7.2 主軸箱上的附件材料的設(shè)計(jì) 30
4 總 結(jié) 31
致 謝 32
參 考 文 獻(xiàn) 33
34
1 前 言
1.1 組合機(jī)床的特點(diǎn)
組合機(jī)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(jī)床。它能夠?qū)σ环N（或幾種）零件進(jìn)行多刀、多軸、多面、多工位加工。在組合機(jī)床上可以完成鉆孔、擴(kuò)孔、銑削磨削等工序，生產(chǎn)效率高，加工精度穩(wěn)定。
組合機(jī)床與通用機(jī)床、其他專用機(jī)床比較，具有以下特點(diǎn)：
（1） 組合機(jī)床上的通用部件和標(biāo)準(zhǔn)零件約占全部機(jī)床零、部件總量的70～80%，因此設(shè)計(jì)和制造的周期短，投資少，經(jīng)濟(jì)效果好。
（2） 由于組合機(jī)床采用多刀加工，并且自動(dòng)化程度高，因此比通用機(jī)床生產(chǎn)效率高，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，勞動(dòng)強(qiáng)度低。
（3） 組合機(jī)床的通用部件是經(jīng)過周密設(shè)計(jì)和長(zhǎng)期生產(chǎn)實(shí)踐考驗(yàn)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(jī)床上加工零件時(shí)，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(duì)操作工人水平要求不高。
（5）當(dāng)被加工產(chǎn)品更新時(shí)，采用其他類型的專用機(jī)床時(shí)，其大部分件要報(bào)廢。用組合機(jī)床時(shí)，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(jì)和制造。
（6）組合機(jī)床易于聯(lián)成組合機(jī)床自動(dòng)線，以適應(yīng)大規(guī)模的生產(chǎn)需要。
組合機(jī)床常用的通用部件有：機(jī)身、底座、立柱、動(dòng)力箱、動(dòng)力滑臺(tái)，各種工藝切削頭等。對(duì)于一些按循序加工的多工位組合機(jī)床，還具有移動(dòng)工作臺(tái)或回轉(zhuǎn)工作臺(tái)。
動(dòng)力箱、各種工藝切削頭和動(dòng)力滑臺(tái)是組合機(jī)床完成切削主運(yùn)動(dòng)或進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力部件。其中還有能同時(shí)完成切削主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力頭。
機(jī)身、立柱、中間底座等是組合機(jī)床的支承部件，起著機(jī)床的基礎(chǔ)骨架作用。組合機(jī)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(jī)床的分類和組成
組合機(jī)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(jī)功率為1.5-30千瓦的動(dòng)力部件及其配套部件。這類動(dòng)力部件多為箱體移動(dòng)的結(jié)構(gòu)形式。小型通用部件是指電機(jī)功率甾.1-2.2千瓦的動(dòng)力部件及其配套不見。這類動(dòng)力部件多為套筒移動(dòng)的結(jié)構(gòu)形式。用大型通用部件組成的機(jī)床稱為大型組合機(jī)床。用小型通用部件真誠(chéng)的機(jī)床稱為小型組合機(jī)床。按設(shè)計(jì)的要求本次設(shè)計(jì)的機(jī)床為大型通用機(jī)床。
組合機(jī)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(jī)床兩大類。單工位機(jī)床又有單面、雙面、三面和四面幾種，多工位機(jī)床則有移動(dòng)工作臺(tái)式、回轉(zhuǎn)工作臺(tái)式、中央立柱式和回轉(zhuǎn)鼓輪式等配置型式。本次設(shè)計(jì)的機(jī)床為單工位雙面銑床。
1.3 組合機(jī)床國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀
1）國(guó)外研究現(xiàn)狀：
世界上第一臺(tái)組合機(jī)床于1908年在美國(guó)問世，30年代后組合機(jī)床在世界各國(guó)得到迅速發(fā)展。至今，它已成為現(xiàn)代制造工程的關(guān)鍵設(shè)備之一。從2002年年底第21屆日本國(guó)際機(jī)床博覽會(huì)上獲悉，在來自世界10多個(gè)國(guó)家和地區(qū)的500多家機(jī)床制造商和團(tuán)體展示的最先進(jìn)機(jī)床設(shè)備中，超高速和超高精度加工技術(shù)裝備與復(fù)合、多功能、多軸化控制設(shè)備等深受歡迎。據(jù)專家分析，機(jī)床裝備的高速和超高速加工技術(shù)的關(guān)鍵是提高機(jī)床的主軸轉(zhuǎn)速和進(jìn)給速度。該屆博覽會(huì)上展出的加工中心，主軸轉(zhuǎn)速10000～20000r/min，最高進(jìn)給速度可達(dá)20～60m/min；復(fù)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(shí)，加工的形狀卻日益復(fù)雜。多軸化控制的機(jī)床裝備適合加工形狀復(fù)雜的工件。另外，產(chǎn)品周期的縮短也要求加工機(jī)床能夠隨時(shí)調(diào)整和適應(yīng)新的變化，滿足各種各樣產(chǎn)品的加工需求。 然而更關(guān)鍵的是現(xiàn)代通信技術(shù)在機(jī)床裝備中的應(yīng)用，信息通信技術(shù)的引進(jìn)使得現(xiàn)代機(jī)床的自動(dòng)化程度進(jìn)一步提高，操作者可以通過網(wǎng)絡(luò)或手機(jī)對(duì)機(jī)床的程序進(jìn)行遠(yuǎn)程修改，對(duì)運(yùn)轉(zhuǎn)狀況進(jìn)行監(jiān)控并積累有關(guān)數(shù)據(jù)；通過網(wǎng)絡(luò)對(duì)遠(yuǎn)程的設(shè)備進(jìn)行維修和檢查、提供售后服務(wù)等。
2.國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀：
30多年來，我國(guó)組合機(jī)床通用部件經(jīng)歷了一個(gè)從無到有、從點(diǎn)到面、從低到高的逐步發(fā)展的歷史時(shí)期。進(jìn)入90年代，組合機(jī)床行業(yè)加快發(fā)展，行業(yè)的整體實(shí)力和新產(chǎn)品的質(zhì)量及水平有了顯著的提高。目前的現(xiàn)狀的是：
a.組合機(jī)床制造技術(shù)由過去的以加工為主的單機(jī)及自動(dòng)線向綜合成套方向轉(zhuǎn)化。b.組合機(jī)床的控制技術(shù)由傳統(tǒng)的程序控制技術(shù)向數(shù)控、計(jì)算機(jī)管理與監(jiān)控方向發(fā)展。c.組合機(jī)床的開發(fā)設(shè)計(jì)手段由過去的人工設(shè)計(jì)，轉(zhuǎn)向計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)。
組合機(jī)床行業(yè)雖然取得了較大的進(jìn)步與發(fā)展，但是，在制造技術(shù)高速發(fā)展的今天，由于基礎(chǔ)薄弱，從整體上看，與國(guó)外先進(jìn)水平、與國(guó)內(nèi)用戶的要求還存在著一定的差距，主要表現(xiàn)在：產(chǎn)品可靠性較差；可調(diào)可變性差；缺少必要的適應(yīng)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(zhǎng)，滿足不了用戶要求。80年代以來，國(guó)外組合機(jī)床技術(shù)在滿足精度和效率要求的基礎(chǔ)上，正朝著綜合成套和具備柔性的方向發(fā)展。組合機(jī)床的加工精度、多品種加工的柔性以及機(jī)床配置的靈活多樣方面均有新的突破性發(fā)展，實(shí)現(xiàn)了機(jī)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(dòng)監(jiān)控。
1.4 Pro/E軟件簡(jiǎn)介
Pro/Engineer操作軟件是美國(guó)參數(shù)技術(shù)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(shù)的最早應(yīng)用者，在目前的三維造型軟件領(lǐng)域中占有著重要地位，Pro/Engineer作為當(dāng)今世界機(jī)械CAD/CAE/CAM領(lǐng)域的新標(biāo)準(zhǔn)而得到業(yè)界的認(rèn)可和推廣。是現(xiàn)今主流的CAD/CAM/CAE軟件之一，特別是在國(guó)內(nèi)產(chǎn)品設(shè)計(jì)領(lǐng)域占據(jù)重要位置。
Pro/Engineer操作軟件是美國(guó)參數(shù)技術(shù)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(shù)的最早應(yīng)用者，在目前的三維造型軟件領(lǐng)域中占有著重要地位，Pro/Engineer作為當(dāng)今世界機(jī)械CAD/CAE/CAM領(lǐng)域的新標(biāo)準(zhǔn)而得到業(yè)界的認(rèn)可和推廣。是現(xiàn)今主流的CAD/CAM/CAE軟件之一，特別是在國(guó)內(nèi)產(chǎn)品設(shè)計(jì)領(lǐng)域占據(jù)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(shù)化功能定義、實(shí)體零件及組裝造型，三維上色，實(shí)體或線框造型，完整工程圖的產(chǎn)生及不同視圖展示（三維造型還可移動(dòng)，放大或縮小和旋轉(zhuǎn)）。Pro/Engineer是一個(gè)功能定義系統(tǒng)，即造型是通過各種不同的設(shè)計(jì)專用功能來實(shí)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(duì)于工程師來說是更自然，更直觀，無需采用復(fù)雜的幾何設(shè)計(jì)方式。這系統(tǒng)的參數(shù)比功能是采用符號(hào)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(guān)系，任何一個(gè)參數(shù)改變，其也相關(guān)的特征也會(huì)自動(dòng)修正。這種功能使得修改更為方便和可令設(shè)計(jì)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(jī)上或一些支持Postscript格式的彩色打印機(jī)。Pro/Engineer還可輸出三維和二維圖形給予其他應(yīng)用軟件，諸如有限元分析及后置處理等，這都是通過標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)交換格式來實(shí)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(qiáng)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(shè)計(jì)能力，組裝能力（運(yùn)動(dòng)分析、人機(jī)工程分析）和工程制圖能力（不包括ANSI， ISO， DIN或 JIS標(biāo)準(zhǔn)），并且支持符合工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的繪圖儀（HP，HPGL）和黑白及彩色打印機(jī)的二維和三維圖形輸出。Pro/Engineer功能如下：
1．特征驅(qū)動(dòng)（例如：凸臺(tái)、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(guān)系來進(jìn)行設(shè)計(jì)。
4．支持大型、復(fù)雜組合件的設(shè)計(jì)（規(guī)則排列的系列組件，交替排列，Pro/PROGRAM的各種能用零件設(shè)計(jì)的程序化方法等）。
5．貫穿所有應(yīng)用的完全相關(guān)性（任何一個(gè)地方的變動(dòng)都將引起與之有關(guān)的每個(gè)地方變動(dòng)）。其它輔助模塊將進(jìn)一步提高擴(kuò)展 Pro/ENGINEER的基本功能。
二．、Pro/E機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)仿真
工程師無需等待物理原型就能測(cè)試產(chǎn)品的動(dòng)力行為。利用 Pro/ENGINEER 機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)仿真，您可以虛擬地仿真包含運(yùn)動(dòng)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(dòng)機(jī)、摩擦力和重力等動(dòng)力影響，相應(yīng)地調(diào)整產(chǎn)品性能。改善檢驗(yàn)和認(rèn)證過程并最大程度地提高設(shè)計(jì)信心，而無需承受制造昂貴原型的負(fù)擔(dān)。
與設(shè)計(jì)和分析工具完全集成，從而無需再花費(fèi)時(shí)間、精力和金錢來處理數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和關(guān)聯(lián)的錯(cuò)誤。
利用Pro/E機(jī)構(gòu)仿真有以下優(yōu)點(diǎn)：
? 可以創(chuàng)建虛擬樣機(jī)在桌面計(jì)算機(jī)中進(jìn)行測(cè)試，從而降低開發(fā)成本 模擬賽車懸架所受到的實(shí)際作用力。
? 能夠更快速和更早地將變更反映在產(chǎn)品中，并從桌面計(jì)算機(jī)測(cè)試中即時(shí)獲得結(jié)果。
? 通過縮短開發(fā)時(shí)間率先向市場(chǎng)推出更優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品。
? 通過對(duì)產(chǎn)品壽命進(jìn)行更準(zhǔn)確的估計(jì)，從而可降低保修成本。
? 利用具體的動(dòng)畫式生產(chǎn)指令進(jìn)行裝配，可以避免代價(jià)高昂的制造錯(cuò)誤。
? 通過利用從虛擬測(cè)試中所節(jié)省的時(shí)間來評(píng)估更多設(shè)計(jì)構(gòu)思，從而可開發(fā)出更新穎的產(chǎn)品。
? 在易于學(xué)習(xí)、直觀明了的用戶界面中工作。
2 組合機(jī)床總體設(shè)計(jì)
組合機(jī)床總體設(shè)計(jì)，針對(duì)CA6140后托架加工零件的特點(diǎn)，擬訂工藝和結(jié)構(gòu)方案，并進(jìn)行方案圖樣和有關(guān)技術(shù)文件設(shè)計(jì)。
2．1 組合機(jī)床工藝方案的制定
工藝方案的擬訂是組合機(jī)床設(shè)計(jì)的關(guān)鍵一步。因?yàn)楣に嚪桨冈诤艽蟪潭壬蠜Q定了組合機(jī)床的結(jié)構(gòu)配置和使用性能。因此，應(yīng)根據(jù)工件的加工要求和特點(diǎn)，按一定的原則、結(jié)合組合機(jī)床常用的工藝方法、充分考慮各種因素，并經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析后擬訂出先進(jìn)、合理、經(jīng)濟(jì)、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(shè)計(jì)的組合機(jī)床是用于加工CA6140后托架鏜孔專用組合機(jī)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(jī)床加工工件采用的基準(zhǔn)定位，是確保加工精度的重要條件。
本設(shè)計(jì)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(jìn)行。因此，定位基準(zhǔn)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(zhǔn)和夾壓點(diǎn)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(zhǔn)面，約束了x、y向的轉(zhuǎn)動(dòng)和z向的移動(dòng) 3個(gè)自由度。定位銷約束了x、y向的移動(dòng)2個(gè)自由度。菱形銷約束了z向的轉(zhuǎn)動(dòng)1個(gè)自由度。這樣工件的6個(gè)自由度被完全約束了得到了完全的定位。
2．2 組合機(jī)床配置型式及結(jié)構(gòu)方案的確定
根據(jù)選定的工藝方案確定機(jī)床的配置型式，并定出影響機(jī)床總體布局和技術(shù)性能的主要部件的結(jié)構(gòu)方案。既要考慮能實(shí)現(xiàn)工藝方案，以確保零件的精度、技術(shù)要求及生產(chǎn)率，又要考慮機(jī)床操作方便可靠，易于維修，且潤(rùn)滑、冷卻、排屑情況良好。對(duì)同一個(gè)零件的加工，可能會(huì)有各種不同的工藝方案和機(jī)床配置方案，在最后決定采取哪種方案時(shí)，絕不能草率，要全面地看問題，綜合分析各方面的情況，進(jìn)行多種方案的對(duì)比，從中選擇最佳方案。
各種形式的單工位組合機(jī)床，具有固定式夾具，通?？砂惭b一個(gè)工件，特別適用于大、中型殼體類零件的加工。根據(jù)配置動(dòng)力部件的型式和數(shù)量，這種機(jī)床可分為單面、多面復(fù)合式。利用多軸想同時(shí)從幾個(gè)方面對(duì)工件進(jìn)行加工。但其機(jī)動(dòng)時(shí)間不能與輔助時(shí)間重合，因而生產(chǎn)率比多工位機(jī)床低。
在認(rèn)真分析了被加工零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及所選擇的加工工藝方案，又由單工位組合機(jī)床的特點(diǎn)及適應(yīng)性，確定設(shè)計(jì)的組合機(jī)床的配置型式為單工位臥式組合機(jī)床。
2．3 各側(cè)具體零部件的設(shè)計(jì)、計(jì)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(chǎn)率要求等因素，所以加工3個(gè)孔的刀具均采用標(biāo)準(zhǔn)錐柄長(zhǎng)麻花鉆和單導(dǎo)向懸臂鏜刀。
2.3.2 鏜Φ孔
a. 切削用量的選擇
由參考文獻(xiàn)[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(zhuǎn)=0.25～0.8mm/r,則選取v=25mm/min, f轉(zhuǎn)=0.4mm/min,由公式
求出鏜刀的轉(zhuǎn)速：n=99.5 r/min，圓整為n=100r/min,則實(shí)際切削速度vc由公式
求得vc=25.12m/min，工進(jìn)速度vf=nf=100×0.4=40mm/min
b. 切削力，切削轉(zhuǎn)矩，切削功率及刀具耐用度的計(jì)算
刀具的切削力、切削轉(zhuǎn)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(zhǎng)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(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、裝配調(diào)整方便，廣泛用于擴(kuò)、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(xiàn)[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(xiàn)[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(dòng)卡頭的選擇
根據(jù)軸外徑Φ40mm，內(nèi)徑Φ30mm，由參考文獻(xiàn)[9]圖8-2選擇浮動(dòng)卡頭D×p=Tr28×3，根據(jù)鏜孔形式為單導(dǎo)向懸臂孔，采用較為普遍的內(nèi)滾式單導(dǎo)向懸臂鏜孔，根據(jù)卡頭內(nèi)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(dǎo)向裝置的選擇
由參考文獻(xiàn)[9]表3-4查得導(dǎo)套的總長(zhǎng)度：l1=106～159mm，導(dǎo)套口至工件的距離20～50mm，取導(dǎo)套的長(zhǎng)為150mm，選取導(dǎo)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(dòng)力箱只加工Φ80，Φ60,Φ51,行程主要由鏜孔Φ80決定工作進(jìn)給長(zhǎng)度，切入長(zhǎng)度一般為5-10mm，取L1=8mm，L2=5-10mm,取L2=8mm,切出長(zhǎng)度由參考文獻(xiàn)[9]表3-7查得，加工長(zhǎng)度L根據(jù)零件圖可知Φ80孔深120mm，算出工作進(jìn)給L工=8+120+8=136 mm
快退長(zhǎng)度的確定：一般選固定式夾具或鉆孔或擴(kuò)孔機(jī)床上，動(dòng)力頭快速退回行程只要將所有的刀具都退回至導(dǎo)套內(nèi)，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(jìn)、快退尺寸鏈圖
l快退=50+120+8=178mm, l快進(jìn)=50-8=42mm
h. 動(dòng)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(shè)多軸箱的傳遞效率η=0.85，則動(dòng)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(xiàn)[9]表5-38，選用1TD32-ⅤA型動(dòng)力箱驅(qū)動(dòng)（n馬達(dá)=470r/min,電機(jī)選Y112M-5型，功率為2.2kw）
已知工進(jìn)Vf=40mm/min,進(jìn)給力Fz=494.58N,又因1TD32-ⅤA型動(dòng)力箱的滑鞍長(zhǎng)L=400mm, ，由參考文獻(xiàn)[9]表5-1選擇1HY40型滑臺(tái)及配套后底座1CC401。
i. 多軸箱輪廓尺寸的設(shè)計(jì)
臥式組和機(jī)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(zhǔn)面的尺寸與機(jī)床裝料高度之和與側(cè)底座高度、滑座與側(cè)底座間的調(diào)整墊厚度（一般取5mm）、滑臺(tái)滑座總高、多軸箱底與滑臺(tái)滑座臺(tái)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(zhǔn)面的距離為0mm，選取裝料高度為1240mm，因?yàn)榛_(tái)與底座的型號(hào)都已經(jīng)選擇，所以側(cè)底座的高度為已知值：660mm，
滑臺(tái)滑座總高：330mm；滑座與側(cè)底座的調(diào)整墊厚度一般取5mm，多軸箱底與滑臺(tái)滑座臺(tái)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(shù)據(jù)查參考文獻(xiàn)[15]表8.22選取多軸箱尺寸B×H=500mm×400mm, 臺(tái)面寬度為260mm。
2.3.2 鏜Φ孔
a. 切削用量的選擇
由參考文獻(xiàn)[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(zhuǎn)=0.25～0.8mm/r,則選取v=25mm/min, f轉(zhuǎn)=0.4mm/min,由公式
求出鏜刀的轉(zhuǎn)速：n=132.69 r/min，圓整為n=132r/min,則實(shí)際切削速度vc由公式
求得vc=24.87m/min，工進(jìn)速度vf=nf=132×0.4=52.8mm/min
b. 切削力，切削轉(zhuǎn)矩，切削功率及刀具耐用度的計(jì)算
刀具的切削力、切削轉(zhuǎn)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(zhǎng)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(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、裝配調(diào)整方便，廣泛用于擴(kuò)、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(xiàn)[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(xiàn)[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(dòng)卡頭的選擇
根據(jù)軸外徑Φ30mm，內(nèi)徑Φ20mm，由參考文獻(xiàn)[9]圖8-2選擇浮動(dòng)卡頭D×p=Tr28×3，根據(jù)鏜孔形式為單導(dǎo)向懸臂孔，采用較為普遍的內(nèi)滾式單導(dǎo)向懸臂鏜孔，根據(jù)卡頭內(nèi)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(dǎo)向裝置的選擇
由參考文獻(xiàn)[9]表3-4查得導(dǎo)套的總長(zhǎng)度：l1=106～159mm，導(dǎo)套口至工件的距離20～50mm，取導(dǎo)套的長(zhǎng)為150mm，選取導(dǎo)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(dòng)力箱只加工Φ80，Φ60,Φ51,行程主要由鏜孔Φ80決定工作進(jìn)給長(zhǎng)度，切入長(zhǎng)度一般為5-10mm，取L1=8mm，L2=5-10mm,取L2=8mm,切出長(zhǎng)度由參考文獻(xiàn)[9]表3-7查得，加工長(zhǎng)度L根據(jù)零件圖可知Φ80孔深120mm，算出工作進(jìn)給L工=8+120+8=136 mm
快退長(zhǎng)度的確定：一般選固定式夾具或鉆孔或擴(kuò)孔機(jī)床上，動(dòng)力頭快速退回行程只要將所有的刀具都退回至導(dǎo)套內(nèi)，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(jìn)、快退尺寸鏈圖
l快退=50+120+8=178mm, l快進(jìn)=50-8=42mm
2.3.2 鏜Φ孔
a. 切削用量的選擇
由參考文獻(xiàn)[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(zhuǎn)=0.25～0.8mm/r,則選取v=25mm/min, f轉(zhuǎn)=0.4mm/min,由公式
求出鏜刀的轉(zhuǎn)速：n=156.11 r/min，圓整為n=156r/min,則實(shí)際切削速度vc由公式
求得vc=24.98m/min，工進(jìn)速度vf=nf=156×0.4=62.4mm/min
b. 切削力，切削轉(zhuǎn)矩，切削功率及刀具耐用度的計(jì)算
刀具的切削力、切削轉(zhuǎn)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(zhǎng)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(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、裝配調(diào)整方便，廣泛用于擴(kuò)、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(xiàn)[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(xiàn)[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(dòng)卡頭的選擇
根據(jù)軸外徑Φ30mm，內(nèi)徑Φ20mm，由參考文獻(xiàn)[9]圖8-2選擇浮動(dòng)卡頭D×p=Tr28×3，根據(jù)鏜孔形式為單導(dǎo)向懸臂孔，采用較為普遍的內(nèi)滾式單導(dǎo)向懸臂鏜孔，根據(jù)卡頭內(nèi)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(dǎo)向裝置的選擇
由參考文獻(xiàn)[9]表3-4查得導(dǎo)套的總長(zhǎng)度：l1=106～159mm，導(dǎo)套口至工件的距離20～50mm，取導(dǎo)套的長(zhǎng)為150mm，選取導(dǎo)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(dòng)力箱只加工Φ80，Φ60,Φ51,行程主要由鏜孔Φ80決定工作進(jìn)給長(zhǎng)度，切入長(zhǎng)度一般為5-10mm，取L1=8mm，L2=5-10mm,取L2=8mm,切出長(zhǎng)度由參考文獻(xiàn)[9]表3-7查得，加工長(zhǎng)度L根據(jù)零件圖可知Φ80孔深120mm，算出工作進(jìn)給L工=8+120+8=136 mm
快退長(zhǎng)度的確定：一般選固定式夾具或鉆孔或擴(kuò)孔機(jī)床上，動(dòng)力頭快速退回行程只要將所有的刀具都退回至導(dǎo)套內(nèi)，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(jìn)、快退尺寸鏈圖
l快退=50+120+8=178mm, l快進(jìn)=50-8=42mm
2.4 機(jī)床生產(chǎn)率計(jì)算卡
生產(chǎn)率計(jì)算卡是用以反映機(jī)床的加工過程、完成每一個(gè)動(dòng)作所需的時(shí)間、切削用量、機(jī)床生產(chǎn)率及機(jī)床負(fù)荷率等，計(jì)算公式參照參考文獻(xiàn)[9]P51-P52。
a. 理想生產(chǎn)率
理想生產(chǎn)率(單位為件/h)是指完成年生產(chǎn)綱領(lǐng)A(包括備品及廢品率在內(nèi))所要求的機(jī)床生產(chǎn)率。它與全年工時(shí)總數(shù)有關(guān)，一般情況下，單班制取2350h，兩班制取4700h。則
由公式得：
b. 實(shí)際生產(chǎn)率
實(shí)際生產(chǎn)率是指所設(shè)計(jì)的機(jī)床每小時(shí)實(shí)際可生產(chǎn)的零件數(shù)量。即公式
式中，—生產(chǎn)一個(gè)零件所需時(shí)間（min）。
式中 ——為刀具工作進(jìn)給長(zhǎng)度，單位為mm；
——為刀具工作進(jìn)給速度，單位為mm/min；
——當(dāng)加工沉孔、止口、锪窩、光整表面時(shí)，滑臺(tái)在死擋鐵上的停留時(shí)間，通常指刀具在加工終了時(shí)無進(jìn)給狀態(tài)下旋轉(zhuǎn)5～10轉(zhuǎn)所需的時(shí)間，單位為min
——分別為動(dòng)力部件快進(jìn)、快退行程長(zhǎng)度，單位為mm；
——?jiǎng)恿Σ考焖傩谐趟俣?。用機(jī)械動(dòng)力部件時(shí)取5～6m/min；用液壓動(dòng)力部件時(shí)取3～10m/min；
——直線移動(dòng)或回轉(zhuǎn)工作臺(tái)進(jìn)行一次工位轉(zhuǎn)換時(shí)間，一般取0.1min；
——工件裝、卸時(shí)間，它取決于裝卸自動(dòng)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(jī)床負(fù)荷率
機(jī)床負(fù)荷率為理論生產(chǎn)率與實(shí)際生產(chǎn)率之比。由參考文獻(xiàn)[9]公式
則
3 組合機(jī)床主軸箱設(shè)計(jì)
主軸箱是組合機(jī)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(shè)計(jì)的傳遞個(gè)主軸運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力部件。其動(dòng)力來自通用的動(dòng)力箱，與動(dòng)力箱一起安裝于進(jìn)給滑臺(tái)，可完成鉆、擴(kuò)、較、鏜等加工工序。
主軸箱一般具有多根主軸同時(shí)對(duì)一列孔系進(jìn)行加工。但也有單軸的，用于鏜孔居多，此次本設(shè)計(jì)的鏜孔就是屬于此類型。
目前主軸箱設(shè)計(jì)有一般設(shè)計(jì)法和電子計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)法兩種。計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)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(jī)交互方式，可迅速、準(zhǔn)確地設(shè)計(jì)傳動(dòng)系統(tǒng)，繪制主軸箱總圖、零件圖和箱體補(bǔ)充加工圖，打印出軸孔坐標(biāo)及組件明細(xì)表。一般設(shè)計(jì)法的順序是：繪制主軸箱設(shè)計(jì)原始依據(jù)圖；確定主軸結(jié)構(gòu)、軸頸及模數(shù)；擬訂傳動(dòng)系統(tǒng)；計(jì)算主軸、傳動(dòng)軸，繪制坐標(biāo)檢查圖；繪制多軸箱總圖，零件圖及編制組件明細(xì)表。在此用一般設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)多軸箱。
3.1繪制右主軸箱設(shè)計(jì)原始依據(jù)圖
主軸箱的設(shè)計(jì)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(jì)的原始要求和已知條件。
在編制此圖時(shí)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(duì)位置尺寸。
根據(jù)以上依據(jù)編制出的主軸箱設(shè)計(jì)原始依據(jù)圖如下圖所示：
圖3-1組合機(jī)床設(shè)計(jì)原始依據(jù)圖
注：1.被加工零件編號(hào)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(hào)
主軸外伸尺寸（mm）
切削用量
備注
D/d
L
工序內(nèi)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(dòng)力部件1TD32ⅤA，1HY32IA，N主=2.2KW,n=940r/min。
3.2 主軸、齒輪的確定及動(dòng)力計(jì)算
3.2.1 主軸型式和直徑、齒輪模數(shù)的確定
主軸結(jié)構(gòu)型式和直徑主要取決于工藝方法、刀具主軸聯(lián)接結(jié)構(gòu)、刀具的進(jìn)給抗力和切削轉(zhuǎn)矩。如鉆孔是常采用滾珠軸承主軸；擴(kuò)、鏜、鉸孔等工序常采用滾錐軸承主軸；主軸間距較小時(shí)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(shí)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(yàn)采用類比法從通用系列中選取各齒輪模數(shù)。為便于生產(chǎn)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(dòng)力計(jì)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(dòng)力見機(jī)床的總體設(shè)計(jì)，此處不在贅述。
3.3主軸箱傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算
3.3.1 驅(qū)動(dòng)軸、主軸的坐標(biāo)計(jì)算
根據(jù)主軸箱設(shè)計(jì)原始依據(jù)圖3-1，計(jì)算驅(qū)動(dòng)軸、主軸的坐標(biāo)尺寸，如表2-2所示：
表3-2 驅(qū)動(dòng)軸、主軸坐標(biāo)值
坐標(biāo)
銷O1
驅(qū)動(dòng)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(dòng)路線
在設(shè)計(jì)傳動(dòng)系統(tǒng)時(shí),要盡可能用較少的傳動(dòng)件，使數(shù)量較多的主軸獲得預(yù)定的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向，因此在設(shè)計(jì)時(shí)單一的計(jì)算或作圖的方法是難以達(dá)到要求的，現(xiàn)在一般采用“計(jì)算、作圖和試湊” 相結(jié)合的辦法來設(shè)計(jì)。
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(shè)計(jì)主軸箱的傳動(dòng)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(shè)中心傳動(dòng)軸5；同樣在主軸1和3兩軸中心連線的垂直平分線上設(shè)中心傳動(dòng)軸4。
為直觀起見將傳動(dòng)路線用樹形圖表達(dá)出，如下圖所示：
圖3-2 三孔鏜銷多軸箱傳動(dòng)樹形圖
3.3.3 確定傳動(dòng)軸位置和齒輪齒數(shù)
本主軸箱內(nèi)傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是按“計(jì)算、作圖和試湊”的一般方法來確定齒輪齒數(shù)、中間傳動(dòng)軸的位置和轉(zhuǎn)速，在設(shè)計(jì)過程中通過反復(fù)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(guān)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(qū)動(dòng)軸轉(zhuǎn)速求驅(qū)動(dòng)軸到各主軸之間的傳動(dòng)比
主軸1: n1=132r/min
主軸2: n2=100r/min
主軸3: n3=156r/min
驅(qū)動(dòng)軸: nO=470r/min
傳動(dòng)比: = = =
b. 傳動(dòng)軸位置、各軸之間的傳動(dòng)比、及嚙合齒輪齒數(shù)的確定
1.確定傳動(dòng)軸4的位置及其與驅(qū)動(dòng)軸0與主軸2的齒輪副齒數(shù)
傳動(dòng)軸4設(shè)在軸1、2中心連線的垂直平分線上，取驅(qū)動(dòng)軸0與傳動(dòng)軸4之間的傳動(dòng)比i0-4=2；驅(qū)動(dòng)軸0上的齒輪齒數(shù)z1=21；(設(shè)在第Ⅵ排)，齒輪模數(shù)m=2.5。
由i0-1=求出z4=42 取z4=42(設(shè)在第Ⅵ排),實(shí)際傳動(dòng)比i0-1=2；
則兩軸的中心距 A10-1=mm
傳動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速 n4=n1i4-1=470/2=235r/min
由i1=求出傳動(dòng)軸與主軸2之間的傳動(dòng)比為1.35，取z4-2=23(設(shè)在第Ⅲ排),則Z2=54，實(shí)際傳動(dòng)比i4-2=2.348；
則兩軸的中心，距 A10-1=mm
傳動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速 n4=n4i4-2=235/2.348=100.08r/min
2.確定傳動(dòng)軸5的位置及其與驅(qū)動(dòng)軸0與主軸1、3的齒輪副齒數(shù)
傳動(dòng)軸5設(shè)在軸1、3中心連線的垂直平分線上，取驅(qū)動(dòng)軸0與傳動(dòng)軸5之間的傳動(dòng)比i0-4=2；驅(qū)動(dòng)軸0上的齒輪齒數(shù)z1=21；(設(shè)在第Ⅵ排)，齒輪模數(shù)m=2.5。
由i0-5=求出z5=42 取z5=42(設(shè)在第Ⅵ排),實(shí)際傳動(dòng)比i0-1=2；
則兩軸的中心距 A10-1=mm
傳動(dòng)軸5的轉(zhuǎn)速 n4=n1i4-1=470/2=235r/min
由i1=3.56求出傳動(dòng)軸5與主軸1之間的傳動(dòng)比為1.78，取z5-1=28(設(shè)在第Ⅱ排),則Z1=49，實(shí)際傳動(dòng)比i5-1=1.75；
則兩軸的中心，距 A10-1=mm
傳動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速 n4=n6i5-1=235/1.75=134.3r/min
由i3=3.01求出傳動(dòng)軸5與主軸3之間的傳動(dòng)比為1.5，取z5-3=31(設(shè)在第Ⅲ排),則Z3=46，實(shí)際傳動(dòng)比i5-3=1.484；
則兩軸的中心，距 A10-1=mm
傳動(dòng)軸的轉(zhuǎn)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(dòng)軸5間的齒輪副齒數(shù)
油泵軸由傳動(dòng)軸6帶動(dòng)，將其安放在與傳動(dòng)軸同一垂直線上，取油泵軸與傳動(dòng)軸5相嚙合的一對(duì)齒輪傳動(dòng)比：i13-17=0.432,取z5-n=44,由i5-n=計(jì)算出zn7=19(設(shè)在第Ⅰ排),由A13-17=計(jì)算出中心距A13-17=78.75mm,
c. 驗(yàn)算各主軸轉(zhuǎn)速
n1=r/min
n2= r/min
n3= r/min
轉(zhuǎn)速相對(duì)損失在5%之內(nèi),符合設(shè)計(jì)要求。
d. 葉片泵的設(shè)置
由于葉片泵使用可靠，所以該主軸箱決定采用葉片泵進(jìn)行潤(rùn)滑。油泵打出的油經(jīng)分油器分向各個(gè)需潤(rùn)滑的部位，主軸箱體前后壁之間的齒輪用油盤潤(rùn)滑，箱體和后蓋以及前蓋的齒輪用油管潤(rùn)滑。該葉片潤(rùn)滑泵安裝在箱體的前表壁上，采用油泵傳動(dòng)軸帶動(dòng)葉片轉(zhuǎn)動(dòng)的傳動(dòng)方式，計(jì)算出：
n泵=r/min , n泵z在400-800r/min范圍內(nèi)，滿足要求。
3.4 多軸箱坐標(biāo)計(jì)算、繪制坐標(biāo)檢查圖
坐標(biāo)計(jì)算就是根據(jù)以知的驅(qū)動(dòng)軸和主軸的位置及傳動(dòng)關(guān)系，精確計(jì)算各中間傳動(dòng)軸的坐標(biāo)。其目的是為多軸箱箱體零件補(bǔ)充加工圖提供孔的坐標(biāo)尺寸，并用于繪制坐標(biāo)檢查圖來檢查齒輪排列、結(jié)構(gòu)布置是否正確合理。
3.4.1 選擇加工基準(zhǔn)坐標(biāo)系XOY,計(jì)算主軸、驅(qū)動(dòng)軸坐標(biāo)
加工基準(zhǔn)坐標(biāo)系在前文已經(jīng)選擇好了（請(qǐng)見圖3-1），驅(qū)動(dòng)軸及主軸的坐標(biāo)在3.3.1這一節(jié)也計(jì)算好了（請(qǐng)見表3-2）
3.4.2傳動(dòng)軸的坐標(biāo)
a. 傳動(dòng)軸4的坐標(biāo)計(jì)算：
坐標(biāo)系XOY中軸4的縱坐標(biāo)為：135.734，橫坐標(biāo)為135.96，即軸4坐標(biāo) (135.96,135.734)
b. 傳動(dòng)軸5的坐標(biāo)計(jì)算：
已知軸1和3的坐標(biāo)：1（200，210），3（326，210）
因?yàn)檩S5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(dòng)軸11的橫坐標(biāo)為：200+0.5（326-200）=263，利用勾股定理求出軸5相對(duì)于主軸1和3中心連線的距離A=,所以傳動(dòng)軸5的縱坐標(biāo)為：210-72.76718=137.233，即軸11的坐標(biāo)（263，137.233）
c. 油泵軸17的坐標(biāo)計(jì)算：
油泵軸與傳動(dòng)軸5在同一垂直線內(nèi)，所以其兩的縱坐標(biāo)相同，其兩在縱坐標(biāo)方向相距78.75mm,所以油泵軸17的坐標(biāo)為(263,215.983)
綜上所述,則得到中間傳動(dòng)軸與油泵軸的坐標(biāo)如下表所示：
表3-3 中間傳動(dòng)軸與油泵軸的坐標(biāo)
坐標(biāo)
傳動(dòng)軸4
傳動(dòng)軸5
油泵軸6
X
135.96
263.000
263.000
Y
135.734
137.233
215.983
3.4.3 驗(yàn)算中心距誤差
經(jīng)驗(yàn)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(biāo)檢查圖
在坐標(biāo)計(jì)算完成后，要繪制坐標(biāo)及傳動(dòng)關(guān)系檢查圖，用以全面檢查傳動(dòng)系統(tǒng)的正確性。
圖3-3鏜三孔多軸箱坐標(biāo)檢查圖
3.5 齒輪強(qiáng)度校核
在初步確定主軸傳動(dòng)系統(tǒng)后還要對(duì)危險(xiǎn)齒輪進(jìn)行強(qiáng)度校核，尤其對(duì)低速級(jí)齒輪或齒根到鍵槽距離較小的齒輪及受轉(zhuǎn)矩較大的齒輪進(jìn)行校核，以保證傳動(dòng)系統(tǒng)平穩(wěn)準(zhǔn)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(qū)動(dòng)齒輪，因?yàn)槠鋫鲃?dòng)的功率大，如果它能滿足強(qiáng)度要求，則其他的齒輪也應(yīng)滿足要求。
驅(qū)動(dòng)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(qū)動(dòng)軸所傳遞的功率P=1.68kw,轉(zhuǎn)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(qiáng)度
齒根彎曲疲勞強(qiáng)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(qiáng)度極限 、
查參考文獻(xiàn)[13]圖6.9取Mpa,
b. 彎曲疲勞壽命系數(shù)、
查參考文獻(xiàn)[13]圖6.7取，
c. 許用彎曲應(yīng)力、
取定彎曲疲勞系數(shù)SF=1.4, 應(yīng)力修正系數(shù)YST=2.0得
Mpa
Mpa
d. 齒形系數(shù)、和應(yīng)力修正系數(shù)、
查參考文獻(xiàn)[13]表6.4得=2.62，=2.22， =1.59，=1.77
e. 計(jì)算大、小齒輪的與，并加以比較取其中大值帶入公式計(jì)算
， 大齒輪的數(shù)值較大，應(yīng)按大齒輪校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度
校核計(jì)算：
Mpa≤ 彎曲疲勞強(qiáng)度足夠
3.5.2 校核接觸疲勞強(qiáng)度
接觸疲勞強(qiáng)度由公式： 進(jìn)行校核
確定公式中各參數(shù)值：
a. 小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩T1： N·mm
b. 大、小齒輪接觸疲勞強(qiáng)度極限、
按齒面硬度查參考文獻(xiàn)[13]圖6.8得大、小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限=600 Mpa，=560 Mpa
c. 接觸疲勞壽命系數(shù)、
查參考文獻(xiàn)[13]圖6.6得=0.9，=0.95
d. 計(jì)算許用接觸應(yīng)力
取安全系數(shù)SH=1，則 Mpa
Mpa
Mpa
e. 確定材料系數(shù)ZE 查參考文獻(xiàn)[13]表6.3得ZE=189.8
f. 計(jì)算圓周速度v m/s
g. 確定載荷系數(shù)K
查參考文獻(xiàn)[13]表6.2得使用系數(shù)KA=1, 根據(jù)v=1.29m/s,7級(jí)精度查參考文獻(xiàn)[13]圖6.10得動(dòng)載系數(shù)Kv=1.1,查圖6.13得Kβ=1.18,則K=KAKvKβ=1×1.1×1.18=1.298
校核計(jì)算:
Mpa≤ 接觸疲勞強(qiáng)度滿足要求。所以該齒輪滿足使用要求。
3.6 傳動(dòng)軸直徑的確定和軸的強(qiáng)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(zhuǎn)矩，單位為N·m
in—傳動(dòng)軸至第n個(gè)主軸之間的傳動(dòng)比
軸4：T10=T1i1 =22.3×2=44.6 N·m
由公式計(jì)算出直徑mm ,查參考文獻(xiàn)[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(qiáng)度校核
軸在初步完成結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)后，進(jìn)行校核計(jì)算。計(jì)算準(zhǔn)則是滿足軸的強(qiáng)度或剛度要求。進(jìn)行軸的強(qiáng)度校核計(jì)算時(shí)，應(yīng)根據(jù)軸的具體受載及應(yīng)力情況，采取相應(yīng)的方法，并恰當(dāng)?shù)剡x取其許用應(yīng)力，對(duì)于用于傳遞轉(zhuǎn)矩的軸應(yīng)按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件計(jì)算，對(duì)于只受彎矩的軸（心軸）應(yīng)按彎曲強(qiáng)度條件計(jì)算，兩者都具備的按疲勞強(qiáng)度條件進(jìn)行精確校核等。
在本設(shè)計(jì)中軸的直徑是按強(qiáng)度公式計(jì)算進(jìn)行選擇，因此并不是要對(duì)主軸箱內(nèi)所有的軸都進(jìn)行校核，只是對(duì)那些承受彎、扭矩相對(duì)交較大的軸進(jìn)行強(qiáng)度校核。在這里對(duì)長(zhǎng)主軸2進(jìn)行強(qiáng)度校核。
a. 求出主軸上的轉(zhuǎn)矩 T
在工作時(shí)，主軸上所承受的功率P=0.203kw（不計(jì)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(jì)算支承反力：
在水平面內(nèi)
N
N
在垂直平面內(nèi)
N
N
3. 畫彎矩圖（見圖3-8）
在水平面內(nèi)，a-a剖面左側(cè) MaH=Ftl1=293×43=12599 N·mm
a-a剖面右側(cè) M’aH=FH2l2=82.3×153=12591 N·mm
在垂直平面內(nèi)，a-a剖面左側(cè) MaV=Frl1=106.6×43=4583.8 N·mm
a-a剖面右側(cè) M’aV=FV2l2=30×153=4590 N·mm
合成彎矩，a-a剖面左側(cè)
N·mm
a- a剖面右側(cè)
N·mm
4. 畫轉(zhuǎn)矩圖
T=19800 N·mm
圖3-8 軸的彎矩、扭矩圖
d. 危險(xiǎn)截面的判斷
截面左右的合成彎矩右側(cè)相對(duì)左側(cè)大些，扭矩為T，則判斷左側(cè)為危險(xiǎn)截面，只要右側(cè)滿足強(qiáng)度要求即可。
e. 軸的彎扭合成強(qiáng)度校核
由參考文獻(xiàn)[13]表11.2查得[σ]=[ σ-1]=60 Mpa,
a-a剖面左側(cè)
mm3
f. 軸的疲勞強(qiáng)度安全系數(shù)校核
根據(jù)參考文獻(xiàn)[13]表11.2查得，，，，
截面左側(cè)
由參考文獻(xiàn)[13]附表11.2查得，；由附表10-4查得絕對(duì)尺寸系數(shù)，；軸經(jīng)磨削加工，由附表11.4得表面質(zhì)量系數(shù)。則
彎曲應(yīng)力 ，
應(yīng)力幅
平均應(yīng)力
切應(yīng)力
安全系數(shù)
查參考文獻(xiàn)[13]表11.8得許用安全系數(shù)， ，則剖面安全，即主軸的強(qiáng)度滿足要求。
3.7 主軸箱體及其附件的選擇設(shè)計(jì)
3.7.1 主軸箱的選擇設(shè)計(jì)
該柴油機(jī)氣缸體三面鉆組合機(jī)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(chǔ)上進(jìn)行了一系列的補(bǔ)充加工,其補(bǔ)充加工的情況可參見補(bǔ)充加工圖。
3.7.2 主軸箱上的附件材料的設(shè)計(jì)
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(rùn)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(dòng),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(nèi)油量滿足使用要求。
c. 油塞
油塞是用來放油用的,應(yīng)該置在箱體的底部,由于該主軸箱是臥式組合機(jī)床,故活塞放置在箱體上,放油孔螺母與凸臺(tái)之間應(yīng)加封油圈密封。
d. 油標(biāo)
油標(biāo)是用來指示油的高度的,應(yīng)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(biāo)(GB1162-79)放置在箱體側(cè)面上。
4 總 結(jié)
組合機(jī)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(jī)床。本文通過對(duì)CA6140后托架三個(gè)孔的組合機(jī)床設(shè)計(jì)，我自己更深層次地了解了設(shè)計(jì)組合機(jī)床時(shí)的方法及過程。了解了主軸箱的設(shè)計(jì)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(jī)械設(shè)計(jì)的基本方法，和思路為今后的工作打下了基礎(chǔ)，而我的主要感受是在做任何事情前都應(yīng)做好相關(guān)數(shù)據(jù)資料的檢索。在現(xiàn)今