組合機床主軸箱及夾具設計,組合,機床,主軸,夾具,設計 無錫職業(yè)技術學院畢業(yè)設計說明書 組合機床主軸箱及夾具設計 摘 要:根據設計任務書的要求,本設計說明書針對連桿大小頭雙端面銑削組合機床的設計及專用夾具設計進行說明。主要內容包括組合機床工藝方案的制定、組合機床配置型式的選擇、組合機床總體設計以及主軸箱設計。 全文主要包括組合銑床的總體設計和主軸箱設計兩部分。機床總體設計主要是在選定工藝方案并確定機床配置形式、結構方案基礎上確定“三圖一卡”，主軸箱設計根據“三圖一卡”，整理編繪出主軸箱原始依據圖，重點分析傳動系統(tǒng)，經過各種方案的比較，最后確定最優(yōu)方案。此外，為了提高勞動生產率，降低勞動強度，保證加工質量，需設計專用夾具。 關鍵詞：主軸箱；組合機床；夾具 Combination Machine Tool Spindle boxes and fixture design Abstract:According to designs the project description the request,This design instruction booklet carries on the explanation in view of the connecting rod reducing socket double face milling aggregate machine-tool design and the unit clamp design. Main content including aggregate machine-tool craft plan formulation, aggregate machine-tool configuration choice, aggregate machine-tool system design as well as headstock design. The full text mainly includes combines the milling machine the system design and the headstock designs two parts. The engine bed system design mainly is in the designation craft plan and the determination engine bed disposition form, in the structure plan foundation determined "a three charts card", the headstock design basis "a three charts card", reorganizes the compilation to leave the headstock primitive basis chart, the key analysis transmission system, passes through each kind of plan comparison, finally determines the most superior plan. In addition, in order to enhance the labor productivity, reduces the labor intensity, guaranteed the processing quality, must design the unit clamp. Keyword：headstock ；aggregate machine-tool；jig 目 錄 第一章 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………………………………………………………………………2 第二章 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 確定切削力、切削功率………………………………………………………4 2.3 組合機床配置型式的選擇…………………………………………………… 5 2.4影響總體布置的因素………………………………………………………… 5 2.5組合銑床的總體分析——三圖一卡………………………………………… 6 2.5.1被加工零件工序圖 …………………………………………………………6 2.5.2 加工示意圖……………………………………………………………… 7 2.5.3組合機床聯系尺寸圖………………………………………………………10 2.5.4 生產率計算卡………………………………………………………………11 第三章 組合機床主軸箱設計……………………………………………………12 3.1主軸箱設計的原始依據………………………………………………………12 3.2 運動參數和動力參數的確定…………………………………………………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計參數…………………………………………12 3.2.3齒輪模數的估算及其叫校核………………………………………………13 3.2.4 軸各參數估算及強度校核……………………………………………… 16 3.3主軸箱的坐標計算……………………………………………………………25 第四章 組合機床夾具設計…………………………………………………… 27 4.1 組合機床夾具概述………………………………………………………… 27 4.2 定位支承系統(tǒng)概述………………………………………………………… 28 4.2.1定位支承系統(tǒng)……………………………………………………………… 29 4.2.2夾緊機構…………………………………………………………………… 30 第五章 總 結…………………………………………………………………… 31 致謝……………………………………………………………………………… 32 參考文獻………………………………………………………………………… 33 IV 無錫職業(yè)技術學院畢業(yè)設計說明書 第一章 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 組合機床的方案選擇 (1)制定工藝方案 要深入現場了解被加工零件的加工特點、精度和技術要求、定位夾壓情況以及生產率的要求等。確定在組合機床上完成的工藝內容及其加工方法。這里要確定加工工步數，決定刀具的種類和型式。 （2）機床結構方案的分析和確定 根據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，既要考慮實現工藝方案，保證加工精度，技術要求及生產效率；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批量，以便使設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系，選擇通用部件的刀具的導向，計算切削用量及機床生產率。給制機床的總聯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，機床的型式和數量都會有較大的變化。因此，這時應按流水線進行全面考慮，而不應將某一臺或幾臺機床分裂開來設計。即使暫時不能全面地進行流水線設計，制定方案時也應綜合研究，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，用較多的工作，也為進一步發(fā)展創(chuàng)造了有利條件。 第二章 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計組合銑床最重要的步驟之一。其制定過程應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工件的生產方式。等諸多方面綜合考慮。 　　圖3-1為拖拉機發(fā)動機連桿零件，合件簡圖。 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。大頭為開式結構（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。大小頭側面設計有定位凸臺作為機械加工時的輔助定位基準，便于定位基準的統(tǒng)一。 　　連桿總的工藝特點是：外形復雜，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%），并經調質處理以提高其強度及其抗沖擊能力，其硬度為217~287HBS。其鍛件重量為7.5kg。 根據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形鐵為主要定位元件的方法。為提高其定位精度，要把V形鐵的角度做大一些。如圖2-2 圖3-2 工藝基面的選擇 2、工序間余量的確定 3、刀具結構的選擇 按相關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，其齒數按標準選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效率，便于人工操作，最少的停車損失和使刀具的壽命更長、加工質量更好，合理的選擇銑削用量是非常必要的。表3-3為硬質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52~70 （公斤/） 粗 2~4mm 80~120米/分 0.2~0.4 精 0.5~1mm 100~180米/分 0.05~0.02 　　 表3-3 硬質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]到批量生產時也沒必要把切削用量選太高，以免增加刀具損耗?？傊鶕庸ぞ群图庸げ牧?，工作條件和技術要求進行分析。所以以上的選擇是可行的。 2.2 確定切削力、切削功率 根據選定的切削用量（組要指切削速度v及進給量f），確定切削力，作為選擇動力部件（滑臺）及夾具設計的依據；確定切削扭矩，用以確定主軸及其他傳動件（齒輪、傳動軸等）的尺寸；確定切削功率，用以選擇主傳動電機功率。 一銑削力和主切削功率計算 1 主切削力Fc 因選取硬質合金端面銑削45,鋼工件,由<機床設計手冊>得： Cf—— 系數 —— 銑削接觸弧深 —— 每齒的進給量 ——銑刀的深度 —— 銑削深度 Z —— 銑刀齒數 故由上則有： 2 切削功率： 2.3 組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率，最理想的是將工件一次性全部加工。經過和指導老師商量后，我們決定設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構方案的影響。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，由于機床導軌間隙及導軌磨損的影響。在加工過程中就不易產生振動，并且有足夠的剛性保證其徑向切削力。 2.4影響總體布置的因素 1、加工精度的影響 當工件的加工精度要求較高時，應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構的立式機床；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垂直的工件，一般采用立式機床。本原則也可根據機床的使用條件綜合考慮。根據上述原則，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，故可采用臥式組合鉆床。 3、生產率的影響 零件的生產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特點來設計組合 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批量越大，工序 安排一般就越趨于分散，且粗、半精、精加工應分別在不同的機床上完成。 對于中小批量生產的情況，則要力求減少機床的臺數，并應將所有工序盡量集中在一臺或少數幾臺機床上完成，以提高機床的利用率。 2.5組合銑床的總體分析——三圖一卡 2.5.1被加工零件工序圖 被加工零件工序圖是指根據已確定的工藝方案，表示一臺組合機床或自動線對加工零件應完成的工藝內容的示意圖，它包括加工部位尺寸、精度、表面粗糙度及技術要求等內容。它不能用產品的零件圖代替，而須在原零件圖的基礎上，突出本機床或自動線的加工內容及必要的說明進行重新繪制。它是進行組合機床設計的主要依據，也是制造、使用、檢驗和調整機床的重要技術文件。其內容應包括以下幾個方面： （1）表示出被加工零件的形狀和輪廓尺寸及與本機床設計有關的部位的結構形狀和尺寸。尤其是當需要中間導向套時，應表示出零件內部的筋、壁布置及有關結構的形狀和尺寸，以便檢查工件、夾具、刀具是否發(fā)生干涉。 （2）表示出加工用定位基準、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、夾緊及導向系統(tǒng)的設計。 （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要求，另外還應表示出本道工序對前道工序提出的要求（主要指定位基準）。 （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，應在基尺寸數值上打上方框，并在下面加一橫線（粗實線）。 以下為被加工零件圖，其材料為45鋼并經調質處理，其其硬度為217~287HBS。 圖2-4 連桿零件圖 2.5.2 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性能的原始要求，同時還是調整機床、刀具及試車的依據。其內容包括以下幾方面： （1）應反映機床的加工方法、加工條件及加工過程。 （2）根據加工部位的特點及加工要求，決定刀具的類型、數量、結構、尺寸（直徑和長度）。 （3）決定主軸的結構類型、規(guī)格尺寸及外伸長度。 （4）選擇標準或設計專用的接桿、浮動卡頭、導向裝置、攻絲靠模裝置、刀桿托架等，并決定它們的結構參數及尺寸。 （5）標明主軸、接桿、夾具（導向裝置）與工件之間的聯系尺寸、配合及精度等。 （6）根據機床的生產率及刀具和工件的材料等，合理確定并標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構的展開圖，然后用粗實線繪出加工表面。為了簡化，對同一主軸箱上結構尺寸完全相同的主軸，可只畫一根，但必須在主軸上標注孔號。當軸數多時，可縮小比例。最后，用細實線畫出加工部位簡圖，并標注孔號。 （8）在加工示意圖上，主軸的分布可不按真實距離繪制。但當被加工孔的間距很小時或需設置徑向結構尺寸較大的導向裝置時，相鄰的主軸必須嚴格按比例繪制，以便檢查相鄰的主軸、刀具、輔具、導向裝置等之間是否發(fā)生干涉。 （9）主軸應從主軸箱端面畫起。刀具畫在加工終了位置上（攻絲加工則畫在開始位置上）。對標準的通用結構，只須畫出外廓，并須加注標準代號，對一些專用結構，則必須畫出剖視圖，并標注尺寸、精度及配合種類。 發(fā)動機連桿示意圖如圖3-5所示。 選擇刀具、導向裝置 a刀具的選擇 一般孔加工用刀具（鉆、擴、鉸等刀具）其直徑的選擇應與加工部位的尺寸、精度相適應，其長度的選擇要保證加工終了時，刀具螺旋槽尾端面與導向裝置外端面之間有定的距離。其標準見圖。 b導向裝置的選擇 圖2-5 發(fā)動機連桿加工示意圖 選擇導向裝置的類型、形式和結構 第一類導向裝置允許刀具的線速度V＜20m/min。除鉸孔外，這類導向裝置很少用于大直徑的加工。 第二類導向裝置允許刀具的線速度V＞20m/min。這類裝置一般用孔徑在φ25mm以上的孔的加工，尤其是大直徑鏜孔時應用較多。 確定導向裝置的數量、選擇導向裝置的參數 粗定主軸的類型、尺寸、外伸長度及選擇接桿、浮動卡頭 查表初定主軸直徑D， 再 綜合考慮加工精度和具體工作條件，根據表決定主軸外伸部分的尺寸（軸端的外徑和內徑：D/d1，外伸長度L）及配套的刀具接桿莫氏圓錐號、攻絲靠模規(guī)格代號等。 　　確定動力部件的工作循環(huán)及工作行程 （1）動力部件的工作進給長度L工進： 　　L工進＝L1＋L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?。?7＋133＝160;　　　　　 式中，L快進　是動力部件的引進長度（動力部件把主軸相連同刀具，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，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、具體結構外，還要考慮能否布置下保證加工要求的定位、限位、夾緊機構及導向裝置，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。 2）機床裝料高度H的確定 組合機床的標準裝料高度推薦為850---1060mm 所以選擇裝料高度為 H=850mm 3）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不小于加工示意圖上所要求的距離。 4）主軸箱尺寸的確定 有關標準中規(guī)定，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=h2+h1+b1 B=b2+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70—100mm；一般推薦h1大于等于85—140mm。 根基上述計算值，按主軸箱輪廓尺寸系列標準，最后確定主軸箱輪廓尺寸為500×500 mm 4、其他應注意的問題 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）應注明電動機的型號、功率和轉速。應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）應表明液壓系統(tǒng)和電氣控制按鈕等的安裝位置。 4）當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，應注明動力部件中心線與夾具中心線之間的偏移量。 2.5.4 生產率計算卡 1．機床的理想生產率我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鐵停留時間）；　 －輔助時間（min）(包括快進時間、快退時間、工作臺直線移動或轉位時間、工件裝卸時間等)。 　注：工作臺直線移動或回轉轉換一次工位的時間一般取0.1min;工件裝卸時間一般取0.5~1.5min。 2。機床負荷率的計算 　　　　　?。健　　　? 式中Q1—機床理想和產率；　 　 Q2—使用單位要求的生產率，當全年工時為2448h時，Q2＝N/2448(件/h)，當全年工時為4600h，Q2＝N/4600(件/h)，其中N為被加工零件的年產量（生產綱領）。　 第三章 組合機床主軸箱設計 3.1主軸箱設計的原始依據 主軸箱設計的原始依據圖,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 在編輯此圖時從三圖一卡中一已之 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。 根據這些數據可編制出主軸箱設計原始依據圖。 3.2 運動參數和動力參數的確定 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 根據所提供數據估算各對齒輪齒輪數及傳動比： 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 按任務書的要求，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都完全相同，故設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計參數 （1） 推算出各軸的轉速和轉矩 1． 各軸的轉速： 2． 各軸輸入功率分別為齒輪傳動效率 3． 各軸輸入轉矩 3.2.3齒輪模數的估算及其叫校核 （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速，A為齒輪的中心距，由中心距A 及齒數Z1、Z2求其摸數 根據估算所得和中較大的值選取相近的標準摸數對于第一對齒輪： 第二對齒輪： mm =2.76mm 取摸數m為3 第二對齒輪： =2.4mm mm 取摸數m為3 第三對齒輪： 取摸數m 為3 （2） 齒輪模數計算及強度校核 1． 選定齒輪類型、精度、材料及齒數 1） 按照所示的傳動方案選用直齒圓拄齒輪傳動 2） 組合機床為一般工作機器，速度不高，故選用7級精度 3） 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，二者材料硬度為40HBS 4） 選小齒輪齒數Z1=22 大齒輪齒數Z2=32 2． 按齒面接觸強度設計 由設計計算公式機械設計第七版進行試算，所涉及的公式到《機械設計》的第七版得。 1 確定公式內的各計算數值 1） 試選擇載荷系數 2 ） 計算小齒輪傳遞的轉矩 3 ） 由表中可得選取齒寬系數為1 4） 由表中可查材料彈性系數 5） 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 6 ）計算應力循環(huán)次數 7 ）由圖可知 查得接觸疲勞壽命系數 8） 計算接觸疲勞強度許用應力 取失效概率為1% 安全系數S=1 則有： [ [ （3） 計算 （1） 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。 （2） 計算摸數 （4） 按齒輪彎曲強度設計 由公式得彎曲強度的設計公式為： 1． 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 2． 由表上則有彎曲的疲勞強度壽命系數 3． 計算彎曲疲勞許用應力：取彎曲疲勞安全系數S=1.4，由書中的公式有： 4． 計算載荷系數K K=1X1.12X1.2X1.35=1.814 5． 查取齒形系數 6． 查取應力系數 7． 計算大，小齒輪的并加以比較： 大齒輪的計算值大。 （2） 設計計算 對比計算結果，取，則有： 這樣設計出的齒輪傳動，既滿足了齒面接觸疲勞強度，又滿足了齒根彎曲疲勞強度，并做到結構緊湊，避免浪費。 此時關于幾何計算 1 計算分度圓的直徑： 2 計算中心距： 3 計算齒輪寬度：通過查閱《組合機床手冊》得 （3） 第二對齒輪的計算，經校核有： （4）第三對齒輪的計算，經校核有： 3.2.4 軸各參數估算及強度校核 一、傳動軸的估算 （1）估算軸的最小直徑，按扭轉強度條件計算，先按照下列初步估算的最小直徑，選取軸的材料45號鋼，調質處理。 式中： —扭轉切應力，單位兆帕 T —軸所受的扭矩 —軸的抗扭截面系數 n —軸的轉速 p—軸的傳遞的功率 d —計算截面處軸的直徑 —許用扭轉切應力 由以上公式可得軸的直徑； 取 取 ..取 取 二 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。通過結構設計初步確定出軸的尺寸后，根據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，并視為作用在輪轂寬度的中點上；略去軸和軸上的自重；略去軸上產生的拉壓應力；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，轉速和轉矩。 設，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 nmm 2、 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矩，單位為Nmm ——主軸上大齒輪的節(jié)圓直徑，對標準齒輪即為分度圓直徑。單位為mm ——嚙合角。對標準齒輪= 3、 求軸上的載荷 首先根據軸的結構圖（見主軸箱圖）作出計算簡圖。在確定軸承的支點位置時，應從手冊中查得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 主軸箱圖 從軸的結構圖以及彎矩和扭矩圖中可以看出截面C是軸的危險截面?，F將計算截面C處的、及M的值 ①確定支座處的約束力（水平H） 由=0和=0可求得： += ① -(+)=0 ② 其中=119.5mm =93.45 mm =2018.5 N 因此： =885.8 N =1132.7 N 又由=885.8 N，=119.5mm可求得： ==885.8119.5=105853.1 Nmm ②確定支座處垂直約束力 由=0和=0可求得 += ① -(+)=0 ② 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①②可求得M===112646.3 Nmm 4、 按彎扭合成應力校核軸的強度 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——軸的抗彎截面系數。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，調質處理。由表查得 =60 Mpa 因此〈 ，故安全滿足要求。 三、軸Ⅲ的強度校核 1、 求軸Ⅲ上的功率，轉速和轉矩 設，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 N mm 2、 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Ⅲ上大齒輪傳遞的轉矩，單位為 Nmm ——軸Ⅲ上大齒輪的節(jié)度圓直徑，對標準齒輪即為分度圓直徑。單位為mm ——為嚙合角。對標準齒輪=。 對于軸Ⅲ上小齒輪受力 因軸Ⅲ上小齒輪與軸Ⅲ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 N 3、 求軸的載荷 首先根據軸的結構圖（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 3-2軸的結構圖 從軸的結構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將計算截面C處,,及M的值。 ① 確定支座處水平的約束力 由=0和=0可求得： +=- ① （）=+（） ② 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 ② 確定支座處垂直方向約束力 由=0，=0可求得 +=- ① （）=+（） ② 將公式=734.7 N，=651.25 N 代入① ② 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① ②可求得 ===213261 Nmm 兩齒輪之間=101990 Nmm 4、 按彎扭和成應力校核軸的強度 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，經過調質量處理。查手冊得=60mpa 因此〈，故安全滿足要求。 同理可得軸Ⅰ，軸Ⅱ校核安全。 3.3主軸箱的坐標計算 坐標計算是機床主軸箱設計中的一個重要問題。坐標計算就是根據已知的驅動軸和主軸的位置及傳動關系。計算中間傳動軸的坐標，以便在繪制主軸零件加工圖時，將各孔的坐標尺寸完整地出來。并用已繪制的坐標檢查圖作為傳動設計的全面檢查。 1、 加工基準坐標架的選擇及確定各主軸的坐標 為了便于主軸箱的加工，設計時必須基準坐標架。通常采用直角坐標。用xoy表示。它的選擇是根據主軸箱的安置情況和加工所用設備條件而定。針對本設計的組合機床，采用以下的方法確定主軸及驅動軸坐標。 ①坐標架原點選在定位銷孔上。 ②坐標架的橫架（x軸）選在主軸箱底面，縱軸（Y軸）通過定位銷孔（如上圖）。這是因為坐標架的x軸與主軸箱底面重合，則工藝基準與設計基準統(tǒng)一，可減少因基準轉換引起的加工誤差。 ③坐標原點確定后，便可以根據主軸箱設計原始依據圖。在基準坐標架xoy上標出各主軸及其驅動軸的坐標。根據設計要求， 兩主軸中心BC=332.5mm，BC與y軸的夾角為，驅動軸在BC的垂直平分線上，點D在主軸箱中心線上。則有： 對于驅動軸： 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 由以上分析可知驅動軸，主軸Ⅰ，主軸Ⅱ的坐標分別是（389，283.2），（163.4，70），（100，396.4） 第四章 組合機床夾具設計 4.1 組合機床夾具概述 夾具是組合機床的重要組成部件，是根據機床的工藝和結構方案的具體要求而設計的。它是用于實現被加工零件的準確定位，夾壓，刀具的導向，以及裝卸工件時限位等等作用的。 組合機床夾具很一般夾具所起的作用看起來好像很接近，但其結構和設計要求卻有著很顯著的甚至是根本的區(qū)別。組合機床夾具的結構和性能，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。關于自動線機床夾具設計特點將在第六章“組合機床自動線”中專門敘述。 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（確定工件在夾具中的正確位置）、夾緊裝置??、對刀引導元件(確定刀具與工件的相對位置或導引刀具方向)、分度裝置（使工件在一次安裝中能完成數個工位的加工，有回轉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：①萬能通用夾具。如機用虎鉗、卡盤、分度頭和回轉工作臺等，有很大的通用性，能較好地適應加工工序和加工對象的變換，其結構已定型，尺寸、規(guī)格已系列化，其中大多數已成為機床的一種標準附件。②專用性夾具。為某種產品零件在某道工序上的裝夾需要而專門設計制造，服務對象專一，針對性很強，一般由產品制造廠自行設計。常用的有車床夾具、銑床夾具、鉆模(引導刀具在工件上鉆孔或鉸孔用的機床夾具)、鏜模(引導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）。③可調夾具?？梢愿鼡Q或調整元件的專用夾具。④組合夾具。由不同形狀、規(guī)格和用途的標準化元件組成的夾具，適用于新產品試制和產品經常更換的單件、小批生產以及臨時任務。 除虎鉗、卡盤、分度頭和回轉工作臺之類，還有一個更普遍的叫刀柄，一般說來，刀具夾具這個詞同時出現時，大多這個夾具指的就是刀柄！ （a） 一般的機床夾具是作為機床的輔助機構設計的，而組合機床夾具是機床的主要組成部分，其設計工作是整個組合機床設計的重要部分之一。 （b） 組合機床夾具和機床其他部件有極其密切的聯系：如回轉或移動工作臺，回轉鼓輪，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。而且夾具的結構也要按這些部件的具體要求來確定。如在液壓驅動的立式回轉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。 （c） 由于組合機床常常是多、多面和多工序同時加工，會產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生任何位移。同時，也不應使工件產生不容許的變形。 （d） 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）的關鍵部件，其實設計、制造和調整都必須有嚴格的要求，使其能持久地保持精度。 （e） 組合機床夾具應便于實現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整。 組合機床夾具是組合機床的組成部件，其設計應按如下的程序進行： （1）認真研究分析所要設計夾具的原始數據和要求 因為在擬訂組合機床的工藝和結構方案時，對夾具的結構型式和主要性能已提出了原則要求。 （2）擬訂夾具結構方案和進行必要的計算 根據機床總體設計中確定的工件定位基面、夾壓位置、加工方法和刀具導向方式等，制定夾具的總體方案。 （3）組合機床夾具設計的總圖和零件 在已確定的夾具結構方案基礎上，設計生產用的夾具總圖和零件圖。 按照組合機床夾具的主要功能，其結構可以分為三大部分，即定位支承系統(tǒng)，夾緊機構和刀具導向裝置。 4.2 定位支承系統(tǒng)概述 在組合機床上加工時,必須使用權被加工零件對刀具及其導向體質正確的相對位置,這是靠夾具的定位支承系統(tǒng)來實現的,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生量和夾壓力,有時還要取受切削力。 定位支承系統(tǒng)主要由定位支承、輔助支了和一些限位元件組成。定位支承是指在加工過程中維持被子加工零件有一定位置的元件。輔助支承是公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、結構、精度和布置都直接影響被子加工零件的精度。為了避免產生廢品以及經常修理定位支承元件的麻煩，設計時必須注意以下的問題： （a）合理布置支承元件，力求使其組成較大的定位支承平面。最好使夾壓力的位置對準定位支承元件。當受工件結構限制不能實現時，也應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。 （b）提高剛性，減少定位支承系統(tǒng)的變形。應力求使定位元件（如定位銷）不要受力。 （c）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。 （d）可靠地熱電廠除定位支承部位的切屑。使用權切屑不堵塞和粘創(chuàng)刊在定位支承系統(tǒng)上，對保證定位的準確性和工作可靠性有很大的影響。因此設計時應盡可能不使用權切屑落到定位支承系統(tǒng)上。當切屑有可能落在其上時，必須采取有效的熱電廠屑和清理措施。 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。下圖（a）支承板是本設計中采用的支承件。 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，心防止當夾緊力和切削力不是對支承板時瑞士引起工件的變形。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。01~0。03mm。 對于采用毛坯面定位夾具，從理論上講是應當采用三點支承的，并采用帶圓頭的支承銷定位，但當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。支承板應該放在切屑不易落到的地方。當工件在夾具上以側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，且在布置上應保證支承塊之間有較大的距離，不應連續(xù)排列。 2定位銷 在組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，實現工件在夾具中的準確定位。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。 1） 固定式定位銷 當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?；蚴鞘芙Y構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，為了簡化夾具的結構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的高度，以補償定位孔與定位基面的垂直度誤差。對于削邊銷，要采用可靠的防轉措施，對于定位銷，還應考慮拆裝方便。定位銷與安裝孔的配合，定位銷的尺寸及公差等，詳見《機床夾具設計手冊》。 4.2.2夾緊機構 夾緊機構通常由以下三個部分組成：夾緊動力部分，中間傳動機構，夾緊元件。 1）夾緊動力 夾緊機構可公為手動夾緊和自動夾緊兩種。本設計采用受動夾緊的氣動夾緊機構。 2） 氣動夾緊機構 液壓夾緊機構是利用壓力油作為夾緊動力，再通過中間傳動機構，使夾具的夾緊元件執(zhí)行夾緊動作的機構。在組合機床夾具上，常采用液壓夾緊機構。 采用聯動夾緊機構時應注意以下問題： （1） 應保證夾緊機構的剛性，為此給合機床夾具的夾緊螺桿桿徑，壓板厚度和傳動杠桿徑通常應設計得大些，應避免采用細長桿件。 （2） 在聯動夾緊機構中，就設置必要的浮動環(huán)節(jié)，并使它們有足夠的浮動量，以便保證各壓均能壓緊工件現時不相互干涉。此設計夾具聯動夾緊機構的浮動五一節(jié)，采用了球面墊圈。 （3） 采用聯動夾緊，要保證松夾時，所有壓板都能松開工件。 第五章 總結 通過此次畢業(yè)設計，使自己更深層次地了解了設計組合機床時的一些方法及過程以及繪制有關零件時應注意的一些細小環(huán)節(jié)。十二孔軸組合機床主要加工平面和孔，它能根據不同的零件組合出相應的加工機床。所以此次十二孔軸組合機床設計主體內容是機床的性能及規(guī)格、主要參數的選定、工藝方案的制定、“三圖一卡”的編制、主軸箱原始依據圖的繪制及設計尺寸鏈的檢驗及有關校驗。 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。在現今社會中，隨著計算機的普及以及網絡技術的發(fā)展，對于各種數據資料的檢索已經從圖書館的紙質資料轉移到網絡平臺下的電子文檔。通過畢業(yè)設計，我仔細的學習并能夠基本掌握及應用所學知識到設計中。 本次設計不能算太完美，只可以說基本完成了指導老師所提出的要求，因為在設計過程中對一些參數的選擇還存在一些不全面、不合理的選擇，因此在今后遇到類似的情況，將全面綜合考慮之后再選擇相關參數以及進行有關計算。 致 謝 本次畢業(yè)設計論文是在我的老師親切關懷和悉心指導下完成的。她嚴肅的科學態(tài)度，嚴謹的治學精神，精益求精的工作作風，深深地感染和激勵著我。從課題的選擇到項目的最終完成，顏教授都始終給予我細心的指導和不懈的支持。三年多來，曾不僅在學業(yè)上給我以精心指導，同時還在思想、生活上給我以無微不至的關懷。在此謹向顏教授致以誠摯的謝意和崇高的敬意。 三年的大學生活讓我受益菲淺，最重要的是培養(yǎng)了我吃苦耐勞的精神，腳踏實地的作風，較強的社會工作能力。為了使自己能夠全方位的發(fā)展，更好的適應這個日新月異的社會，在這幾學年中，我兢兢業(yè)業(yè)，努力學習，嚴格要求自己，不斷的提高自己各方面的素質，爭取 在人生的道路上更好的實現社會價值,人生價值和自我價值! 本次畢業(yè)設計是對我們每個學生在校三年來所學知識與生產實踐技術所進行的一次綜合性的全面考察；培養(yǎng)了我們運用所學專業(yè)知識解決實際問題的能力；它還為我們了解一般機械工程設計的基本思想打下良好的基礎；在設計方案的擬定,設計資料的收集,手冊，國標選用，設計方法的運用,零部件及總體裝配圖的繪制等方面，有一次較全面的鍛煉。對我們進入社會具備一定獨立工作能力起了良好的作用,能較好的適應工作。 在此，我還要感謝在一起愉快的度過大學生活的各位同學，正是由于你們的幫助和支持，我才能克服一個一個的困難和疑惑，直至本文的順利完成。 在論文即將完成之際，我的心情無法平靜，從開始進入課題到論文的順利完成，有多少可敬的師長、同學、朋友給了我無言的幫助，在這里請接受我誠摯的謝意! 參考文獻 [1].張耀宸 主編 機械加工工藝手冊 航空工業(yè)出版社。1987 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