后桥壳体双面钻组合机床总体及左主轴箱设计

双桥壳体双面钻床总体及左主轴箱设计

摘要：目前，械加工对精度要求越来越高，机械工厂为了降低加工成本，提高加工质量，导致组合机床在制造业中应用越来广泛，并已显示出巨大优势。本组合机床主要是保证被加工零件的尺寸精度和位置精度要求，高速高效地完成对后桥壳体孔的加工，设计了本组合机床。在设计过程中借鉴了国内外一些现有的组合机床设计资料。因机这次设计中做了双桥壳体双面钻床及左主轴箱。在分析加工工件的特点的基础上，按组合机床的设计方法和步骤，进行了组合机床的总体设计，绘制了被加工零件的工序图、加工示意图、机床联系尺寸图和生产率计算卡，在此基础上，绘制了左主轴箱设计的原始依据图，拟订了主轴箱的传动路线，应用最优化方法布置齿轮。确定传动参数，绘制了主轴箱装配图、箱体补充加图、前盖及后盖的补充加工图，进行了轴、齿轮等零件的强度校核。较好地完成了设计要求，在提高了产品质量的前提下，提高了效益。大体掌握了组合机床的制造过程。

关键词：后双桥壳体；双面钻床；主轴箱；组合机床

The Design of Two-side Drilling Machine Overall andThe Left-side Headstock of The Two-bridge Shell

Abstract: Nowadays, the need of precision become much tight. Modular machine tool is more popular extensive for lower cost and good quality .It shows more advantages than special machine tool. Its purpose of the topic is to guarantee the size and position precision of the machined components, high-speed and efficiently accomplish the process of the hole of back bridge shell. I designed this modular machine tool. During the process of design, I referred to international and national data. In order to improve the working efficiency and product’s quality, the design of the two-side drilling machine overall and the left-side headstock of the two-bridge shell was done. By the process analysis’s characterizations , the methods and steps of the design of the modular machine tool, the designing system was made. The drawing of the part’s processes ,the schematic diagram of machining ,the relationship of the machine size and the card of the productivity were drawn. After that, the primitive chart for the design of the left-side spindle box was given out. The transmission routes were confirmed and the transmission parameter was made. The assembly diagram of the headstock was drawn. After the gears were arranged using the optimized design. The supplement processing diagrams of the front side and behind side plate were also made. The intensity of the axes and gears were checked. The machine can satisfy the requirement of the design and the controlling precision was wholly improved .I generally know the process of modular machine tool.

Keywords：back bridge shell; two-sidedrilling machines ;headstock; modular machine tool.

目录

1前言 (1)

2组合机床的总体设计（三图一卡） (5)

2.1组合机床工艺方案的制定 (5)

2.1.1被加工零件的特点 (6)

2.1.2机床使用条件的影响 (6)

2.2被加工零件工序图 (6)

2.3加工示意图 (8)

2.3.1组合机床切削用量的选择 (9)

2.3.2选择切削深度 (9)

2.3.3确定进给量 (9)

2.3.4确定钻削速度

v (9)

c

2.3.5切削功率，切削力，转矩以及刀具耐用度的选择 (10)

2.3.6组合机床生产率的计算 (12)

2.4机床联系尺寸图及相关计算 (13)

3主轴箱的设计 (19)

3.1主轴箱装配图的设计 (19)

3.1.1主轴箱原始依据图 (19)

3.1.2主轴参数的确定 (20)

3.1.3设计和计算传动系统 (23)

3.1.4计算主轴箱坐标 (24)

3.2主轴箱体及其附件的选择设计 (26)

3.2.1主轴箱的选择设计 (26)

3.2.2主轴箱上的附件材料的设计 (26)

4 齿轮和轴的校核 (27)

4.1齿轮的校核： (27)

4.1.1校核齿根弯曲疲劳强度 (28)

4.1.2校核接触疲劳强度 (29)

4.2轴的强度校核： (30)

5结论 (33)

参考文献 (34)

致谢 (35)

附录 (36)

1前言

多年来机械产品加工中广泛采用的是万能机床，但随着生产的发展，很多企业的产品产量越来越大，精度越来越高，采用万能机床加工就不能很好地满足要求，于是一种较先进的机床——组合机床就产生了。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的专用机床，设计这种组合机床就是提高生产效率和加工精度。自从组合机床诞生以来就一直在不断的发展，其发展方向为：提高生产率；扩大工艺范围；提高加工精度；提高自动化程度；提高组合机床及其自动线的可调性；创造小型组合机床；发展专能组合机床及自动线。发展组合机床及其自动线，广泛地推广使用组合机床，对于机械制造业，特别是汽车、拖拉机、柴油机、电动机、仪器、仪表、阀门、矿山机械、冶金、航空、纺织机械以及军工部门等生产的发展，有着很重要的意义。

目前，组合机床在机械制造工业中应用越来越普遍，并已显示出其巨大的优越。

组合机床与万能机床和专用机床相比，有如下特点：

a．组合机床由70%～90%的通用部件组成，可以缩短设计和制造周期；而且在需要的时候，还可以部分或者全部进行改装，以组成适应新加工要求的新设备。这就是说组合机床有重新改装的优越性，其通用零部件可以多次重复利用。

b．组合机床是按照具体加工对象专门设计的，可以按最佳工艺方案进行加工。

c．在组合机床上可以同时从几个方向采用多把刀具对几个工件进行加工，是实现工序集中，提高生产率的最好途径。

d．组合机床是在工件一次装夹下，用多轴实现多孔同时加工有利于保证各孔相互之间的精度要求，提高产品质量；减少了工序工件间的搬运，改善了劳动条件；减少了占地面积。

e．由于组合机床大多数零部件是同类的通用部件，简化了机床的维护和管理。

f．组合机床的通用部件可以组织专门工厂集中生产，有利于提高产品质量和技术水平，降低制造成本。

组合机床的设计，主要是针对被加工工件的加工工艺要求来设计主轴箱的传动系统。根据被加工工件的特点，按一定的设计原理，结合各种影响机床性能的因素，经分析后拟订出可靠的工艺设计方案。在设计主轴箱时，根据被加工的工件工序图设计的组合机床。需完成工艺内容确定、加工部件的尺寸、精度、表面粗糙度及技术要求、定位基准、压紧部件以及被加工零件的材料的确定。认真分析并初步确定设计方案，估计所需的功率，设计出符合本工序加工的组合机床。

2组合机床的总体设计（三图一卡）

本次设计的课题为后桥壳体卧式双面钻组合机床，来源于盐城超越组合机床有限公司。本次设计主要是针对后桥壳体左右面的孔系加工，以提高生产率和生产效益。

2.1组合机床工艺方案的制定

制定组合机床工艺方案是设计组合机床最重要的步骤之一。工艺方案制定的正确与否，将决定机床能否达到“重量轻、体积小、结构简单、使用方便、效率高、质量好”的要求。

为了使机床方案制定的合理、先进，必须开展以工人为主体的“三结合”设计，密切联系实际，总结生产实践经验，全面了解被加工零件的加工情况和影响机床方案制定的因素。

被加工的零件是个后桥壳体，此壳体双面有61个孔要加工：左侧面钻28个孔，右侧面钻33个孔。设计一台双面钻孔的组合机床。

2.1.1 被加工零件的特点

工件材料及硬度、加工部位的结构形式、工件的刚性、工艺基面等，对于机床工艺方案的制定都有重要的影响。加工同样精度的孔，加工钢件比加工铸铁件的工步数就多一些。加工薄壁易振的工件，安排工序时要防止共振，否则，将严重影响加工精度。当工件内壁孔径大于外壁孔径时，只能采用钻孔的加工方法，加工时工件让刀，使钻头定向后送进工件，方能加工。

工件的刚性不足，加工时工序就不能太集中。有时为了减少机床台数，必须采取高度集中工序时，从安排上，也必须把一些工序从时间上错开加工，以免同时加工时因工件受力变形、发热变形以及振动而影响加工精度。

必须重视工件在组合机床加工前已完成的工序以及毛坯孔的质量。当毛坯孔余量很大或铸造质量较差，有大毛刺时，有时则安排粗拉荒工序，对几个同心孔常采用粗扩的加工方法。工件有无适当的工艺基面也是影响工艺方案制定的重要因素。

2.1.2 机床使用条件的影响

a．车间布置情况

如工件输送滚道的高度就直接影响机床的装料高度。当工件输送滚道穿过机床时，机床就得设计为通过式的，配置面数就不能超过三面，同时装卸工件只能推进拉出，机床通常不能安置中间导向。如果车间面积有限，常常使机床的轮廓尺寸受到限制。有的机床安装在楼上，因而对机床单位面积的重量也有严格要求。此外，生产线的流水方向，机床在车间的安装位置等也对机床配置方案有一定的影响。

b. 工艺间的联系情况

工件在到组合机床加工之前，工件的毛坯或半成品必须达到一定的要求，否则将使在机床夹具上定位夹紧不可靠，以至造成刀具的损坏，或者不能保证要求的加工精度。

c. 使用厂的技术后方和自然条件

如果使用厂没有相当能力的工具车间，对于造成刃磨复杂的整体复合刀具有困难，拟订方案时，应当避免采用这类刀具。工厂所处地方气候过于炎热，车间温度过高，使用液压传动机床工作性能不稳定时，则可选用机械通用部件配置机床。

绘制组合机床“三图一卡”，就是针对具体零件，在选定的工艺和结构方案的基础上，进行组合机床总体方案图样文件设计。其内容包括：绘制被零件工序图、加工示意图、机床联系尺寸总图和编制生产率计算卡等。

2.2 被加工零件工序图

被加工零件工序图是根据制订的工艺方案，表示所设计的组合机床上完成的工艺内容，加工部件的尺寸、精度、表面粗糙度及技术要求，加工用的定位基准、

夹压部位以及被加工零件的材料、硬度和在本机床加工前加工余量、毛坯成品情况的图样。除了设计研制合同外，它是组合机床设计的具体依据，也是制造、使用、调整和检验机床精度的重要文件。被加工零件工序图是在被加工零件图基础上，突出本机床或自动线的加工内容，并做必要的说明而绘制的。其主要内容包括：

a.被加工零件的形状和主要轮廓尺寸以及与本工序机床设计有关部位结构形状和尺寸。当需要设置中间导向时，则应把设置中间导向临近的工件内部助、壁部助及有关结构形状和尺寸表示清楚，以便检查工作、夹具、刀具之间是否相互干涉。

b.本工序所选用的定位基准、夹压部位及夹紧方向。后桥壳体的定位方案为一面两销。

c.本工序加工表面的尺寸、精度、表面粗糙度、形位公差等技术要求以及对上道工序的技术要求。

d.注明被加工零件的名称、编号、材料、硬度以及加工部位的余量。

绘制被加工零件工序图的规定及注意事项：

e.使被加工零件工序图表达清晰明了，突出本工序内容，绘制是规定：应按一定的比例，绘制足够的主视图以剖面；本工序加工部位用粗实线表示。保证的加工部位尺寸及位置尺寸数值下方画“＿”粗实线。

f.应注明零件加工对机床提出的某些特殊要求。

g.本工序加工部位的位置尺寸应与定位基准直接发生关系。当本工序定位基准与设计基准不符时，必须对加工部位的位置精度进行分析和换算，并把不对称公差换算为对称公差。有时也可将工件某一主要孔的位置尺寸从定位基准面开始标注，其余各孔则以该孔为基准标注。

后桥壳体双面钻床的被加工零件的工序图如图2-1所示。

图2-1被加工零件工序图

2.3 加工示意图

A.加工示意图的作用和内容

加工示意图是在工艺方案和机床总体方案逐步确定的基础上绘制的。它是表达工艺方案具体内容的机床工艺方案图。它是设计刀具、辅具、夹具、多轴箱和液压、电气系统以及选择动力部件、绘制机床总联系尺寸图的主要依据；是对机床总体布局和性能的原始要求；也是调整机床和刀具所必须的重要文件。

加工示意图应表达和标注的内容有：机床的加工方法、切削用量、工作循环和工作行程；工件、刀具及导向、托架及多轴箱之间的相对位置及联系尺寸；主轴结构类型、尺寸及外伸长度；刀具类型、数量和结构尺寸；接杆、浮动卡头、导向装置、攻螺纹靠模装置等结构尺寸；刀具、导向套间的配合，刀具、接杆、主轴之间的连接方式及配合尺寸等。

B.绘制加工示意图的注意事项

加工示意图应绘制成展开图，按比例用细实线画出工件外形。加工部位、加工表面画粗实线。必须使工件和加工方位与机床布局相吻合。为简化设计，对同一多轴箱上结构尺寸完全相同的主轴只画一根，但必须在主轴上标注与工件孔号相对应的轴号。一般主轴的分布不受真实距离的限制。当主轴彼此间很近或需设置结构尺寸较大的导向装置时，必须以实际中心距严格按比例画，以便检查相邻主轴、刀具、辅具、导向等是否相互干涉。主轴应从多轴箱端面画起；刀具画加工终了位置。对采用浮动卡头的镗孔刀杆，为避免刀杆退出导向时下垂，常选用托架支撑退出的刀杆。这时必须画出托架并标出联系尺寸。采用标准通用结构只画外轮廓，但须加注规格代号；对一些专用结构，如专用的刀具、导向、刀杆托架、专用接杆或浮动卡头等，须用剖视图表示其结构，并标注尺寸、配合及精度。

绘制的加工示意图如图2-2所示。

图2-2 加工示意图

2.3.1 组合机床切削用量的选择

合理地选择切削用量，可提高钻孔生产率，并能降低成本。选择用量的一般原则与车削相同：先选择切削深度，再选进给量，最后确定切削速度。

表2-3 切削用量

2.3.2 选择切削深度

这是根据被加工孔的直径来选择的。加工的孔直径为φ25mm,φ10.2mm ，和8.5mm 。1～4孔锪平，钻5～7，21～24孔深23mm ，8～20孔深10.2mm ，27,28孔深18mm 。

2.3.3 确定进给量

根据文献[1]查表6-11硬质合金钻头切削用量。加工材料为HT200，硬度190～240HBS 。

进给量：孔1～4 f =0.36mm/r

孔5～15，16～26 f =0.11mm/r

孔27，28 f =0.11mm/r

2.3.4确定钻削速度c v

同上确定 孔1～4 v =40mm/min

孔5～15，16～26 v =40mm/min

孔27，28 v =40m/min

由文献[5]可知：

1000v n d π= （2-1） ×f v f n = （2-2）

式中：v ——切削速度（m/min ）；0d ——刀具直径（mm ）；

n ——刀具每分钟转数（r/min ）

；f ——进给量（mm/r ）；

c v 圆整后的切削速度（m/min ）

；f v 刀具每分总的进给量（mm/min ）。所以由公式（3-1）得：

1～4孔转速100040110.73.1435

n ?=

=?r/min 5～26孔转速100040375.233.1410.2

n ?==?r/min 27，28孔转速100040375.893.1411

n ?==?r/min 可由文献[5]2.17可知圆整为110r/min ，375r/min 。

由公式（2-1）变换得实际切削速度：

1～4孔 3.14351104010001000

c Dn v π??===m/min 5～26孔 3.1410.23754010001000

c Dn v π??===m/min 27，28孔 3.14113754010001000

c Dn v π??===m/min 由公式（2-2）得工进速度： 1～4孔 ×0.3611039.6f v f n ==?=mm/min

5～26孔 ×0.1137541.25f v f n ==?=mm/min

27，28孔 ×0.1137541.25f v f n ==?=mm/min

2.3.5 切削功率，切削力，转矩以及刀具耐用度的选择

查文献[1]表6-20得公式：

切削力 1.40.80.7520b F D f k σ= (2-3）

切削转矩20.730b T D f k σ= (2-4） 切削功率9740TV P D

π= (2-5） 式中： C F ——切削力（N ）；V ——切削速度（m/min ）；

D ——钻头直径（mm ）；k ——修正系数0.1；

f ——进给量（mm /r ）；V f ——每分钟进给量（mm/min ）；

b σ——抗拉强度（MPa ）

。 D=φ25mm 、φ10.2mm 、φ8.5mm f =0.36mm b σ=600Mpa V=47.1m/min 由公式（2-3）得： 1～4孔 1.40.80.7520250.366000.130229F =????=N 5～26孔 1.40.80.752010.20.366000.167834F =????=N

27，28孔 1.40.80.75208.50.366000.15005F =????=N

由公式（2-4）得： 1～4孔 20.730250.366000.181596T =????=kN.m