侧支架钻孔立式主轴箱设计资料.doc

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侧支架钻孔立式主轴箱设计

摘要

组合机床是随着生产力的发展，由万能机床和专用机床发展来的。

它是根据加工工件的具体需要，在大量的通用部件的基础上，结合实际情况配以部分专用部件，以此组成的一种加工效率很高的专用机床。

此次小组的设计任务是设计一台侧支架钻孔组合钻床。

这次设计的内容有侧支架钻孔机床三图一卡及立式滑台进给液压系统的设计、组合机床的简要设计，立式以及卧式主轴箱传动系统设计，侧支架钻孔夹具及其液压系统原理图的设计。

我的任务是设计机床的立式主轴箱部分，用于加工侧支架的6个孔，并且同时并排加工两个零件，以提高加工效率。

主轴箱是组合机床的重要部件之一，它是由各种通用部件组成，按照被加工零件的具体加工要求，设计专门的组合来完成的。

设计过程中需要准确合理的安排好每一根主轴以及传动轴的的位置，轴径以及转速。

合理安排各主轴和传动轴上齿轮的模数以及齿数，选择合适的各级传动比，将动力和运动由电机或动力部件传给各工作主轴，使之得到要求的转速和转向从而实现对零件的加工。

确定主轴和传动轴的支撑方式和预紧方法。

同时还需要合理布置进油口、放油螺栓、及油管等的位置。

本文依据主轴箱的设计原则完成了设计及计算，主要包含有对结构型式的选择及动力计算，主轴箱传动系统的设计与计算，主轴箱内主轴和传动轴的坐标计算,主轴箱总图设计。

关键词：

侧支架钻孔，组合机床，立式主轴箱，主轴，传动轴，传动系统

DESIGNOFVERTICALHEADSTOCKUSEDINTHEDRILLINGOFSIDESUPPORT

ABSTRACT

Combinationmachinetoolscomesbythedevelopmentofuniversalmachinetoolsandthedesignedtomachinetoolalongwiththedevelopmentofproductiveforcesdevelopment.Itisaccordingtothespecificneedtoprocessingartifacts,onthebasisofplentyofgmparts,combinedwiththeactualsituationwithsomespecialparts,soastoformakindofhighefficiencyspecialmachinetools.

Theaimofourteam’scurrentdesignistodesignaSidestandboringmodularmachinetool.Thecontentofthisdesignhascombinationmachine-tool’s“athreechartscard"andthedesigningofthehydraulicfeedsystemoftheverticalslidingtable、thedesigningofVerticalandhorizontalspindleboxandtheirtransmissionsystem.sidebracketdrillingjigandthedesignofhydraulicsystemschematicdiagram.Mytaskistodesigntheverticalspindleboxofmachineparts,tomachinethesixholesofsidestandmachiningtwopartssidebysideatthesametime,inordertoimprovemachiningefficiency.mainshaftboxisOneoftheimportantpartsofamodularmachinetool,itisbyallsortsofgeneralparts,accordingtothespecificprocessingrequirementsofthepartsprocessed,designspecialcombination.Designprocessneedstobeaccurateandreasonablearrangementsforthelocation,diameterofaxleandrotationalspeedofeachmainshaftanddriveshaft. Reasonablearrangementofeachmoduleonthemainshaftandtheshaftgearandgear,chooseappropriatetransmissionratio,atalllevelswillpowerandmotionbyamotororpowercomponentstoeachworkspindle,togetrequiredspeedandsteeringsoastorealizethepartsprocessing.Todeterminethemainshaftandtheshaftsupportwayandthepre-tighteningmethods.Atthesametimealsoneedreasonabledecorateinlet,thepositionofthedrainbolt,andtubing,etc.

Inthispaper,basedontheprinciplesofthedesignofspindleboxtocompletethedesignandcalculation,mainlyincludestheselectionofstructuraltypeanddynamiccalculation,thedesignofspindleboxtransmissionsystemandcomputing,computingthecoordinatesofmainshaftandtheshaftintheheadstock,thegenerallayoutdesignofspindlebox.

KEYWORDS:

sidebrackethole,combinationmachinetools,verticalspindlebox,mainshaft,driveshaft,thetransmissionsystem

目录

前言 1

第1章组合机床概述 2

§1.1组合机床简介 2

§1.2组合机床的特点 3

§1.3组合机床工艺范围及发展方向 4

§1.3.1组合机床工艺范围 4

§1.3.2组合机床发展方向 4

第2章被加工零件工艺方案的制定 6

§2.1零件分析 6

§2.1.1零件的用途 6

§2.1.2零件毛坯 6

§2.1.3零件的技术要求 6

§2.2立式钻孔工艺分析 7

§2.3确定组合机床切削量及切削力 8

§2.3.1确定组合机床切削用量 8

§2.3.2确定组合机床轴向力、切削转矩以及切削功率 8

§2.4主轴直径的确定和主轴箱所需动力计算 10

§2.4.1主轴直径的确定 10

§2.4.2动力箱的选用 10

§2.4.3生产率及负荷率计算 11

第3章侧支架立式主轴箱的设计 13

§3.1主轴箱的基本机构及表达方法 13

§3.1.1主轴箱简介 13

§3.1.2通用主轴箱的组成 13

§3.1.3主轴箱上的通用零件 14

§3.2绘制主轴箱设计原始依据图 15

§3.3确定主轴结构型式及齿轮模数 17

§3.4主轴箱的传动系统设计与计算 17

§3.4.1对主轴箱传动系统的一般要求 18

§3.4.2传动系统的拟定与计算 18

§3.4.3干涉判断，绘制检查图 25

§3.4.4主轴箱坐标的计算 26

§3.5主轴箱总图设计 34

§3.5.1绘制主轴箱总图及补充加工图 34

§3.5.2主轴箱补充加工图设计 35

结论 36

参考文献 37

致　谢 38

IV

前言

机械设计制造及其自动化专业毕业设计是在我们完成了大学四年的全部学习，掌握了，机械设计的一些基础知识，以及专业基础知识，专业知识的基础上进行的，这是对大学四年学习的一项深入性复习，给我们了一次实际锻炼机会，同时也为我们以后的实际工作甚至于之后更加深远的学习提供了一个很好的锻炼机会。

因此，此次设计对我们大学四年学习生活以及之后的工作生活都是具有深远意义的。

此次设计，我们小组的任务是设计侧支架组合机床，我在其中担任立式主轴箱的设计部分。

由于加工工件为8000件，属于大批量生产，同时六个孔的精度要求较高，因此在设计过程中就需要保证主轴箱的排除系统结构合理，以保证主轴位置足够精确并且传动足够稳定。

设计过程要注意到许多问题，例如：

为了保证主轴转速达到要求，必须尽量减小传动误差；要避免齿轮和主轴、传动轴之间，主轴和轴承以及轴承孔等的干涉；以及合理的布置操纵件如手柄轴的位置，以保证工人操作方便等等。

完成注油杯、放油螺栓等附件的设计；注意油泵和主轴的转速和转向。

应使设计达到最优化结果。

我希望通过这次的毕业设计，能够使自己的能力得到提升，不仅要提高自己对专业知识的掌握能力，更要锻炼自己发现问题，分析问题，最终解决问题的能力，为以后的工作和学习打下良好的基础。

设计过程也让我懂得设计过程中的一些注意事项，这更加有助于我在今后的工作过程中少犯错误。

同时，因为设计需要，查阅了大量的相关书籍，如《组合机床设计简明手册》、《组合机床设计图册》等，并且得到了指导老师和同组同学的竭力指导和大力帮助，因此我在此要先对他们表示我最真挚的感谢！

由于个人能力有限，经验和水平不足，设计过程中难免会出现一些错误和疏漏之处，设计成果不可避免的会出现一些不成熟的地方，对此，还希望老师和同学们能够给予我批评和指正。

第1章组合机床概述

§1.1组合机床简介

组合机床是随着生产的发展，由万能机床和专用机床发展来的。

它是根据加工工件的具体需要，在大量的通用部件的基础上，结合实际情况配以部分专用部件，以此组成的一种加工效率很高的机床。

作为组成组合机床的基础，通用部件是根据各自所要求的功能按标准化、系列化、通用化原则设计和制造的独立部件，它在组成各种组合机床时能互相通用。

组合机床的专用部件中也有许多零件是通用零件、标准件和独立部件。

用来实现机床切削和进给运动的通用部件，如单轴工艺切削头（即镗削头、钻削头、铣削头等）、传动装置（驱动钻削头）、动力箱（驱动多轴箱）、进给滑台（机械或者液压滑台）等为动力部件。

用来安装动力部件的通用部件，如侧底座、立柱、立柱底座等为支承部件。

因此，组合机床的设计、制造、调整和重组都很方便。

目前，我国组合机床中约有70％～90％的零部件是通用零部件和标准件。

组合机床可以完成对工件多刀、多轴、多面、多工位同时加工，工序集中程度高，加工时间和辅助时间缩短，并且能够重合，同时也很容易组成自动线。

组合机床大多都配有液压、气压和电控等系统，生产过程为自动化或半自动化。

因此，它的生产率和自动化程度都比较高，适宜于大批量生产。

在组合机床上可完成钻孔、扩孔、铰孔、镗孔、攻丝、刮平面、各种车削、各种铣削、磨削及滚压等工序，还可完成打印、清洗、热处理、在线自动检查等非切削工序。

其中应用最多的是平面加工和孔加工两类工序。

组合机床最适宜于加工各种大中型箱体类零件，如气缸体、气缸盖、变速箱箱体、电机座及仪表壳等零件。

这些零件从平面到孔的全部加工工序几乎都可以在组合机床上完成。

轴套类、盘类、叉架类和盖板类零件的部分或全部工序的加工，也可以在组合机床上完成。

二十世纪70年代以来，随着密齿铣刀、可转位刀具、镗孔尺寸自动检测和刀具自动补偿技术的发展，组合机床的加工精度也得到了提高。

铣削平面的平面度可达0.05mm／1000mm，表面粗糙度可低达2.5～0.63μm；镗孔精度可达IT7～6级，孔距精度可达0.03～0.02μm。

§1.2组合机床的特点

组合机床是机械制造业高速发展必不可少的设备之一,是一种效率很高的机床，在实际生产中应用很多。

组合机床多用于箱体类或特殊形式的零件的加工过程。

加工过程中工件一般不旋转，由刀具的旋转运动和刀具与工件之间的相对进给运动来实现钻、扩、锪、铰、镗孔、铣削端面、切削平面、切削内外螺纹以及加工圆和端面等等加工过程。

组合机床是在专业机床和万能机床的基础上发展起来的，是由标准化的的通用部件和按照零件具体加工工艺要求设计的专用部件组成的专用机床。

主要你分有：

床身、动力头、主轴箱、夹具等。

下面将组合机床和专用机床进行对比，以便更好的体现其优越性。

对于专用机床来说，除了标准零件以外，其余零件都要一个一个地设计和制造，不但设计劳动量大，并且产品生产周期长。

而且，由于零件为单件生产，不仅提高了制造成本，而且生产使用过程中产生的问题也比较多。

而对于一台组合机床来说，情况就大不一样了，组合机床是根据具体加工对象的加工要求，用标准化系列化的通用零部件，加上少量的专用部件或零件组成的，同时由于通用零部件占整台机床总零件数的70%～90%，设计制造的周期大大地缩短了，同时也减少了制造中的问题，机床工作的可靠性得到了提高，机床制造的成本降低。

具体来说，组合机床具有如下一些特点：

1.工作稳定可靠，使用、维修方便。

通用化、系列化、标准化程度高，组合机床中有70%～90%的通用零、部件。

这些零、部件是经过精心设计和长期生产实践考验的，可以组织批量生产或进行定制或外购。

2.研制周期短、设计制造成本低。

组合机床设计过程的主要工作是选用通用零部件。

3.结构模块化、组合化、配置灵活。

大量的通用部件和少量专用部件可以灵活组合成各种类型的组合机床及自动线。

当加工对象改变时，可以根据工件和工序要求，将原有的通用零、部件可以重新利用，组成新的组合机床。

4.自动化程度很高，生产率高。

组合机床多采用多刀、多轴、多面、多工位加工。

5.组合机床加工工件时采用专用夹具、经常采用组合刀具和导向装置等，工序固定、工作自动循环，加工精度靠工艺装备保证，产品质量稳定。

同时对操作工人技术水平要求低，劳动强度低。

6.组合机床主轴箱可以对箱体零件上一个面上的多个孔进行同时加工，能比较好的保证各个孔之间的位置精度，同时减少工序间的工件搬运，改善劳动条件，降低劳动强度。

7.组合机床很容易组成自动线，实现联合操纵和控制。

8.组合机床的通用部件不是为某一种机床设计的，而是具有较广的适应性，这样就使组合机床的结构较为复杂。

。

9.可变性差，改装时部分零件不能重复利用，且改装时劳动量大。

§1.3组合机床工艺范围及发展方向

§1.3.1组合机床工艺范围

组合机床的加工内容主要可以分为孔加工和平面加工两大类。

孔加工内容有：

钻孔、扩孔、铰孔、锪孔、镗孔、倒角、攻螺纹等。

平面加工内容主要有：

铣削端面、切削平面、车端面等。

此外组合机床还可以进行尺寸检查和简单的装备工序。

随着综合自动化技术的发展，其工艺范围正扩大到行星铣削、拉削、推削、磨削、车外圆、抛光、冲压以及焊接、热处理、自动装配和检测、清洗和零件分类及打印等非切削工作。

组合机床最适合于加工气缸盖、气缸体、变速箱体、电机座及仪表壳等大中型箱体类零件，同时也可用来完成轴套类、轮盘类、叉架类和盖板类零件的部分或全部工序的加工。

组合机床在汽车、拖拉机、柴油机、电机、仪器仪表、军工等大批大量生产中得到广泛应用；一些中小批量生产的企业，如机床、机车、工程机械等制造业中.已推广使用。

§1.3.2组合机床发展方向

由于组合机床是针对某一零件的加工过程来设计的，因此它的柔性相对较差。

但是现代制造业对机床的要求是除了要提高单品种大批量生产方式的生产率，还要求机床在工件集合形状和机构产生变化，批量大小产生变化的情况下，都能适应零件加工要求。

也就是说，组机床必须在保证高的社会生产率的前提下，保证有足够的加工灵活性。

伴随着着电子信息技术和控制理论的发展，数控机床在加工制造中占的比重越来越大，与此同时，数控机床也为组合机床的柔性化指出了发展的方向。

组合机床对于制造业的根本贡献在于提出了在多轴、多刀、多工序的条件下对工件进行多面、多件、多工位的同时加工的概念，这是实现工序集中的最好途径，这为以后机床提高生产率指明了方向。

随着现代制造业的发展，数控机床已和多轴多面加工的原理紧紧的联系在一起了，组合机床和数控机床已没有了严格的区分，这在很大程度上提高了机床的生产率和灵活性。

随着社会的发展，现代设计对于零件的精度要求越来越高，特别是高次曲线及高次曲面要素在零件中的大量应用，使得传统的机床无法胜任，而在数控机床中用差补法就能较容易的加工出高次曲线及高次曲面，如果在机床中引入三维坐标测量仪，就能对加工进行闭环控制，提高对其的加工精度。

除了要朝柔性化的方向发展外，组合机床的发展还要考虑如下几个问题：

1.提高生产率。

其主要方法是改善机床布局，增加同时工作的刀具减少加工余量，提高切削用量，提高工作可靠性及缩短辅助时间等，为了减少自动线停车损失。

2.扩大工艺范围。

现在组合机床及其自动线一般已不仅用来完成一个工件加工过程中的几道工序，而是更多的用来完成工件的全部加工工序。

3.为了使组合机床及其自动线能够保证足够的加工精度，广泛采用自动测量和刀具补偿技术以提高加工精度。

4.提高自动化程度，重点在于解决工件的夹压自动化和装卸自动化。

5.为适应中小批量生产的需要，提高组合机床及其自动化的可调性。

6.为适应小型精密零件的加工需要，创制小型组合机床。

这种机床多由超小型气动液压动力头配置，体积小，效率高，并且加工精度很高。

7.发展专能机床及其自动线。

将组合机床作为通用品种进行批量制造，用户可以根据自己的加工需要，配备不同的专用的刀具及工艺装备。

第2章被加工零件工艺方案的制定

§2.1零件分析

§2.1.1零件的用途

侧支架是拖拉机全桥式车架的重要组成部分。

车架是介于行走系和拖拉机体之间的骨架。

它支撑着机体，并连接着行走系，使之成为一个整体。

而侧支架是连接车架上的纵深和车轴，使车架成为一个整体的关键零件。

它的Φ45的孔连接托轮轴，使得托轮得以固定（托轮的作用：

用来托住履带的上方部分，防止履带下垂过大而出现振跳现象，并防止履带侧向滑落）。

因此侧支架是一个较重要的零件。

§2.1.2零件毛坯

侧支架的生产纲领为80000件／年，属于大批量生产。

材料为45钢，硬度为HB156-227，毛坯的制造形式为铸造。

§2.1.3零件的技术要求

如图2-1所示，侧支架的技术要求：

图2-1侧支架零件图

1.孔45表示的相对摆差≦0.05。

2.E面对F面得垂直度≦0.4/250.

3.Φ45中心线对B面垂直度≦0.6/100.

4.EF加工表面允许有孔眼，尺寸≦10.0，深度≦5，距离零件或孔边缘>5，每面不多于5个，孔眼尺寸较允许尺寸略大些。

可进行焊补和修正。

5.Φ20孔在距离底面范围内直径允许减少至19.9.

6.Φ20孔各孔中心线相互位置公差不得超过0.25.

7.E，F面表面粗糙度不大于Ra12.5.

8.R铣表面粗糙度不大于Ra6.3.

§2.2立式钻孔工艺分析

设计中，该工序任务是钻六个¢20的孔，如图2-1所示。

图2-1零件图

设计只需六个¢20孔，由于其精度要求不高，采用一般的钻削加工都能满足加工要求。

可以采用多把刀同时加工完成的方式，这样大大提高了劳动生产率。

钻削加工时为满足生产率的要求，两个工件同时加工，一次完成所有孔的加工。

工序：

钻6个Φ20的孔。

定位和夹紧：

本工序采用两个平面和一个外圆面组合定位，使工件完全定位，外圆用V形块夹紧，中央部分液压缸压板压紧，如图2-2所示。

在组合钻床上加工。

图2-2工序图

§2.3确定组合机床切削量及切削力

§2.3.1确定组合机床切削用量

切削用量的选择合理与否，将会影响到组合机床的加工精度，生产率，刀具耐用度等，同时对机床的布局形式及正常工作均有很大影响。

选定切削用量时应注意以下事项：

a）尽量做到合理利用所有刀具，充分发挥其性能；b）应考虑刀具的使用寿命；c）应注意零件批量的影响；（d）切削用量的选择应有利于主轴箱的设计，而且要考虑所选动力滑台的性能。

查阅资料可得出¢20孔的相关参数：

切削速度v=10-18mm／min；进给量：

f=0.08-0.16mm／r。

根据组合机床总体设计结果，可取切削速度v=12.57mm／min,进给量f=0.12mm／r

切削速度v=12.57m／min,进给量f=0.12mm／r.

§2.3.2确定组合机床轴向力、切削转矩以及切削功率

确定切削转矩、轴向力和切削功率是为了给后续设计过程中确定主轴及其它传动件尺寸、选择滑台及设计卡具、选择主电动机（一般是选择动力箱的驱动电机）提供依据。

主轴转速：

（2-1）

由上述可知，式中，v=12.57m／min，f=0.12mm／r

因此，

轴向力：

（2-2）

式中：

D—钻头直径（mm）；

f—系数；

—抗拉强度（kg/）。

扭矩：

式中：

D—钻头直径（mm）；

f—系数；

—抗拉强度（kg/）；

切削功率：

（2-3）

式中：

M—扭矩（N·mm）；

v—切削速度（m/s）。

§2.4主轴直径的确定和主轴箱所需动力计算

§2.4.1主轴直径的确定

刚度条件计算时主轴的直径为

（2-4）

式中：

d——轴直径（mm）；

T——轴所承受的转矩（）；

B——系数，当材料的剪切弹性模量G=8.1MPa,刚性主轴，B=2.316；非刚性主轴，B=1.948；传动轴，B=1.638

所以，主轴轴径

初取主轴轴径为25mm，主轴外伸长度为100mm。

主轴的联接采用刚性联接，也称为连杆联系。

§2.4.2动力箱的选用

动力箱主要依据主轴箱所需的电动机功率来选用。

主轴箱所需的电动机功率为

由计算知动力箱切削功率为=0.44kw，可根据轴的直径及转速查表得出，一般取所传递功率的1%。

主轴箱传动系统设计之前，无法确定时，则可由下式估算

式中，η——主轴箱传动效率，加工黑色金属时η=0.8-0.9，有色金属=0.7-0.8；主轴数多，传动复杂时取小值，传动简单时取大值。

本设计中取0.8。

所以，所选电动机功率为

主轴箱所