转向蜗杆箱钻孔组合机床设计Word文档下载推荐.docx
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工艺方案的拟定是组合机床设计的关键一步，因为工艺方案在很大程度上决定了组合机床的结构配置和使用性能。
同时工艺方案的制定对零件加工精度有很大的影响，因而要对零件的功效，材料要有很全面的理解。
2.1被加工零件的特点
本次加工的零件为转向蜗杆箱，而主要的加工工序为钻4xM10的螺纹孔，要求采用一次性加工完成，同时对加工的孔也有精度的要求。
加工部位为：
底孔4xM10-2
加工的零件材料为：
KTZ450—06
加工孔的位置准确度度为：
0.25
加工材料的硬度为：
180HBS
2.2工艺路线的制定
粗基准选择的原则：
1）如果必须首先保证工件上加工表面与不加工表面之间的位置要求，应以不加工表面作为粗基准。
如果在工件上有很多不需加工的表面，则应以其中与加工面的位置精度要求较高的表面作粗基准。
2）如果必须首先保证工件某重要表面的余量均匀，应选择该表面作粗基准。
3）选作粗基准的表面，应平整，没有浇口、冒口或飞边等缺陷，以便定位可靠。
4）粗基准一般只能使用一次，特别是主要定位基准，以免产生较大的位置误差。
精基准的选择的原则：
1）用工序基准作为精基准，实现“基准重合”，以免产生基准不重合误差。
2）当工件以某一组精基准定位可以较方便的加工其他各表面时，应尽可能在多数工序中采用此组精基准定位，实现“基准统一”，以减少工装设计制造费用，提高生产率，避免基准转换误差。
3）当精加工或光整加工工序要求余量尽量小而均匀时，应选择加工表面本身作为精基准，即遵循“自为基准”原则。
该加工表面与其他表面间的位置精度要求由先行工序保证。
4）为了获得均匀的加工余量或较高的位置精度，可遵循互为基准、反复加工的原则。
该工艺路线符合以上基准选择的原则，而且也选用了合适的表面加工方法，加工阶段的划分与工序的组织都很合理。
机械加工工序顺序的安排也符合了先基准面，后其他面，先主要表面，后次要表面，先主要平面，后主要孔，先安排粗加工工序，后安排精加工工序的原则。
综上，其工艺路线如下：
工序号
工序内容
01
以Φ66端面和Φ92端面互为基准面粗铣各自端面
02
以Φ65端面和Φ134端面互为基准面粗铣各自端面
03
以Φ134端为定位基准粗镗Φ44孔和Φ72孔
04
半精镗Φ44孔和Φ72孔
05
以Φ92端面为定位基准面粗镗Φ41孔，Φ54孔,Φ110孔
06
利用立式车床倒Φ66，Φ72,Φ41,Φ54,Φ110孔的倒角
07
精镗Φ41孔，Φ54孔
08
以Φ134端面为精基准精铣Φ92端面
09
以Φ134端面为定位基准钻Φ26的通孔
10
以Φ134面为基准面，在Φ92端面上指定位置钻4—M10的孔并攻丝
11
以端面Φ92面为基准，在Φ134端面上指定位置钻5-M10的孔并攻丝
12
钻上端圆柱面凸台Φ28端面处的孔并攻丝
3.三图一卡的拟定
3.1被加工零件工序图
被加工零件工序图是根据选定的工艺方案，表示一台组合机床或自动线完成的工艺内容、加工部位尺寸、精度、表面粗糙度及技术要求、加工用定位基准、夹紧部位及被加工零件的材料、硬度、重量和在本道工序加工前毛坯或半成品情况的图纸。
转向蜗杆箱底面钻4xM10-2孔加工工序图：
图3-1转向蜗杆箱底端面钻4xM10的工序图
上图中采用了直径为135mm的大端面为定位基准面，采用一面两销的方案进行定位，在该面上有一直径为110的圆柱孔，可以用一圆柱销和该面进行配合工限制了工件的5个自由度，同时利用一销边销早直径为13的孔上进行定位限制一个自由度，最终整体限制了六个自由度，实现了工件的完全定位，所选择的定位基准面符合设计的要求。
3.2加工示意图
零件加工的工艺方案要通过加工示意图反映出来。
加工示意图表示被加工零件在机床上的加工过程，刀具、辅具的布置情况以及工件、夹具、刀具等机床各部件间的相对位置关系，机床的工作行程及工作循环等。
因此，加工示意图是组合机床设计的主要图纸之一，在总体设计中占据重要地位。
它是刀具、辅具、夹具、主轴箱、液压电器装置设计及通用部件选择的主要原始资料，也是整台组合机床布局和性能的原始要求，同时还是调整机床、刀具及试车的依据。
同时加工示意图应该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，刀具类型，数量和结构尺寸；
接杆，浮动卡头，导向套等等以及主轴之间的连接方式和配合尺寸。
3.2.1刀具的选择
由前面可知，选用的刀具是标准高速锥柄麻花钻。
而刀具的直径则需要通过加工的螺纹孔的底孔孔径来确定，本次工序需要孔的直径为10的螺纹孔，而本次工序只需要钻孔，因而查表可知道选择的刀具直径为8.6mm,刀具总长度为184，莫斯锥度为一号，孔加工刀具的直径应与加工部位尺寸、精度相适应，其长度应保证加工终了时刀具螺旋槽尾端离导向套外断面30~50mm，以利排屑和刀具磨损后有一定的向前调整量。
3.2.2导向套的选择
导向装置的作用是：
保证刀具相对于工件的正确位置，保证各刀具相互间的正确位置，提高刀具系统的支撑刚度，从而保证加工孔的位置精度，达到设计的最终要求。
1,选择导向类型、形式和结构
导向装置有两大类，即固定式导向和旋转式导向，在加工孔径不大于40毫米或摩擦表面的线速度小于20m/min的时候，一般选用固定式刀具，而加工的孔径较大或者线速度大于20m/min,一般采用旋转式导向装置，于是按照上式方法通常根据刀具导向部分直径d和刀具转速n折算出导向的线速度v
其中n=590r/min
再结合加工部位尺寸精度、精度、工艺方法及刀具的具体工作条件来选择导向类型、形式和结构
利用上公式可知v=15.4m/min
由于v=15.4m/min<
20m/min，应此选择固定式导向。
2,定导向数量、选择导向参数
导向数量应根据工件形状、内部结构、刀具刚度、加工精度及具体加工情况决定。
通过钻、扩
铰单壁小孔或用悬伸量不大的镗、扩、铰深度不大的大孔时，选取单个导向加工。
导向的具体参数包括：
导套的直径及公差配合、导套长度、导套离工件端面的距离等。
查《机械制造装备设计》表4-8可知：
导向长度
导向至工件端面的距离L为20~50mm
通过查固定式导向装置的部分标准尺寸可知道：
根据加工的孔径来选择导向套的相关尺寸:
L1=10+L=10+28=38mm
D=15，D1=22，D2=26而其它具体尺寸可以参考《机械制造装备设计》表4-7.
而钻孔时的d配合为G7，D的配合为H7/g6，D1的配合为H7/k6。
3.2.3确定主轴类型、尺寸、外伸长度
主轴类型主要依据工艺方法和刀杆与主轴的连接结构进行确定。
主轴轴颈及轴端尺寸主要取决于进给抗力和主轴——刀具系统机构。
与刀杆有浮动连接或刚性连接，如主轴则有短悬伸镗孔主轴和长悬伸钻孔主轴。
主轴轴颈尺寸规格应根据选定的切削用量计算出切削转矩M，初定主轴直径d，并考虑便于生产管理，适当简化规格。
（3-4）
式中
——轴的直径（mm）；
d=8.6mm
——轴的切削转矩（
）；
M=2948.38N*mm
——系数。
=7.3
带入数据计算可以得知：
=17.01mm
综合考虑加工精度和具体工作条件，按表选定主轴外伸长度
、外径
和内径
及配套的刀具可调接杆莫氏锥度或攻螺纹靠模规格代号等。
d（h6）
d1（h6）
d2
d3
L
l1
l2
l3
螺母厚度
锥度
基准直径
20
Tr20×
2
莫氏1号
12.061
17
113
46
40
75
表3-1可调接杆尺寸
综合以上数据查《机械制造装备设计》表34-12可知：
选择主轴直径为
，外伸长度为
，接杆为莫氏锥柄接杆1-250T0635-01
对选取的主轴进行强度校核：
校核公式为：
----许用剪切应力（Pa）此为45号钢编制，
=31Mpa
W---轴的抗弯扭截面模数。
实心轴的W=
T----轴所传递的转矩（N.m）
则，带入上式公式进行轴的校核可以知道：
因而所选择的轴符合选取的要求。
3.2.4确定动力部件行程
动力部件的工作循环是指加工时，动力部件从原始位置开始运动到加工终了位置，又返回到原位的动作过程。
一般包括快速引进、工作进给和快速退回等动作。
有时还有中间停止、多次往复进给、跳跃进给、死挡铁停留等特殊要求。
工作进给长度L应等于加工部位长度L2（多轴加工时按最长孔计算）与刀具切入长度L1和切出长度L3之和。
切入长度L1一般为5-10mm，根据工件端面的误差情况确定。
切出长度
在采用一般刀具时可按公式
确定
因而本次加工时取L1=10mmL3=10mmL2=25mm则工作进给长度为
当然这个长度可以根据具体的加工距离进行更改，本工序的工进最终选择为55mm.快速退回长度等于快速引进与工作进给长度之和。
快速退回长度等于快速引进与工作进给长度之和。
快速引进是指动力部件把主轴箱连同刀具从原始位置送到工进开始位置，其长度按加工具体情况确定。
一般在固定式夹具钻孔或扩孔的机床上，动力部件快速退回的行程，只要把所有刀具都退至导套内，不影响工件的装卸就行了。
但对于夹具需要回转或移动的机床，动力部件快速退回行程必须把刀具、托架。
活动钻模板及定位销都退回到夹具运动可能碰到的范围之外。
本次加工的快进长度取L4=180mm快退长度则取L5=235mm
本次加工的加工示意图如下：
图3-2加工示意图
3.3机床联系尺寸图
机床联系尺寸总图是用来表示机床的配置形式，机床各部件之间相对位置关系和运动关系的总体布局图，同时它是进行多轴箱和所用电机的主要参数，工件与各部件之间的主要联系尺寸等等，而机床联系尺寸图是以以被加工零件工序图和加工示意图为依据，并按初步选定的主要通用部件以及确定的专用部件的总体结构而绘制的。
用以检验各部件相对位置及尺寸联系能否满足加工要求和通用部件选择是否合理；
它为多轴箱、夹具等专用部件设计提供重要依据；
它可以看成是机床总体外观简图。
由其轮廓尺寸、占地面积、操作方式等可以检验是否适应用户现场使用环境。
3.3.1选择动力部件
组合机床的动力部件是配置组合机床的基础。
它主要包括用以实现刀具主轴旋转主运动的动力箱、各种工艺切削用头及实现进给运动的动力滑台。
滑台的选用通常，根据滑台的驱动形式，所需要的进给力，进给速度，最大行程长度和加工精度等相关因素来选择合适的滑台。
驱动方式的确定采用液压驱动还是选用机械驱动的滑台，可以参照通用部件介绍时对液压滑台和机械滑台的性能特点比较，并结合具体的加工要求，使用条件等来确定，本次选用的滑台为液压滑台，根据要求，通过联系前面的加工示意图可知道刀具的工作总行程为235mm,工进为55mm,快进为180mm,综合比较查询组合机床简明手册相关数据做全面的分析。
确定轴向进给力滑台所需要的进给力可按下式计算：
=1105.37x4=4421.48N
式中
--表示各主轴加工时产生的轴向力。
由于滑台工作时，除了克服各主轴的轴向力外还要克服滑台移动时所产生的摩擦力，因而所选滑台的最大进给力应大于
。
2,进给速度
各种规格的动力滑台都有规定的快速行程速度及最小进给量的限制。
所选择的快速行程速度应小于动力滑台规定的快速行程速度及最小进给量限制。
所选择的快速行程速度应小于动力滑台规定的快速行程速度。
所选切削用量的每分钟工作进给速度应大于动力滑台额定的最小进给量。
3,切削功率
根据各刀具主轴的切削用量，计算出总切削功率，在考虑传动效率或空载功率损耗及载荷附加功率损耗，作为选择组合机床主传动用动力箱型号规格的依据。
每种型号的动力箱可配有两种规格的电动机，这两种电机除功率大小不同外，转速也不同。
因此动力箱输出轴转速也有高低两种，应根据主轴箱传动系统设计要求，并要求主轴箱传动链短来选用。
动力箱规格要与滑台匹配，其驱动功率主要依据多轴箱所需传递的切削功率来选用。
在不需要精确计算多轴箱功率或多轴箱尚未设计出来之前，可按下列简化公式进行估算：
（3-6）
——消耗于各主轴的切削功率的总和，单位为kW；
——多轴箱的传动效率，加工黑色金属时取
，加工有色金属时取
，主轴数多、传动复杂时取小值，反之取大值
而本次多轴箱所需要的电动机功率为：
4）行程的确定
选用动力滑台时，必须考虑其允许的最大行程。
设计时，所确定的动力部件总行程应小于动力滑台的最大行程。
根据本次设计的立式组合机床的设计要求，既要保证能够完成加工工序的具体内容，同时也要保证便于刀具的安装和拆卸，通过估算可以得知设计中所需的前备量是115mm，后备量是50mm。
5）精度的选择“1字头”系列滑台分为普通，精密，高精度三种精度等级，根据加工精度的要求选择不同精度等级的滑台。
通过以上面五点的阐述和相关计算并查阅机床设计手册最终确定滑台型号为:
1HY32—I型液压滑台。
液压滑台选用1HY32-ⅠA，其参数：
台面宽
，台面长
，行程长
，滑台及滑台底座高
，滑座长
，允许最大进给力
，快速行程速度为
，工进速度
动力箱的选用
动力箱主要依据多轴箱所需的电机功率来选用。
多轴箱所需的电机功率为：
可根据轴的直径及转速查阅《机械制造装备设计》表4-9；
一般取所传递功率的1%。
多轴箱传动系统设计之前，
无法确定，则
可由下式估算：
式中η——多轴箱传动效率，加工黑色金属时η=0.8~0.9。
代入数据计算得：
=0.18/0.8=0.225KW
为使加工过程中动力部件有良好的稳定性，不同规格的动力滑台与何种规格的动力箱配套使用，其上能安装多大轮廓尺寸的主轴箱是有一定限制的。
设计时可查组合机床通用部件相应标准的推荐值。
综上，本次设计选用的动力部件如下：
动力箱选用1TD25-ⅠA,电动机为Y100-6，电动机功率P=1.5KW千瓦，电机转速n=940r/min，输出轴转速n=520r/min动力箱与动力滑台结合面尺寸：
长400mm，宽320mm.
在确定好滑台和动力箱体之后可以查阅机床简明手册1HY系列液压滑台立式配置时联系尺寸表，通过查《组合机床设计简明手册》表5-4可知道立柱型号为1CL32，立柱侧底座为1CD321.当然这些型号可以得知该部件的相关数据。
3.3.2确定机床装料高度
装料高度是指机床上工件的定位基准面到地面的垂直距离。
我国过去设计组合机床一般取装料高度
为提高通用部件及支撑部件的刚度并考虑自动线设计时中间底座内要安装夹具输送、冷却排屑装置，新颁布的组合机床标准推荐装料高度900mm。
在现阶段，设计组合机床时，装料高度可视具体情况在
之间选取。
根据上面数据可知道，本次加工的装料高度为H=860mm。
综上所述，最后选择各部件后设计出了机床联系尺寸图；
图如下所示：
图4-3机床联系尺寸图
4主轴箱的设计
多轴箱是组合机床的重要专用部件，根据加工示意图所确定的工件加工孔数和配置，切削用量和主轴类型而设计，由通用零部件组成，能将动力箱的动力传递给主轴，使之按要求的转速和转向旋转，提供切削动力，多轴箱与动力箱一起安装在进给滑台上，可以完成钻，扩，绞，镗等工序。
4.1绘制主轴箱设计原始依据图
在编制此图时从“三图一卡”中已知：
1）主轴箱轮廓尺寸400×
400毫米。
2）工件轮廓尺寸及各孔位置尺寸。
3）工件与主轴箱相对位置尺寸。
根据这些数据可编制出主轴箱设计原始依据图:
图4-1主轴箱原始依据图
附表：
（1）被加工零件
名称：
转向蜗杆箱
材料：
KTZ450-06
硬度：
（2）动力部件
ITD25-ⅠA型动力箱，电动机为Y100L-6型，功率P=1.5KW转速n=520r/min,输入转速520r/min，动力箱输出轴距箱底面的距离为124.5mm，其它尺寸可查动力箱装备图。
（3）主轴箱外伸尺寸及切削用量
轴号
主轴外伸尺寸）
切削用量
D/d
n（r/min）
v（mm/min）
f（mm/r）
1-4
钻4xM10
32/20
115
590
16
0.15
88
4.2主轴结构型式选择及动力计算
4.2.1主轴结构型式选择
钻削类主轴采用两端轴向定位方式，按支承形式可分为圆锥滚子主轴、，球轴承主轴、滚珠轴承主轴三种。
圆锥滚子轴承主轴，前后支承均为圆锥滚子轴承，可以承受较大的径向力和轴向力，轴承数量少，结构简单、装配调整方便。
滚珠轴承主轴，前支承为向心球轴承和推力轴承，后支承为向心球轴承或圆锥滚子轴承，前支承的推力球轴承设置在深沟球轴承的前边，承受的轴向力大。
滚针轴承主轴，前后支承均为无内圈滚针轴承和推力球轴承，径向尺寸小。
根据本工序主轴的受力及尺寸要求，选用单向推力球轴承和深沟球轴承主轴而传动轴选用圆锥滚子轴承为主。
4.2.2主轴直径和齿轮模数的确定
初选模数可由下式估算，在通过类比确定：
式中：
P——齿轮传递功率（KW），可取P=1.5kw
Z—一对齿轮中小齿轮的齿数，取Z=19；
n——小齿轮的转数（r/min），其中n=520r/min
代入上式计算可知：
m>
1.5
根据标准，0轴传动采用模数为m=3而其他的传动模数采用m=2;
4.3传动系统设计与计算
4.3.1拟定传动路线
把主轴1-4作为一组同心圆，在其圆心上布置中心传动轴。
把主轴1-4作为一组同心圆，在其圆心上布置中心传动轴5。
油泵轴由埋头传动轴7驱动，手柄轴由传动轴5驱动。
最后将传动轴5与驱动轴
连接起来，形成多轴想的传动系统图如下:
4.3.2确定驱动轴、主轴位置
驱动轴的高度由动力箱联系尺寸图中查出：
距离箱体底面为124.5mm。
根据多轴箱原始依据图算出驱动轴、主轴坐标值，见表4-2.
坐标
左削孔
驱动轴
主轴1
主轴2
主轴3
主轴4
x
-175
-32.5
32.5
y
94.5
163.5.5
228.5
163.5
表4-2多轴箱主轴、驱动轴坐标值
4.3.3确定传动轴位置及齿轮齿数
1）确定传动轴5,分别与主轴1、2、3,4间的齿轮副齿数
传动轴5的位置为主轴1-4同心圆的圆心，由于主轴1-4是一个直径92的圆上，
所以传动轴5的坐标为：
X=0
Y=201（由作图和相关计算得出最终结果）
由上面数据可知，传动轴5与主轴1-4之间的中心距都为46，而传动轴与主轴1-4间的传动比都是i=1传动，而且其模数m=2，，根据其数据可的到其齿轮齿数均为z=23。
传动轴和各主轴转速均为590r/min。
2）驱动轴与5轴齿轮间齿轮副齿数
驱动轴与传动轴5的轴心距通过计算
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