1、卧式组合钻床设计 1毕 业 设 计 说 明 书设计题目 卧式组合钻床设计学生姓名 指导老师 卧式组合钻床设计 2目 录 一、 前言1二、设计任务及组合机床介绍1、加工内容及要求 22、工作循环 23、夹具设计方案 24、确定切削用量及刀具 25、确定切削力扭矩、功率及刀具耐用度 36、初定主轴直径 47、主轴箱所需动力 5三、组合机床总体设计 6卧式组合钻床设计 3、三图一卡设计 6、主轴箱轮廓尺寸 9、传动装置润滑 10、机床技术特性 10、计算生产率 10四、组合机床主轴箱设计 121、原始依据图 122、主轴结构形式及动力计算 13 3、传动方案。144、主轴箱的坐标计算19 5、主轴箱
2、的润滑及手柄轴位置206、绘制装配图主轴箱21五、总结 30六、参考资料 31卧式组合钻床设计 4前 言毕业设计是完成工程技术人员基本训练的最后一个重要环节，目的是培养学生综合运用所学专业和基础知识、独立解决本专业一般工程技术问题的能力。在设计方案的选定、设计资料的收集、手册和国家标准、规范的运用，设计方案的应用、零件图及总装图的绘制等方面有一定较全面的锻炼，并使每个学生树立起正确的设计思路和良好卧式组合钻床设计 5的工作风。一个零件的同一面上，往往有多个孔，如果在普通机床上加工。通常要一个一个孔的钻，生产率低下，同时，各加工孔的形状和它的位置公差以及尺寸精度都难以保证，工人劳动强度大。特别是
3、大批大量生产的工艺，更是大大地增加了生产周期，而且成本也很高。为了克服多孔零件普通机床加工不利的一面，行之有效的方案就是在普通机床的主轴上装上多头轴，但是对于大型箱体零件，采用变种方案也不行，而采用组合钻床才是最佳方案。组合机床是按系列化、标准化设计的通用部件与按被加工零件的形状及加工工艺要设计的专用部件所组成的专用机床。二 设计任务及组合机床介绍1、加工内容及要求要求设计一台组合钻床，加工 175型柴油机一面上的六个孔（详见加工工序图） 。被加零件其材料为HT200，硬度 HB170220。毛坯为铸件机械性能GB567585 中有关于 HB200 的规定，年产量为 5 万件卧式组合钻床设计
4、6/年。2、本台机床为卧式单面组合钻床，工作循环为： 工 进 快 退切 入 快 进3、夹具设计方案全生产线采用通过式滚道输送带，根据被加工零件的特定结构以及考虑便于输送和装夹方便，从提高零件的加工精度出发，生产线采用随行夹具。随行夹具以两个销孔和随行夹具体 6 的基面在机床固定夹具上定位。工件与机脚面和机脚面上的两孔在随行夹具 上，由于工件定位平面不连续，因此随行夹具的关部位必具有硬度和高耐磨性。考虑该机床工件加工面的不同，要从夹具的两个垂直方向输送工件。帮夹具采用敞开式四立柱结构，随行夹具输送方向的两侧固定夹具上设置定位板，而在输送导板上设置 输送方向上的限位装置，使随行夹具上定位准确，插销
5、顺利，随行夹具以其底面在两块等定位块所构成的平面上，并以两销孔（一个贺柱销和一个锥销定位）实现一面两销方式夹紧装置采用浮动压块直接压在工件上。卧式组合钻床设计 7采用一面两销定位消除了六个自由度， 一个圆柱销消除 2 个自由度 x、z，削边销消除 y、自由度，一面消除三y、x、z 个自由度。 4、确定切削用具量及选择刀根据本道工序的要求，刀具选择 6.7 和 8.5 的麻花钻头，材料为高速钢，钢号为 W6Mn5Cr4V2查组合机床设计 ，确定切削用量：5、确定切削用量、切削扭矩、切削功率及刀具耐用度工序 V (m/min) S (mm/r) N(r/min)钻6.716 0.13 760钻8.
6、517.6 0.15 659卧式组合钻床设计 8三、 组合机床总体设计卧式组合钻床设计 9、三图一卡的设计 1)工零件工序图是组合机床的主要依据。细实线表示与本道工序加工无关的部分，粗实线表示被加工部位精度、粗糙度、位置精度定位及夹压方向。 组合机设计P 612)加工示意图标记出夹具、刀具、工件的相互位置关系。组合机床设计P 63P 733）联系尺寸图4) 生产计算卡A、绘制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，表示一台组合机床上完成的工艺内容，加工部位的尺寸精度、技术要求、定位基准、夹压部位。以及被加工零件的材料、硬度和本机床加工毛坯情况的图纸。它是在原有工件图的基础上，以突
7、出本机床或自动线加工内容。工序图是组合机床设计的主要依据，也是制造、调试机床、检查精度的重要技术资料。内容主要包括：a、两个视图反映被加工零件形状。b、表示出以箱体随行夹具的底面和底面上两孔作为定位方式，以随行夹具两侧凸台上平面作为夹紧用四爪夹压。卧式组合钻床设计 10c、表示出加部位尺寸、位置精度及技术要求。d、表示出需加工孔的深度、箱体材料以上所述详见加工工序图。B、绘制加工示意图它是刀具的布置图，是刀具辅具、电气液压、主轴箱等设计的重要依据。绘制所注意以下内容： a、导向装置的布置与参数做选择组合机床设计表317b、导向装置配合 表 317 c、主轴系列到参数 表 322d、连接杆选择
8、表 323以上所述详见附图加工示意图C、绘制机床联系尺寸图它是用来表示机床组成部件的相互装配联系以检验机床各部件相对位置及尺寸联是否满足加工要求,通用部件的选择是否合适,并进一步为主轴箱、夹具等专用部件,零件的设计提供依据，联系尺寸图也可看成简化的机床总图,它表示机床的配置形式及总体布局。a、动力部件的选择由前面计算 N 动 2.5kw,根据组合机床设计表卧式组合钻床设计 1126 取 N 动 3kw 选电动机功率选动力箱 TD32A公称尺寸 B=320mm 动力箱长度 L=400mm动力箱宽度 B1=400mm 动力箱高度 H=320mm驱动轴距动力箱底面高度 h0=125mm驱动轴直径 d
9、=30mm 驱动轴外伸长度 L=45mm驱动轴转速：推荐驱动与电机传动比为 I=1/2，取 n 驱=710转/分。b、行程：所确定的中部件的总行程应小于所选择动力滑的最大行程,要求刀具长与工件行程越小越好。c、主轴箱端面至工件端面之间的轴向寸是加工示意图上最重要的联系寸。d、动力滑台导轨形式采用“矩山”型e、工作行程.L 工进 =L1+L 加工长度 +L2取 L1=5mm L2=2mmL 工进 =5+28+20+35mmL 快进 =L 工作行程 =L 工进 +L 快退L 快进 =155mm L 工进 =35+155=190mm动力部总行程卧式组合钻床设计 12L 总 L 工作行程 +L 前备
10、+L 后备=190+20+130=340mm、主轴箱轮廓尺寸四、组合机床主轴箱设计1、绘制主轴箱设计原始依据图主轴箱设计原始依据图，是根据“三图一卡”整理编绘出来的，其内容括主轴箱设计的原始要求和已知条件。在绘制此图时从“三图一卡”中已知：(1)主轴箱轮廓尺寸毫米。(2)工件与主轴箱相对位置尺寸。根据这些数据可绘制出主轴原始依据图。卧式组合钻床设计 13a)被加工零件 名称：175F型柴油机曲轴箱材料：HT200 硬度：HB170220(b)主轴外伸尺寸及切削用量(c)动力部件TD32A 型动力箱电动机功率 3 千瓦。转速 145 转/ 分。驱动轴到滑台表面距离为 100 毫米，其他尺寸可查动
11、力箱装配图。轴号 工序内容加工直径主轴直径主轴外伸尺寸D/d(mm) L(mm)Vm/minNr/minfmm/rVfMm/min126.7 32 22/14 85 16 760 89.81、 45、68.5 30 30/14 115 17.6 659 98.8卧式组合钻床设计 142、主轴结构型式的选择及动力计算（1）主轴结构型式的选择主轴结构型式由零件加工工艺来决定，并应考虑主轴的工作条作件和力情况。轴承型式是主轴部件结构的主要特征。由于钻削加工的主轴，需承受径向力和轴向力，因此选择圆锥滚子轴承。（2）齿轮模数的确定：初定直径一般在绘制“三图一卡”时进行同由公式dB4 m/100根据前面计
12、算，1、2 轴取 15，3、4、5、6 轴取20，初选模数可以由下式计算，再通过类比确定：m(3032) 3NZn(mm) m=2mm（3）主轴的动力计算：由机床“三图一卡”已知，N 动 3kw，P=6292N 3、传动方案的确定，各种受力分析，强度、寿命校核根据切削速度和刀具直径，求主轴所需转速。钻 6.7n1、2 =1000vD=1000166.7=760r/min 卧式组合钻床设计 15钻 8.5n3、4、5、6 =1000vD=100017.68.5=659r/min而动力驱动轴 n 驱 =710r/min传动比 i1=710/760=0.935 i2=710/659=1.07选动力头
13、矢量 Zp=34 m=2定传动路线如下：传动方案如图，动力轴 n=710r/min。分两条路线向主轴传递：（1）首先传给 8 轴，然后 7 轴，最后至 1、2 轴I=0.935。 （2）首先传给 9 轴然后 10 轴，再 12，最后传至3、4、5、6 轴。首先考虑路线：齿轮 1、2 Z=24 m=2 齿轮 7 Z7、1 =25 Z7、2 =33 m=2齿轮 8 Z8=41 m=2 I=243341254134=0.935再验算传动路线：轴 9 Z9=27 m=2轴 10 Z10=34 m=2轴 11 Z11、0 =34 Z11、6 =41 m=2轴 12 Z12、0 =25 Z12、6 =39
14、 m=2卧式组合钻床设计 16轴 3、4、5、6 Z=29 则i=29393431272541312734=1.07其中第八轴为手柄轴。验算主轴转速12 轴：n=7101/i=7100,935=763r/min34 轴：n=7101/i7101.07=658.7r/min(763-760)760=0.3%5%(658.7-659)859=0.04%5%卧式组合钻床设计 17传动方案：卧式组合钻床设计 18传动方案比较两种方案，第一种方案比第二种方案少一根传动轴。但在 0 到 7 轴至出现升速，这是应该避免，所以应选择第一种传动方案。卧式组合钻床设计 19B、传动轴的确定：根据公式式中为作用在主
15、轴上的总力矩为作用在轴传来的扭矩为第轴上齿轮传动比。根据上述公式。12 轴 有 m 12=4307.225/29=1059.31kg查表组合机床设计表 510 d=20mm11 轴 有 m11=m1241/39=1059.3141/39=1113.63kg查表 510 d=22mm10 轴 有 m10=m1131/34=1015.37kg查表 510 d=20mm9 轴 有 m9=m1027/37=884.35kg查表 510 d=20mm7 轴 有 m7=2174.3525/24=363.125kg查表 510 d=20mm8 轴 有 m8=m741/25=595.25kg查表 510 d=
16、20mm取 d 7=20mm d8=20mm 传动轴和主轴支承形式的确定：卧式组合钻床设计 20主轴采用圆锥滚子轴承，传动轴可以采用圆锥滚子轴承。4、轴 8 兼作调整手柄，其转速如下：n 8=71034/41=589r/min5、采用 R12-2 型叶片泵，用轴 13 传动n 泵 =71034/2727/3123/24=746r/minn 泵 在 400800r/min 范围之内，满足要求。4、主轴箱坐标计算：选取主轴箱平面的平面与通过其定位销孔的垂直线交点为坐标原点（坐标尺寸中单位为） 。A、 坐标计算在 x o y 坐标系中4 有 x4=234.28 y4=295轴 5 轴 1 有 x1=
17、100 y1=196轴 2 有 x2=100 y 2=140轴 3 有 x3=157.82 y3=295轴 5 有 x5=157.82 y5=218.80轴 6 有 x 6=234.28 y6=218.801、 传动轴坐标计算卧式组合钻床设计 21轴 7 如图， 则x 7=100-492-282=59.79y 7=140+28=168轴 8 设动力轴 0 轴则 x 8=66.37 y8 =94.29 轴 12 为轴 3、4、5、6 中心，则x 12=196.05 y12=256.9轴 9 可任意选是设 x 9=200 y9=91轴 10 有x 10=242.01 y10=130.99轴 11
18、有 x 11=196 y11=y12-80=176.9油泵轴 13 坐标计x13=261.866 y13=88.3绘制主轴箱检查图：注：点划线表示齿轮分度圆直径细实线表示轴承外圈粗实线表示轴套外圈5、主轴箱的润滑和手柄的位置：本主轴箱采用 ZR122 叶片润滑泵进行润，油泵打出卧式组合钻床设计 22的油经分油器润各部分，对于卧式标准主轴箱体前、后壁之间的齿轮和壁上的轴承用油盘润滑，箱体和后盖中润滑的齿轮用油管润滑，油管是通过 0 轴带动 10 轴，再通过 10轴带动油泵上矢轮进行传动，泵轮上的齿轮为 24/2，装在主轴箱的第一排，主轴箱中盛满 30机油，由于组合机床的主轴箱上装有多个刀具，为了
19、调整及更换刀具或装配和维修与检查主轴精度，一般来说主轴箱上都要设有一手柄轴，手柄的转速可高一些，在传动系统设计过程中，可以不考虑其位置，传动系统设计好后，根据其要求，选择轴8 为手柄轴。6、绘制主轴箱装配图（见附图）A、组合机床主轴箱用途和分类主轴箱改变主轴的转速和位置，通过主轴箱可得到正确的加工位置和转速，按其结构大小，可分为大型主轴箱和小型主轴箱。B、确定主轴外伸尺寸和接杆莫氏锥号，类型和具本尺寸选 D/d 1=22/14 L=85 3 号 D/d1=30/20 L=115 2 号莫氏锥号卧式组合钻床设计 23B、轴箱的规格和组成。由前面计算已知，主轴箱所采用的规格为 400400，动力源
20、传入动力通过传动轴齿相啮合，然后传给主轴和油泵轴其中元件有：传动轴、矢轮、轴套、叶片泵，分油器、注油杯、排油塞、通用油盘和防油套。通用主轴箱体基型后盖 90mm，前盖厚为 55mm。C、主轴箱材料大型主轴箱通常用灰铸铁，代号 HT2040，前后盖为HT1533。D、轴类零件1）钻削类主轴按支承型式平同分三种，本机床选用，圆锥滚子轴承。2）传动轴也采用圆锥滚子轴承。3）确定主轴和传动轴的材料。 主轴材料采用 40Cr 钢，热处理 C42。接杆号 Dt 莫氏锥号 类型 D1 D2 B B1 L4 2 A 20 30 12 1 1101 T142 1 A 20 23 10 1 85卧式组合钻床设计
21、24传动轴采用 45钢，调质处理 T215。4）齿轮齿轮材料均用 45钢，齿轮高频淬火 G54，齿轮宽度选 24mm。a) 轴承的选择主轴（16）和传动轴均采用圆锥滚子轴承12 轴 d=15 选 7302E36 轴 d=20 选 7204传动轴 d=20 选 72047320E 有 D=42 b=143 c=11 T=11.257204 有 D=47 b=14 c=12 T=156、绘制主轴箱装配图通用主轴箱总图设计包括主视图、展开图侧视图以及编制装配表和制定技术条件。a)通用主轴箱的主视图和则视图主视图主要用以表明主轴箱、传动正负、矢轮排列位置、附加机构及润滑位置，润滑泵和配置，手柄轴位置
22、和多轴编号，注出主轴箱联系尺寸，便构成主视视图，设计润滑系统时，分油器的位置应靠操作者一侧，以便观察和检查润滑泵工作情况。卧式组合钻床设计 25b)展开图组合机床通用主轴箱和普通机床变速箱比，一方面主轴多，齿轮啮合关系复杂，另一方面，主轴箱中各主轴和传动轴及其上的零件大多通用化且排列有规律的，而除简单的主轴外，一般采用简化展开图，并配合装配表来表达主轴箱的装配结构，其内容和画法简述如下：A 主要表达多轴装配关系，主轴、传动轴和矢轮隔套、防油套、轴承等的相对位置. B 对结构相同的同类型 主轴和传动轴可只画轴，主轴头上注以相同轴的轴号，对于 轴向装配桔构基本相同，只是矢轮大小及排列位置不同的两根
23、（或两组）轴可以画在一起，即轴心线两边各表示一根。7、 轴的强度校核在此机床的主轴箱设计中，由于采用第排齿轮，所以对轴的校核只要校核其剪切强度，对弯曲强度挠度可以不考虑。传动齿轮均为 45钢，齿部行高频淬火达 G54，心部有好的机械性能。精度等级均为 877DC.矢部淬火后经渗碳淬火可获较好的齿面硬度，心部有足够韧。刚度和抗弯曲疲劳强度。齿轮的强度、刚度和寿命校核：卧式组合钻床设计 261） 接触疲劳强度验算齿轮强度公式 d0=640/km (I+i)bi式中 d0 齿轮分度圆直径k允许接触应力kg/cm 2 对于材料为 45 钢值k=1500kg/cm2 m齿轮的扭矩(kgfcm)i传动比b
24、齿宽对于 12 轴上两齿轮(m=2 Z=24)d 0=640/1500174.3(1+25/24)2425/24=16mmd 0、 =16mZ=224=48此齿轮满足强度要求对于 56 轴上四矢轮d0、 =640/1500367.25(1+25/29)2425/24=22.4mmd0、 =224mZ=229=58此齿轮满足强度要求第七 轴两矢轮d0、 =640=640/1500 363.25(1+41/33)2441/33=20.9mmd0、 =20.9mZ=225=50332=66mm此齿轮满足强度要求卧式组合钻床设计 27第八轴齿轮d0、 =640/1500595.525(1+31/27)
25、2431/27=31.6mmd0、 =31.6412=81该齿轮满足强度要求第九同齿轮d 0=640/15001015.37(1+34/41)2434/41=27 d0、 =35.4272=54该齿轮满足强度要求第十轴齿轮d0、 =640/15001113.63(1+39/41)2434/31=38.4d0、 =38.4312=62该齿轮满足强度要求第十一轴齿轮d0、 =640/15001015.37(1+34/31)2431/27=13.3mmd0、 =13.3412=82该齿轮满足强度要求第十二轴齿轮d0、 =640/15001113.63(1+39/41)2429/25=38.7mmd0
26、、 =38.7252=50该齿轮满足强度要求卧式组合钻床设计 28第十三轴 因为力矩较大，但齿轮不圆度直径小，12 轴的齿 m=2 Z=25轴进行齿面接触强度，齿根弯曲强度校核：圆周力 Ft=2m/d=21059.31225=42.37kgf=415.25N1） 齿面接触疲劳强度校核： N=KF t(u+1)bd1u齿宽系数 u=24/25=0.96查机械零件设计手册 （上）可得：节点 Z 系数 Z H=2.5 （表 1217）工作情况系数 KA=1.0 （表 1220）动载荷系数 K V=1.2 （表 1215(a)）ZZ=189.8 (表 1222)载荷分布系数 K B=1 （表 126）
27、k=kAKVKB=1.2查手册机械零件设计手册表 1114 得接触疲劳强度极限 OH=18HRC HRC=50则 OH=1850+150=1050N/mm而 H=ZZZHKFt(u+1)bd 1u 卧式组合钻床设计 29=189.8251.2415.25(0.96+1)24500.9 齿轮接触应力 H=484.07N/m2许用接触应力 H= OH/ HZNZRZV式中 H 为安全系数 SH=1.3ZR 为齿面粗糙度系数 ZR=1ZV 为速度系数 取 ZV=1ZN 为接触寿命系数 ZN=6N O/N ZN=0.7H=1050/430.711=565.38由于 H H齿轮满足接触强度要求。2）齿根
28、弯曲强度校核公式： F=2KTYFYS/B/D/M K=1.2查表 1115 可得 OF=540N/mm F=21.21059.312422522.271.74=4.18N/mm2齿根弯曲应力 F=4.18N/mm2允许弯曲应力 F= OFYNYY/SF式中 SF 为安全系数 取 SF=2YN 为寿命系数 YN=m410 6/N N=60ntn4卧式组合钻床设计 30YN=m410 65108=0.0894YX 为尺寸系数 YX=1 F=540/20.0891=24.138N/mm2 F F齿根强度足够，因此 12 轴上 25/2 齿轮满足使用要求。各主轴在设计时，直径取得较大，而各主轴和扭矩都不大，因此可以满足使用要求，强度要求对于传动轴 11 应重点校核，因为 11 轴扭矩最大，所以只要满足使用要求，其它轴均能满足。m 11=1113.63kgf/mm2 材料 45钢，热处理 T215 查表=3.1kgf/mm 2 要求有 M/WP而 WP=0.2d3=0.2203=1600M/WP=1113.63/1600=0.693.1轴 11 强度足够，因此其它轴强度均能满足要求。
