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1、转向蜗杆箱钻孔组合机床设计摘 要组合机床是根据工件的加工需要，以大量通用部件为基础，配以少量的专用部件组成的一种高效专用部件，同时组合机床自动线是一种专用高效自动化技术装备，目前，由于它仍是大批量机械产品实现高效、 高质量和经济性生产的关键装备，因而被广泛应用于汽车、内燃机和压缩机等许多工业生产领域。本次设计的是一台转向蜗杆箱端面钻孔组合机床，主要完成组合机床的总体设计和主轴箱的设计。根据转向蜗杆箱的结构特点、加工部位、尺寸精度、表面粗糙度及生产率等要求，确定该机床为立式组合机床；为确保加工精度，采用一面两销的定位方式；为实现无级调速，安全可靠，选择液压滑台；根据零件的大小及被加工孔的位置确定
2、主轴箱的轮廓尺寸；由加工工艺选择深沟球轴承，推力球轴承主轴和圆锥滚子轴承，通过计算确定主轴和传动轴的直径；齿轮的模数通常采用计算和类比的方法取得，齿轮齿数和中间传动轴大的位置是由计算、作图和多次试凑相合；计算主轴，传动轴的坐标并进行中心距的验算确定部分轴上采用变位齿轮；轴上的齿轮套、键等零件按轴号选择相应的标准件。关键字：组合机床，主轴箱，主轴，传动轴，齿轮1 绪论1.1本课题研究目的通过加工转向蜗杆箱底面钻孔组合机床的设计，了解组合机床设计的过程和加工工艺的制定方法，切削用量的选择、刀具的选择、组合机床标准件的正确选择、以及主轴箱的设计过程。转向蜗杆箱钻孔组合机床是以通用部件作为基础，配以按
3、工件特定形状和加工工艺设计的专用夹具，组成的半自动或自动专用机床。组合机床多采用多轴、多刀、多工序、多面或多工位同时加工的方式，生产效率比通用通用机床高几十倍，因而对钻孔组合机床的设计对制造业生产水平的提高起着举足轻重的作用和地位，同时通过对转向蜗杆箱钻孔组合机床设计也可以使得我们机械专业的学生对组合机床有了深刻的认识了解，毕业设计过程可以让我们把大学四年的专业知识融会贯通，学以致用，并且可以通过毕业设计使我们能够将所学的专业课知识与社会实践紧密相结合达到理论充分联系实践的效果。让我们得到一个很好的实际锻炼机会。1.2本课题的研究意义我国是发展中国家，发展低成本自动化技术，潜力大，前景广，投资
4、省，见效快，提高自动化程度，可以收到事半功倍的经济效果，适合我国现阶段的发展需要和国情。组合机床与通用机床和专用机床相比，有以下特点：（1）组合机床上的通用部件和标准零件约占全部机床零、部件总量的70%80%，设计和制造周期短，经济效益高。（2）生产效率高。是普通机床工作效率的十几倍。（3）组合机床加工零件对操作工人的技术水平要求不高，但是可以达到加工的精度比普通机床要高很多，可以实现很精密零件的加工。（4）组合机床易于连成组合机床自动线，适合大规模和自动化生产。组合机床的以上特点适合我国国情，故得到广泛应用。而且伴随着现代科技化的大力发展，组合机床是时代的需求。转向蜗杆箱是汽车的重要零件，它
5、的加工精度直接影响到汽车的转向系的整体机能，且作为转向蜗杆箱在汽车零部件行业中应用十分广泛，属于大批量生产的产品。所以，在考虑零件的加工工艺时，应采用流水线的加工方式，尽量使加工工序集中，以缩短生产线的长度，减少设备的投入。综合考虑以上因素，组合机床成为流水线布置的首选设备之一。因而通过这次对钻孔组合机床的设计虽然是对转向蜗杆箱钻孔的特别需求，但是这样一来既可以让我对转向蜗杆箱有个全方位的了解，更重要的是通过这个钻孔组合机床的设计可以将各方面的机械知相结合，对我们本科生而言是一次很好锻炼自己的好机会，有利于提高我们的专业素养，对我们今后的就业有着很大的帮助，因而这次转向蜗杆箱钻孔组合机床的设计
6、和主轴箱的设计对我们复习和巩固专业知识甚至就业工作都起着很好的引导作用。多轴箱是组合机床的重要组成部件，用于布置（按所要求的坐标位置）机床工作主轴及其传动零件和相应的附加机构。多轴箱的设计是组合机床设计过程中至关重要的一环，其多轴箱的内部主要包含了钻孔的动力传动系统，因而其设计质量的好坏，将直接影响到组合机床的设计质量以及最终孔的加工精度，而且多轴箱的设计让我们进一步对箱体内部齿轮哦排布，轴的排布分配，传动比的分配，以及箱体内部各齿轮的传动有了更深的了解。2 工艺方案的拟定 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
7、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：KTZ45006 加工孔的位置准确度度为：0.25 加工材料的硬度为：180HBS2.2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
8、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
9、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66端面和92端面互为基准面粗铣各自端面02以65端面和134端面互为基准面粗铣各自端面03以134端为定位基准粗镗44孔和72孔04半精镗44孔和72孔05以92端面为定位基准面粗镗41孔，54孔, 110孔06利用立式车床倒66，72, 41, 5
10、4, 110孔的倒角07精镗41孔，54孔08以134端面为精基准精铣92端面09以134端面为定位基准钻26的通孔10以134面为基准面，在92端面上指定位置钻4M10的孔并攻丝11以端面92面为基准，在134端面上指定位置钻5-M10的孔并攻丝12钻上端圆柱面凸台28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
11、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
12、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，
13、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3050mm，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
14、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/min1.5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：
15、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4x-1750-32.5-32.532.532.5y094.5163.5.5228.5228.5163.5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
16、=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的轴心距通过计算得：D=76.5mm驱动轴与传动轴之间的传动比为：i=520/590=1/1.13由于：D=m/2 *(z0+z5)=76.5mm 而且m=3 那么查表选择标准的齿数和知道： Z0=27 Z5=243）确定手柄轴上与传动轴的相互啮合的齿轮的齿数和相关的传动参数根据油泵轴转速的需要，确定手柄与传动轴之间的传动比也为i=1，而且手柄轴与传动轴5之间的中心距为72mm,传动轴5驱动手柄轴的齿轮模数为m=3,而齿轮的安排在第四排区域
17、布置安装。那么手柄轴上与传动轴5相互啮合的齿轮齿数和模数也就得到了确定，m=3,z=24其中手柄轴的位置坐标为： X=-72mmY= 201mm通过他们之间的传动可以知道手柄轴的转速n=590r/min 4）确定手柄轴与埋头传动轴之间齿轮的位置和相关的模数的选取根据油泵轴安装位置与埋头传动轴之间有比较合适的位置，以至于不会发生干涉现象的产生，于是查表确定埋头传动轴与手柄轴之间的中心距为d=60mm,让彼此之间有合适的装配空间，但是同时也要考虑到传动比不能过大，而油泵轴的转速大致为610r/min，因而采用先将手柄轴的速度降速到埋头传动轴上，然后再由埋头传动轴升速到油泵轴上，同时也要合理分配传动
18、比，使得结构和传动方案得到执行。而通过计算确定由手柄轴传动到埋头传动轴之间采用降速处理，传动比i=1/1.44,相互啮合的两个齿轮都采用模数m=2，通过计算处理后，手柄轴与埋头传动轴之间的中心距确定为d=61mm,那么安装在手柄轴上的传动齿轮m=2,z=25,安排在第一排传动。而埋头传动轴上的传动齿轮m=2,z=36.那么埋头传动轴的转速n=590/1.44=409r/min埋头传动轴的位置坐标通过作图和计算可以得知： X=-93.235mm Y=258.412mm 5）确定油泵轴与手柄轴之间齿轮副齿数以及油泵轴的位置油泵轴由埋头传动轴带动，选取R12-1A液压泵推荐转速为550-800r/m
19、in,因而，传动比为：而埋头传动轴的转速n=409r/min,而油泵轴的转速初步选择为n=610r/min,并且油泵轴与埋头传动轴之间的中心距为d=60mm,于是可以得知传动比i=1.5, 就可以达到传动的要求那么可以得知 油泵轴的模数和齿数得知：m=2,z=24 同样油泵轴的坐标值也就得到准确的确定： X=-50.7mm Y=300.7mm6）验算各主轴的转速，使个主轴转速的相对转速损失在以内。N1=n2=n3=n4=520x27/24=585r/min其相对损失为：a=(590-585)/590=0.0084 因而符合主轴转速的要求。4.4绘制多轴箱总图传动系统图是表示传动关系的是以图，即
20、用已确定的传动件将驱动轴和各主轴连接起来，绘制在多轴箱轮廓内的传动示意图。组合机床主轴数量多，为使传动系统图传动路线清晰可辨，必须标出传动齿轮在多轴箱体内的轴向位置。一般情况下，多轴箱箱体内腔可排放两排32mm宽或24mm宽的齿轮。本工序选用24mm宽的齿轮。传动轴5与驱动轴啮合，液压泵与埋头传动轴啮合，驱动轴与传动轴5相互啮合的齿轮安排在第四排；手柄轴与传动轴齿轮的啮合排在第四排；手柄轴与埋头传动轴齿轮啮合排在第一排；埋头传动轴与油泵轴齿轮啮合放在第一排，传动轴5 与主轴1,2齿轮啮合放在三排。而传动轴5与主轴3，4齿轮啮合放在第二排，根据图4-3所示，同排的非啮合齿轮之间没有干涉，轴与齿轮
21、间也没有任何干涉现象产生，所有齿轮与相邻的主轴套也不相碰。完全符合设计的相关要求。 图4-3多轴箱总图参考文献1 曾正明主编. 机械工程材料手册金属手册（第六版）. 机械工业出版社，20032 孟少农主编. 机械加工工艺手册第三卷. 机械工业出版社，19923 沈阳工业大学 大连铁道学院 吉林工学院编. 组合机床设计. 上海科学技术出版社，19854 孟少农主编. 机械加工工艺手册第二卷. 机械工业出版社，19915 李庆余 张佳主编. 机械制造装备设计. 机械工业出版社，20036 徐鸿本主编. 机床夹具设计手册. 辽宁科学技术出版社，20047 谢家瀛主编. 组合机床设计简明手册. 机械工业出版社，1992
