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1、机电工程学院毕业设计说明书设计题目: 取力箱箱体工艺及装备设计 组合机床设计 学生姓名： X X 学 号： 200640503XX 专业班级： 机 制 F060X 指导教师： 冯 X X 年 月 日1设计任务书11.1毕业设计应达到的目的11.1.1毕业设计的内容11.1.2毕业设计的目的11.2课题任务的内容和要求11.2.1技术要求11.2.2工作要求12组合机床技术装备现状13待加工零件分析23.1取力箱作用简介23.2取力箱体结构特点和技术要求34机床的配置形式35工艺规程的制定45.1定位基准及夹紧方式的选择45.2工艺路线的拟定56绘制加工示意图66.1选择刀具76.2导向结构的选
2、择76.2.1选择导向类型和结构76.2.2确定导向数量及导向参数76.3切削用量的确定86.4初定主轴类型、尺寸、外伸长度96.5选择接杆或浮动卡头116.6动力头工作循环及其行程的确定116.6.1工作进给长度的确定116.6.2快速引进长度的确定116.6.3快速退回长度的确定116.6.4动力头总行程的确定116.7绘制加工示意图117组合机床生产率的计算128机床联系尺寸图138.1动力部件的选择138.1.1电动机功率的确定138.1.2进给力的选择148.1.3进给速度的选择158.1.4最大行程的确定158.2绘制联系尺寸图158.2.1夹具轮廓尺寸的确定158.2.2机床装料
3、高度H的确定158.2.3中间底座轮廓尺寸的确定168.2.4主轴箱轮廓尺寸的确定168.2.5夹具轮廓尺寸的补充189主轴箱的设计189.1绘制主轴箱设计原始依据图189.2主轴结构型式的选择及动力计算209.2.1主轴结构型式的选择209.2.2确定主轴直径和主轴箱所需的动力209.3设计和计算传动系统209.3.1传动比分配219.3.2确定传动轴位置并配各对齿轮219.3.3确定o1轴与17轴的联动齿轮229.3.4计算确定传动轴17的直径229.3.5验算主轴转速229.3.6油泵的选择及相关参数的确定239.4主轴箱坐标计算239.4.1加工基准坐标系的选择及确定各主轴坐标239.
4、4.2确定传动轴17、 18的坐标249.4.3坐标验算249.5主轴箱总图设计2610两面孔夹具设计2610.1夹具体的设计2610.2导向套的选择2610.3夹紧力的确定2610.3.1计算保证工件不会发生位移所需的加紧力2710.3.2计算保证工件不会转动所需的夹紧力2810.3.3计算保证工件不会倾覆所需的加紧力2810.4夹紧油缸型号的确定2810.5夹具精度设计2910.5.1孔的尺寸精度设计2910.5.2孔的定位误差分析2911斜面孔夹具设计3011.1夹具的定位夹紧方案的确定3011.2夹具体的设计3011.3夹紧力的确定3011.4夹紧元件的确定3111.5夹具精度设计31
5、设计总结31致谢33参考文献331设计任务书1.1毕业设计应达到的目的1.1.1毕业设计的内容本课题为汽车或拖拉机行业加工取力箱而进行的组合机床设计。具体内容包括：了解现有的工艺和装备情况，完成取力箱的工艺路线安排和工艺卡设计一份，钻两面孔的总体方案设计（零号图一张）；钻右侧面的多轴箱结构设计（零号图一张）；钻斜面孔工序和两面孔工序的夹具结构设计（零号图两张）。完成设计说明书的编写。1.1.2毕业设计的目的降低劳动强度，提高拱架安装的效率。通过设计使学生在结构方案，结构设计和装配，制造工艺及零件设计计算，机械制图和编写技术文件等方面得到综合训练，并对已经学过的基础知识，理论和技能进行综合运用，
6、培养结构分析和结构设计的初步能力。1.2课题任务的内容和要求1.2.1技术要求年产量两千台。1.2.2工作要求（1）查阅相关资料（2）结合设计内容，完成外文文献翻译（3）完成方案论证报告（4）按照要求撰写设计说明书（5）完成图纸设计2组合机床技术装备现状我国传统的组合机床及组合机床自动线主要采用机、电、气、液压控制,它的加工对象主要是生产批量比较大的大中型箱体类和轴类零件(近年研制的组合机床加工连杆、板件等也占一定份额) ,完成钻孔、扩孔、铰孔,加工各种螺纹、镗孔、车端面和凸台,在孔内镗各种形状槽,以及铣削平面和成形面等。组合机床的分类繁多,有大型组合机床和小型组合机床,有单面、双面、三面、卧
7、式、立式、倾斜式、复合式,还有多工位回转台式组合机床等。我国组合机床及组合机床自动线总体技术水平比发达国家要相对落后,国内所需的一些高水平组合机床及自动线几乎都从国外进口。工艺装备的大量进口势必导致投资规模的扩大,并使产品生产成本提高。3待加工零件分析3.1取力箱作用简介本次设计加工对象为汽车或拖拉机所用到的取力器的箱体，而取力器就是一组变速齿轮，又称功率输出器，一般有齿轮箱、离合器组合而成，与变速箱使用齿轮（通过该齿轮获取动力）连接，与举升泵是轴连接，是变速箱的一个单独的变速级，合上离合器就能将变速箱的动力输出给举升泵了。如图一它装在汽车变速箱侧壁上，起重时，司机操纵手柄将取力器拉杆推入，使
8、拨叉右移，拨动滑移齿轮与固定齿轮啮合，由变速箱输出动力。由齿轮传递给花键轴，然后由花键轴通过万向联轴器传递给举升泵，举升泵将压力油压入压力油缸推动活塞杆进行起重。司机拉出拉杆退出滑移齿轮，举重停止。自卸车、消防车、水泥搅拌车、制冷等需要额外动力的专用车辆，就是通过取力器获取动力的。所以实际上取力箱就是单级齿轮变速箱。图一：取力箱装置图3.2取力箱体结构特点和技术要求取力箱，顾名思义即为箱体类零件。但不像一般的规则六面箱体，它只有四个平面，其余两面为复杂曲面。待加工箱体为已铸好的毛坯件如图二，两面的大孔已经铸出来，本方案要在其三个规则的平面（左侧面、右侧面和斜面见图二）上钻孔，其中左右两面平行，
9、并与斜面垂直。箱体材料是灰铸铁（HT200），其硬度在HB173-182之间。因都是螺纹固定孔，其形位精度要求为一般精度。年产量2000台，属中批生产。图二：取力箱毛坯4机床的配置形式在方案论证阶段已经确定钻取力箱两面孔采用卧式两面单工位组合机床如图三，钻取力箱斜面孔采用卧式单面单工位组合机床如图四。 图三：卧式两面单工位组合机床图四：卧式单面单工位组合机床5工艺规程的制定零件加工的工艺规程就是一系列不同工序的综合。由于生产规模和具体加工条件的不同，对同一零件的加工工序综合可能有多种方案。应该确定一个最完善、最经济的方案。在选择方案时，要考虑的重要因素有生产规模、零件的坯料状况、材料的性质、零
10、件的精度和表面粗糙度等。5.1定位基准及夹紧方式的选择钻取力箱的两面孔和斜面孔，对于箱体类零件，其定位通常选用“一面两孔”，而且取力箱正好具备这些特征要素（按照工艺基准先加工原则，零件的定位基面（见图 五）和定位孔应该已经加工出来了）。“一面两孔”的定位方式不仅简单地限制了工件的六个自由度。且有利于集中工序，提高各面孔的位置精度，并且还实现了基准统一。具体实现：在基准面左右两边设置两个支承板，前后设置两个定位销（包含一个菱形销）见图五a。然后考虑零件的夹紧。当箱体零件底座为基面水平放置时，其夹紧方式通常是在其顶面用压板压紧。但取力箱体顶面为屋顶状，用压板不便夹紧。这时采用另外一种常用的夹紧方式
11、，即在其底面方形法兰左右两边各设置两个压板进行夹紧（如图五a）。左侧面右侧面定位基面a（本图为取力箱展开图）定位基面b图五：取力箱零件简图5.2工艺路线的拟定拟定工艺路线的出发点是使零件的几何形状、尺寸精度以及位置精度等技术要求能得到保证。工艺路线的拟定一般需要做两个方面的工作：一是根据生产纲领确定加工工序和工艺内容，依据工序的集中和分散程度来划分工序；二是选择定位基准。在生产纲领已确定为批量生产的条件下，可以考虑采用万能机床、组合机床和专用夹具，并尽量采用工序集中的原则，通过减少工件安装次数来提高生产效率。除此之外，还应尽量考虑经济精度以便使生产成本尽量下降。根据以上原则拟定工艺路线：10以
12、两面的大孔定位粗铣基准面20以两面的大孔定位钻基准面孔30以基准面及基准面孔定位粗铣其余三面40以基准面及基准面孔定位镗两面的大孔50以两面的大孔定位精铣基准面60以基准面及基准面孔定位精铣左面（左平面的表面粗糙度为Ra3.2，右平面则为Ra6.3）70 以基准面及基准面孔定位精镗两面孔80以基准面及基准面孔定位钻两面孔90以基准面及基准面孔定位钻斜面孔100以基准面及基准面孔定位进行三面螺孔攻丝110以两面孔定位钻定位拉杆的弹簧孔120以两面孔定位对弹簧孔攻丝具体的工艺内容见附件机械加工工艺卡和工序卡。6绘制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
13、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。具体内容包括：（1）应反映机床的加工方法、加工条件及加工过程。（2）根据加工部位特点及加工要求，决定刀具类型、数量、尺寸。（3）决定主轴类型、规格及外伸长度。（4）选择标准或设计专用的接杆、导向装置、刀具托架等，并决定它们的结构、参数及尺寸。（5）标明主轴、接杆、夹具与工件之间的联系尺寸、配合及精度。（6）根据机床要求的生产率及刀具、材料特点等，合理确定并标注各主轴的切削用量。（7）决定机床动力部件的工作行程及工
14、作循环。6.1选择刀具在组合机床上钻孔，大多采用工具厂生产的标准高速钢锥柄或直柄麻花钻。选用这种常用的标准刀具可以节约设计时间并降低成本。对于本次设计加工的M40.7、M61、M101.5来讲，其预钻孔直径分别为3.3、4.9、8.4，都是10以下的小孔，孔深最大为14，深径比最大的是3.3孔，为=36满足要求。但M6孔与其最近的M10孔仅有=30.69而加工M6孔与M10孔的轴径分别为15、20。其最小轴间距为39.5大于30.69，不符合要求。所以均更改为滚针主轴。钻3.3和4.9孔的主轴直径选为15，钻8.4孔的主轴直径选为20。这时最小轴间距2430.69满足要求，并满足上面提到的扭矩
15、要求。由表5-2查得：主轴外伸尺寸为D/d1=22/14，L=85和D/d1=30/20，L=115。与主轴配套的接杆莫氏圆锥号均为1。6.5选择接杆或浮动卡头在确定导向时，已经确定了刀具与主轴为刚性连接方式，那么这里就选用接杆连接了。选择接杆主要是决定其号数，应根据刀具尾部结构（莫氏锥号）和主轴外伸部分的内孔直径d1而定。由参考文献2P71表3-23查得加工3.3孔，主轴外伸内孔d1=14，刀柄的莫氏锥号为1的接杆号为1。4.9同3.3。加工8.4时d1=20，莫氏锥度号也为1，则接杆号可为2或3，这里钻小孔选用2号接杆。注意：1号接杆总长L=185485，2号接杆总长L=215500。当L
16、(kw)式中：N动动力头电机功率；N切切削功率，按刀具选用的切削用量，由参考文献8P4的计算公式算出；N进进给功率，对于液压动力头就是进给油泵所消耗的功率，一般为0.82千瓦；传动效率，当多轴箱主轴少于15根时，=0.9，主轴多于15根则=0.8。取N进=1kw但由液压单独驱动，因此，N动查参考文献1P4当n=500r/min时 N切=已知钻3.3孔时N1=0.018kw；钻4.9孔时N2=0.044kw；钻8.4孔时N3=0.183kw。那么加工左面群孔时的切削功率：N切=3N1+ N2+3N3=0.647kw加工右面群孔时：N切=3N3=0.549kw取=0.9。那么加工左面群孔N动=0.
17、72kw 加工右面群孔N动=0.61kw8.1.2进给力的选择在加工示意图绘制过程中，已求出各钻削轴向力。加工3.3轴向力Fa1=204N加工4.9轴向力Fa2=381N加工8.4轴向力Fa3=903N那么加工左面的进给抗力Fa左=3Fa1+ Fa2+ 3Fa3=3702N加工右面的进给抗力Fa右= 3Fa3=2709N由最大进给抗力查参考文献3P84表3-19，加工两面孔选用台面宽度为200mm，最大进给抗力为4.38kN以上滑台即可。8.1.3进给速度的选择钻孔过程中，最小的进给量确定为0.1mm/r。快速行程速度为35m/min，选 5 m/min。8.1.4最大行程的确定在绘制加工之意
18、图过程中，已确定快退行程左面为100，右面为120，再各加上换刀行程40，最大行程左为140，右为160。综上考量，并参阅参考文献3通用部件液压滑台部分，确定加工左右面孔所用的动力部件如下：（1） 液压动力滑台HY25B-I台面宽250mm，长500mm，行程长250mm，导轨“矩-山”型式，滑台及滑座总高250mm，滑座长790mm，允许的最大进给力10KN，快速行程速度10m/min，工作进给速度25-850mm/min，最小进给量25 mm/min。（见参考文献2P18表2-4）（2） 齿轮传动动力箱TD25A电动机为J02-21-4型，功率N=1.1Kw，动力箱输出轴转速n驱=705r
19、/min，动力箱与动力滑台结合面尺寸：长320mm，宽250mm；动力箱与主轴箱结合面尺寸：宽320mm，高250mm；动力箱输出轴距箱体底面高度为100mm。驱动轴直径d=25，驱动轴外伸长L=45mm。（3）配套通用部件侧底座CC25（I型），其高度H=560mm，宽度B=450mm，长度L=893mm（参见参考文献3P155表3-66）。8.2绘制联系尺寸图8.2.1夹具轮廓尺寸的确定根据取力箱底座尺寸的大小，以及前后的固定钻模板支撑结构，辅助支承所要占据的位置，初步确定夹具底座横向尺寸为300，纵向尺寸为400，高为300（查参考文献1P142,一般夹具底座高不小于240mm）。8.2
20、.2机床装料高度H的确定 装料高度根据ISO标准推荐值取H=1060，而在非自动线上，则视具体情况在850-1060mm之间选取。选取装料高度H应考虑的主要因素是，应与车间里运送工件的滚道高度相适应，工件最低孔位置（本设计h2左=39.25，h2右=61.25），主轴箱最低主轴高度h1（查参考文献2P77可知：通常h1在85-140mm之间）这里取h1左=123.75、h1右=125.75。而前已选定滑台与滑座总高250mm，侧底座高度h4=560mm。中间底座高度h6=560mm同侧底座。综合上述因素，保证最低主轴与工件最低孔位置在同一高度，选取装料高度H=900mm。8.2.3中间底座轮廓
21、尺寸的确定 中间底座的轮廓尺寸要满足夹具在其上面安装连接的需要。其长度方向尺寸要根据所选动力部件（滑台和滑座）及其配套部件（侧底座）的位置关系，照顾各部件联系尺寸的合理性来确定。一定要保证加工终了位置时，工件端面至主轴箱前端面的距离不小于加工示意图中所要求的距离（本例机床左面L1左=279mm，L1右=327mm）。取a=166，那么粗选中间底座尺寸长宽高=762450560mm。8.2.4主轴箱轮廓尺寸的确定 查参考文献1：标准的通用钻、镗类主轴箱厚度卧式为L2=325mm（前盖厚55、后盖厚90、箱体180）。要着重确定的尺寸是主轴箱的宽度B和高度H及最低主轴高度h1。（1）左面孔加工如下
22、图所示（虚线指被加工零件轮廓）：图六：左主轴箱轮廓尺寸图B和H与被加工零件孔的分布位置有关，按下式确定：B左=b左+2 b1左 H左=h左+ h1左+ b1左b左和h左已知，b左=104.88，h左=101.47h1左是最低主轴高，b1左指最边缘的主轴中心距箱外壁的距离为保证主轴箱有排布齿轮的足够空间，推荐b170100mm。主轴箱最低主轴高h1左须考虑到与工件最低孔位置h2左=39.25mm、机床装料高度H=900mm、滑台滑座总高h3=250mm、侧底座高度h4 =560mm、滑座与侧底座之间调整垫高度h7左=5mm等尺寸之间的关系而确定。对于卧式组合机床，h1 要保证润滑油不致从主轴衬套
23、处外泄，推荐值h185140mm。本设计h1左=h2左+H-（0.5+h3+h7左+h4） =39.25+900-（0.5+250+5+560） =123.75取b1左=94mm，则可以求出主轴箱轮廓尺寸为：B左=b左+2 b1左=104.88+294=292.88H左=h左+h1左+ b1左=101.47+123.75+94=319.22根据计算值，按主轴箱轮廓尺寸系列标准（见参考文献2P86表4-1），最后确定主轴箱轮廓尺寸为BH=320320mm。（2）右面孔加工如下图所示（虚线指被加工零件轮廓）：图七：右主轴箱轮廓尺寸图同样按下式确定：B右=b右+2 b1右 H右=h右+ h1右+ b
24、1右B右和h右已知，b右=79.47，h右=79.47各符号意义也同上。工件最低孔位置h2右=39.25mm、机床装料高度H=900mm、滑台滑座总高h3=250mm、侧底座高度h4 =560mm、滑座与侧底座之间调整垫高度h7右=25mm。h1右=h2右+H-（0.5+h3+h7+h4） =61.25+900-（0.5+250+25+560）=125.75取b1右=100mm，则可以求出主轴箱轮廓尺寸为：B右=b右+2 b1右=79.47+2100=279.47H右=h右+h1右+ b1右=79.47+125.75+100=305.22根据计算值，按主轴箱轮廓尺寸系列标准（见参考文献2P86
25、表4-1），最后确定主轴箱轮廓尺寸为BH=320320。8.2.5夹具轮廓尺寸的补充已初步确定夹具底座高300，装料高度H=900。先确定夹具本身的底厚ha=30，然后应该选取支承板。考虑到取力箱的基准面尺寸为160124，所以应该选择两个支撑板，其长度应大于等于160，分布在底板左右两侧如图五a。定位孔的直径为11，所以支承板厚度不宜大。查参考文献5P401表3.2-3选择A16160GB/T2236-91支承板。如此，则夹具底座高修正为294即可。9主轴箱的设计9.1绘制主轴箱设计原始依据图在编制此图前从制定“三图一卡”中已知：（1） 主轴箱轮廓尺寸320320（2） 工件轮廓尺寸及各孔位
26、置尺寸（3） 工件与主轴箱相对位置尺寸根据这些尺寸可编制出主轴箱设计原始依据图如下：图八：主轴箱设计原始依据图（4） 被加工零件：名称：汽车或拖拉机取力器箱体材料：HT200硬度：HB173-182（5） 主轴外伸尺寸及切削用量：轴号加工直径（mm）主轴外伸尺寸D/d1（mm）L=115mmV（m/min）n(r/min)f(mm/r)8,9,10螺纹底孔8.430/20207580.12(6)动力部件TD25A型动力箱，电动机功率1.1kw，转速1450r/min，驱动轴转速705r/min，驱动轴到滑台表面的距离为100mm。9.2主轴结构型式的选择及动力计算9.2.1主轴结构型式的选择主
27、轴结构型式由零件加工工艺决定，并应考虑主轴的工作条件和受力情况。轴承型式是主轴部件结构的主要特征，如进行钻削加工的主轴，轴向切削力较大，最好用推力球轴承承受轴向力，而用向心球轴承承受径向力。又因钻削时轴向力是单向的，因此推力球轴承在主轴前端安排即可。上述主轴结构径向尺寸较大，若主轴孔间距较小，只好用滚针轴承和推力球轴承组成前后支承，但此结构无论结构刚性、轴承本身精度和装配工艺性都较差，除非必要，一般不选用。主轴结构的选择，除了轴承之外，还应考虑轴头结构。长主轴其轴头内孔较长，可增大与刀具尾部连接的接触面，因而增强刀具与主轴的连接刚度，减少刀具前端下垂。钻削主轴轴头用圆柱孔与刀具连接，用单键传递
28、扭矩，固定螺钉作轴向定位。9.2.2确定主轴直径和主轴箱所需的动力在绘制“加工示意图”时，己经确定钻8.4孔用主轴直径d=20，而绘制“机床联系尺寸图”时确定了钻8.4孔切削功率，钻3个8.4孔大约需要0.61kw的功率。选用了1.1kw功率的主电机。9.3设计和计算传动系统该主轴中8、9、10三根主轴是同心圆分布，用一根中间传动轴17传动，然后17轴直接由驱动轴O1来驱动，其传动系统图如下所示：图九：主轴箱设计传动系统图已知各主轴转速及驱动轴到主轴之间的传动比：n8= n9 = n10 =720r ，驱动轴n01 =705r/min，各主轴总传动比io1-8、9、10 = =0.93。9.3
29、.1传动比分配因为主轴上的齿轮要求不要过大，所以是升速的。取i17-8、9、10 =则io1-17=1.319.3.2确定传动轴位置并配各对齿轮8、9、10三轴转速一致，传动比也就一致。轴17位置在同心圆的圆心。已知i17-8、9、10 = = （8、9、10三轴上齿轮一样，上标表齿轮所在排数，下标表齿轮所在轴数）。并已知轴17与8、9、10三轴中心距A=47.5。故有A= =47.5取m=2得到 = = =19.7 =27.8圆整后=20，=28。这样一来，标准中心距a=48A，就必须使用角度变位齿轮。总变位量A总=A-a=-0.5=总m（总是总变位系数）计算得总=-0.25。查参考文献1P
30、630图5-23对于齿数Z=28的齿轮其负极限变位系数为0.88。可见只需将大齿轮进行变位系数为=-0.25的负变位即可。9.3.3确定o1轴与17轴的联动齿轮已知io1-17 =1.38 = ，且Zo1作为动力箱齿轮齿数被限制在21-26，模数只能取到3或4。O1轴与17轴中心距A为72.131，取m=3。求得Zo1=20.82，=27.27。取Zo1=21，=27其标准中心距a=72A，也得使用角度变位齿轮。总变位量A总=A-a=0.131=总变位量A总=A-a=0.131=总m（总是总变位系数）计算得总=0.044。查参考文献1P630图5-23对于齿数Z=27的齿轮其负正极限变位系数为
31、1.14。可见只需将齿轮进行变位系数为=0.044的正变位即可。9.3.4计算确定传动轴17的直径在加工示意图中，已经算出加工8.4孔的主轴所受扭矩M=3.24Nm=324kgmm，那么轴17所受扭矩： M17=1371kgmm。查参考文献1P607表5-10，取轴径d17=25mm即可。这样还有2700-1371=1329kgmm的安全余量，若以后用17轴去带动油泵是可以的。9.3.5验算主轴转速n8= n9 = n10 =705=767.7r/min。转速的相对损失n=100%=1.3%转速的相对损失在5%以内,符合设计要求。9.3.6油泵的选择及相关参数的确定采用R12-1A型叶片泵，由
32、驱动轴O1经一对齿轮Zo1及Z18传动。泵的转速范围一般在400-800r/min范围之内，并且对于320320规格的多轴箱，其经验注油量查参考文献8P149为3L。本次设计箱体内轴数仅有5根，查参考文献9P158谢家瀛图7-13可选其转速n=500r/min。那么n18 =705=500r/min，从而Z18 =29n18 =705=510.5r/min符合要求。所以18传动轴上的齿轮参数即为Z18=29，m=3。自此，传动系统设计完毕。下列出各传动齿轮参数表：齿轮Z8 = Z9 = Z10Z18Zo1齿数2028272921模数22333变位系数0-0.25+0.044009.4主轴箱坐标计算9.4.1加工基准坐标系的选择及确定各主轴坐标本设计的主轴箱其安装基面是主轴箱后