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車橋后橋減速器殼體設計
摘 要
本設計的內(nèi)容可分為機械加工工藝規(guī)程設計和機床專用夾具設計兩大部分。首先，通過分析車橋后橋減速器殼體。運用機械制造技術及相關課程的一些知識，解決減速器殼體在加工中的定位、加緊以及工藝路線的安排等方面的相關問題，確定相關的工藝尺寸及選擇合適的機床和刀具，保證零件的加工質(zhì)量。其次，依據(jù)推動架毛坯件和生產(chǎn)綱領的要求及各加工方案的比較，制定出切實可行的推動架加工工藝規(guī)程路線。最后，根據(jù)被加工零件的加工要求，參考機床夾具設計手冊及相關方面的書籍，運用夾具設計的基本原理和方法，擬定夾具設計的方案，設計出高效、省力、經(jīng)濟合理并且能保證加工質(zhì)量的夾具。
關鍵詞 機械加工、工藝規(guī)程、專用夾具、減速器殼體、后橋減速器
ABSTRACT
The design of the content can be divided into a point of order processing machinery and machine tools designed for the two most fixture design. First of all, through the promotion ofplaner, that promote the planer-processing role. Use of machinery manufacturing technology and related programmes of knowledge, promoting the solution-processing in the position to step up and the line of the arrangement, and so on related issues, establishing the process and choose a suitable size and machine tools, spare parts processing quality assurance . Secondly, the basis for promoting the rough-pieces and production and processing requirements of the Programme of the programme, to promote the development of a practical point of order-processing line. Finally, in accordance with the requirements of the processing parts processing, machine tool fixture design reference manual and related aspects of the books, use of fixture design of the basic principles and methods, the programme drawn up fixture design, design efficient, effort, economic and reasonable to ensure the quality of processing Fixture.
Key words: Machining process planning special fixture
Reducer housing rear axle reducer
主要符號表
符 號
單 位
意 義
M
牛.米
彎矩
F
牛
力
n
轉(zhuǎn)每分
轉(zhuǎn)速
Z
齒數(shù)
m
模數(shù)
d
毫米
直徑
v
米每秒
速度
S
轉(zhuǎn)每毫米
進給量
L
毫米
長度
P
千瓦
功率
T
牛.米
扭矩
q
升每分
流量
p
帕
壓力
t
秒
時間
第1章 緒 言
1.1 組合機床的發(fā)展現(xiàn)狀
組合機床是以通用部件為基礎，配以按工件特定形狀和加工工藝設計的專用部件和夾具，組成的半自動或自動專用機床。組合機床是由大量通用部件和少量專用部件組成的工序集中的高效率專用機床。組合機床一般采用多軸、多刀、多序、多面或多工位同時加工的方式，生產(chǎn)效率比通用機床高幾倍至幾十倍。由于通用部件已經(jīng)標準化和系列化，可根據(jù)需要靈活配置，能縮短設計和制造周期。因此，組合機床兼有低成本和高效率的優(yōu)點，在大批、大量生產(chǎn)中得到廣泛應用，并可用以組成自動生產(chǎn)線。
組合機床有大型組合機床和小型組合機床兩大類，他們不僅在體積和功率上有大小之別，而且在結(jié)構(gòu)和配置型式等方面也有很大的差異。大型組合機床按配置型式可分為：具有固定式夾具的單工位組合機床、具有移動式夾具的（多工位）組合機床、轉(zhuǎn)塔車橋后橋減速器殼體式組合機床。
目前，為了使組合機床能在中小批量生產(chǎn)中得到應用，往往需要應用成組技術，把結(jié)構(gòu)和工藝相似的零件集中在一臺組合機床上加工，以提高機床的利用率。這類機床常見的有兩種，可換車橋后橋減速器殼體式組合機床和轉(zhuǎn)塔式組合機床。組合機床未來的發(fā)展將更多的采用調(diào)速電動機和滾珠絲杠等傳動，以簡化結(jié)構(gòu)、縮短生產(chǎn)節(jié)拍；采用數(shù)字控制系統(tǒng)和車橋后橋減速器殼體、夾具自動更換系統(tǒng)，以提高工藝可調(diào)性；以及納入柔性制造系統(tǒng)等。
車橋后橋減速器殼體是組合機床的主要部件之一，按專門要求進行設計，由通用零件組成。其主要作用是，根據(jù)被加工零件的加工要求，安排各主軸位置，并將動力和運動由電機或動力部件傳給各工作主軸，使之得到要求的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向。車橋后橋減速器殼體按其結(jié)構(gòu)大小，可分為大型車橋后橋減速器殼體和小型車橋后橋減速器殼體兩大類。大型又可分為通用車橋后橋減速器殼體和專用車橋后橋減速器殼體兩種。專用車橋后橋減速器殼體根據(jù)加工零件特點，及其加工工藝要求進行設計，由大量的專用零件組成，采用剛性主軸來保證加工孔的精度。通用多軸箱按專用要求設計，由通用零件及少量專用零件組成，采用非剛性主軸，加工時，需由導向裝置引導刀具來保證被加工孔的位置精度。
1.2 設計目的及要求
1.2.1 目的
機械制造技術基礎是以機械制造工藝技術設備為主要內(nèi)容的技術科學，是機械類專業(yè)的一門主要課程，具有很強的實踐性。因此在完成了理論教學和實踐教學后，還需要對學生進行機械零件加工工藝設計的實際訓練，使學生通過工藝設計獲得綜合運用所學過的全部相關課程（如機械制造技術基礎，互換性及技術測量，金屬學與熱處理學）進行零件工藝及結(jié)構(gòu)設計的基本能力，能根據(jù)被加工零件的技術要求，運用夾具設計的基本原理和方法，學會擬訂夾具設計方案，完成夾具結(jié)構(gòu)設計，初步具備設計出高效、省力、經(jīng)濟合理并能保證加工質(zhì)量的專用夾具的能力，培養(yǎng)學生熟悉并運用有關手冊、標準、圖表等技術資料的能力，進一步培養(yǎng)學生識圖、制圖、運算和編寫技術文件等基本技能。
1.2.2 要求
掌握編制機械加工工藝規(guī)程的方法，能正確解決中等復雜程度零件在加工中的工藝問題。
根據(jù)已學的知識，提高結(jié)構(gòu)設計的能力，通過設計夾具的訓練，根據(jù)被加工零件要求，設計出能保證加工技術要求，經(jīng)濟、高效的工藝裝備。
認真復習設計有關的知識，并查閱有關的資料，手冊讓學生會使用與機械加工工藝和工裝設計有關的手冊及圖紙資料。
1.3 機械加工工藝設計的現(xiàn)狀
機械制造業(yè)是國民經(jīng)濟的支柱產(chǎn)業(yè)，現(xiàn)代制造業(yè)正在改變著人們的生產(chǎn)方式、生活方式、經(jīng)營管理模式乃至社會的組織結(jié)構(gòu)和文化。生產(chǎn)的發(fā)展和產(chǎn)品更新?lián)Q代速度的加快，對生產(chǎn)效率和制造質(zhì)量提出了越來越高的要求，也就對機械加工工藝等提出了要求。
在實際生產(chǎn)中，由于零件的生產(chǎn)類型、形狀、尺寸和技術要求等條件不同，針對某一零件，往往不是單獨在一種機床上用某一種加工方法就能完成的，而是需要經(jīng)過一定的工藝過程。因此，我們不僅要根據(jù)零件具體要求，選擇合適的加工方法，還要合理地安排加工順序，一步一步地把零件加工出來。
1.3.1 機械加工工藝規(guī)程制訂
生產(chǎn)過程是指將原材料轉(zhuǎn)變?yōu)槌善返娜^程。它包括原材料的運輸、保管于準備，產(chǎn)品的技術、生產(chǎn)準備、毛坯的制造、零件的機械加工及熱處理，部件及產(chǎn)品的裝配、檢驗調(diào)試、油漆包裝、以及產(chǎn)品的銷售和售后服務等。
機械工工藝過程是指用機械加工方法改變毛坯的形狀、尺寸、相對位置和性質(zhì)使其成為零件的全過程。
機械加工工藝過程的基本單元是工序。工序又由安裝、工位、工步及走刀組成。
規(guī)定產(chǎn)品或零件制造過程和操作方法等工藝文件，稱為工藝規(guī)程。機械加工工藝規(guī)程的主要作用如下：
1.機械加工工藝規(guī)程是生產(chǎn)準備工作的主要依據(jù)。根據(jù)它來組織原料和毛坯的供應，進行機床調(diào)整、專用工藝裝備的設計與制造，編制生產(chǎn)作業(yè)計劃，調(diào)配勞動力，以及進行生產(chǎn)成本核算等。
2.機械加工工藝規(guī)程也是組織生產(chǎn)、進行計劃調(diào)度的依據(jù)。有了它就可以制定進度計劃，實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)和低消耗。
3.機械加工工藝規(guī)程是新建工廠的基本技術文件。根據(jù)它和生產(chǎn)綱領，才能確定所須機床的種類和數(shù)量，工廠的面積，機床的平面布置，各部門的安排。
1.3.2機械加工工藝規(guī)程的種類
機械加工工藝過程卡片和機械加工工序卡片，是兩個主要的工藝文件。對于檢驗工序還有檢驗工序卡片；自動、半自動機床完成的工序，還有機床調(diào)整卡片。
機械加工工藝過程卡片是說明零件加工工藝過程的工藝文件。
機械加工工序卡片是每個工序詳細制訂時，用于直接指導生產(chǎn)，用于大批量生產(chǎn)的零件和成批生產(chǎn)中的重要零件。
1.3.3 制訂機械加工工藝規(guī)程的原始資料
制訂機械加工工藝規(guī)程時，必須具備下列原始資料：
1.產(chǎn)品的全套技術文件，包括產(chǎn)品的全套圖紙、產(chǎn)品的驗收質(zhì)量標準以及產(chǎn)品的生產(chǎn)綱領。
2.毛坯圖及毛坯制造方法。工藝人員應研究毛坯圖，了解毛坯余量，結(jié)構(gòu)工藝性，以及鑄件分型面，澆口、冒口的位置，以及正確的確定零件的加工裝夾部位及方法。
3.車間的生產(chǎn)條件。即了解工廠的設備、刀具、夾具、量具的性能、規(guī)格及精度狀況；生產(chǎn)面積；工人的技術水平；專用設備；工藝裝備的制造性能等。
4.各種技術資料。包括有關的手冊、標準、以及國內(nèi)外先進的工藝技術等。
第2章 加工零件的工藝設計
2.1 計算生產(chǎn)綱領，確定生產(chǎn)類型
如零件圖所示為車橋后橋減速器殼體零件，該產(chǎn)品年產(chǎn)量為2000臺，設其備品率為15%，機械加工廢品率為2%，現(xiàn)制定該零件的機械加工規(guī)程。
技術要求：
1、 未注明的鑄造圓角半徑為2～3。
2、 退火處理。
N=Qn(1+a%+b%)
=2000×1×(1+15%+2%)件/年
=2340 件/年
車橋后橋減速器殼體零件的年產(chǎn)量為2340年/件，現(xiàn)已知該產(chǎn)品屬于輕型機械，查閱教材生產(chǎn)類型與生產(chǎn)綱領的關系，確定其生產(chǎn)類型為中批生產(chǎn)。
2.2 零件的分析
車橋后橋減速器殼體零件的圖樣的視圖正確、完整，尺寸、公差及技術要求齊全。由零件圖可知其材料為ZG45。該材料具有較高的強度、耐磨性、良好的切削性能，適用于承受較大的應力，要求耐磨的零件。
總之而言，該零件外型輪廓不大，各表面精度、尺寸精度都不高。
2.3 確定毛坯
根據(jù)車橋后橋減速器殼體零件材料ZG45確定毛坯為鑄件，又已知零件生產(chǎn)綱領為2340件/年，該零件輕型機械，可知，其生產(chǎn)類型為中批量生產(chǎn)，毛坯的鑄造方法選用砂型機器造型。為清除殘余應力，鑄造完成后應安排人工時效。
2.3.1 鑄件尺寸公差
鑄件尺寸公差分為16級，由于是中批生產(chǎn)，毛坯制造方法采用砂型機器造型，由工藝手冊查得，鑄件尺寸公差等級為CT10級，選取鑄件錯箱值為1.0mm。
2.3.2 鑄件機械加工余量
對中批量生產(chǎn)的鑄件加工余量由工藝手冊查得，選取MA為G級，查得鉸孔單邊加工余量為0.1mm，擴孔單邊加工余量為0.9mm，端面粗銑余量為3.5mm，所以各表面的總余量見表1.1。由工藝手冊可得鑄件主要尺寸公差見表1.2。
表2.1 各加工表面總余量/mm
加工表面
基本尺寸
加工余量等級
加工余量數(shù)值
說明
E面
16
G
3.5
單面加工余量
E′面
16
H
3.5
單面加工余量
D面
16
G
3.5
單面加工余量
C面
16
H
3.5
單面加工余量
F面
8
H
3.5
單面加工余量
孔Φ9H9
Φ9
H
1
擴孔和鉸孔的單邊總加工余量
孔2—Φ6H9
Φ6
H
0.1
鉸孔單邊的加工余量
表2.2 主要毛坯尺寸及公差/mm
零件尺寸
加工余量
毛坯尺寸
公差CT
16
3.5及3.5
23
11
16
3.5及3.5
23
11
8
3.5
11.5
10
Φ16
0
Φ16
11
Φ12
0
Φ12
10
Φ12
0
Φ12
10
2.3.3 零件—毛坯綜合圖
零件—毛坯綜合圖一般包括以下內(nèi)容：鑄造毛坯形狀、尺寸及公差、加工余量與工藝余量、鑄造斜度及圓角、分型面、澆冒口殘根位置、工藝基準及其他有關技術要求等。
零件—毛坯綜合圖上技術條件一般包括下列內(nèi)容。
（1）合金牌號。
（2）鑄造方法。
（3）鑄造的精度等級。
（4）未注明的鑄造斜度及圓角半徑。
（5）鑄件的檢驗等級。
（6）鑄件綜合技術條件。
（7）鑄件交貨狀態(tài)。如允許澆冒口殘根大小等。
（8）鑄件是否進行氣壓或液壓試驗。
（9）熱處理硬度。
零件—毛坯綜合圖如下圖2.1所示。
圖2.1
2.4工藝規(guī)程設計
2.4.1 定位基準的選擇
本零件是一個帶角度的鑄造車橋后橋減速器殼體，總的各種精度要求不高。為了避免不必要的基準誤差，各端面加工采用了互為基準原則，加工兩個Φ6H9孔時采用了Φ9H9孔及端面定位，這就使加工遵循了“基準重合”的原則，即設計基準與工序基準重合。
2.4.2 選擇加工設備及工藝裝備
由于生產(chǎn)類型為中批量生產(chǎn)，且零件的加工精度要求也不是很高，故加工設備宜以通用機床為主，輔以少量專用機床。其生產(chǎn)方式為以通用機床加專用夾具為主，輔以少量專用機床的流水生產(chǎn)線。工件在各機床上的裝卸及各機床間的傳送均由人工完成。
確定工序尺寸一般的方法是由加工表面的最后工序往前推算，最后工序的工序尺寸按零件圖樣的要求標注。當無基準轉(zhuǎn)換時，同一表面多次加工的工序尺寸只與工序（或工步）的加工余量有關。有基準轉(zhuǎn)換時，工序尺寸應用工藝尺寸鏈解算。
第3章 組合機床設計
3.1 制定工藝方案
零件加工工藝方案將決定組合機床的加工質(zhì)量、生產(chǎn)效率、總體布局和夾具結(jié)構(gòu)等。通過對被加工零件為車橋后橋減速器殼體分析，其材料為HT20-40，硬度為HB175-255。
因此選用粗鏜、半精鏜、精鏜的工藝方法。由于所加工零件是孔徑較大的多層壁孔，所以主軸選用非剛性主軸。
3.2確定切削用量及選擇刀具
確定工序間余量：
為使加工過程順利進行并穩(wěn)定保證加工精度，必須合理地確定工序余量。根據(jù)《組合機床設計》[1]P52生產(chǎn)中出常用的組合機床對孔加工的工序間余量，見表3-1
表3-1孔加工常用工序余量
加工工序
加工孔徑（mm）
直徑上工序間余量(mm)
粗鏜
≥φ40
≥6~7
半精鏜
φ20~φ80
0.7~1.2
φ80~φ150
1.0~1.5
＞φ150
1.3~1.6
精鏜
~φ30
0.20~0.25
φ30~φ130
0.25~0.40
＞φ130
0.35~0.50
根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗，在組合機床上進行孔加工的切削用量，推薦按表3-2選取。
表3-2鏜孔的切削用量
工序
刀具材料
υ（米/分）
f（毫米/轉(zhuǎn)）
粗鏜
硬質(zhì)合金鋼
20~25
0.25~0.80
半精鏜
硬質(zhì)合金鋼
30~50
0.40~1.50
精鏜
硬質(zhì)合金鋼
70~90
0.12~0.15（H7）
3.3確定切削力、切削扭矩、切削功率及刀具耐用度
根據(jù)選定的切削用量（主要指切削速度υ及進給量f），確定切削力，作為選擇動力部件及夾具設計的依據(jù)；確定切削扭矩，用以確定主軸及其他傳動件（齒輪、傳動軸等）的尺寸；確定切削功率，用以選擇主傳動電機（一般指動力箱電機）功率；確定刀具耐用度，用以驗證所選刀具是否合理。
根據(jù)生產(chǎn)實踐及試驗研究成果，已經(jīng)整理出來的硬質(zhì)合金鏜刀在灰鑄鐵材料上鏜孔的切削力P、切削扭矩M、切削功率N、刀具耐用度T的計算公式由《組合機床設計參考圖冊》[2]P10可知如下：
刀具耐用度：
×KT2KT3KT4KT5KT6KT7 （1）
軸向力：
Px=0.051t1.2f0.65HB1.1Kpx2 （2）
周向力：
Pz=5.14tf0.75HB0.55Kpz2K pz3 （3）
切削功率：
（4）
運用以上公式借助Excel軟件計算出加工各孔的刀具耐用度如表3-3所示，加工各孔受的軸向力、徑向力、切削功率如表3-4所示。
表3-3 刀具耐用度
孔直徑
υ
t
s
HB
kt2
kt3
kt4
kt5
kt6
kt7
耐用度T
粗鏜
150
53.5
2.2
0.2
220
0.77
1
0.77
1
0.59
1
258.4
110
38
2.42
0.4
220
0.77
1
0.59
1
0.59
1
289.1
110
30
2.55
0.4
220
0.77
1
0.59
1
0.59
1
289.1
120
39.87
2.5
0.267
220
0.77
1
0.59
1
0.59
1
256.9
80
31
2.6
0.267
220
0.86
1
0.33
1
0.59
1
258.8
90
37.7
2.7
0.2
220
0.86
1
0.33
1
0.59
1
258.8
100
31.5
2.2
0.2
220
0.86
1
0.33
1
0.59
1
256.9
半精鏜
150
45
1.5
0.4
220
0.77
1
0.77
1
1
1.5
380.6
110
45
1.2
0.4
220
0.77
1
0.59
1
1
1.5
291.7
110
45
1.1
0.4
220
0.77
1
0.59
1
1
1.5
291.7
120
45
1.1
0.4
220
0.77
1
0.59
1
1
1.5
291.7
80
45
1.1
0.4
220
0.86
1
0.33
1
1
1.5
326.3
90
45
1
0.4
220
0.86
1
0.33
1
1
1.5
292.1
100
45
1
0.4
220
0.86
1
0.33
1
1
1.5
326.3
精鏜
150
60
0.4
0.12
220
0.77
1
0.77
1
1
1.61
313.9
110
60
0.38
0.12
220
0.77
1
0.59
1
1
1.61
312.3
110
60
0.35
0.12
220
0.77
1
0.59
1
1
1.61
312.3
120
60
0.35
0.12
220
0.77
1
0.59
1
1
1.61
312.3
80
60
0.3
0.12
220
0.86
1
0.33
1
1
1.61
267.2
90
60
0.3
0.12
220
0.86
1
0.33
1
1
1.61
267.2
100
60
0.3
0.12
220
0.86
1
0.33
1
1
1.61
267.2
表3-4 加工各孔受的軸向力、徑向力、切削功率
孔直徑
t
f
HB
Kpx2
Kpz2
Kpz3
軸向力Px
圓周力Pz
切削功率N
粗鏜
150
4.9
0.5
220
1.14
0.96
1
94.13
279.25
1.83
110
4.5
0.4
220
1.14
0.96
1
73.51
216.93
1.42
110
4.5
0.4
220
1.14
0.96
1
73.51
216.93
1.42
120
4.5
0.45
220
1.14
0.96
1
79.36
236.97
1.55
80
4.5
0.4
220
1.14
0.96
1
73.51
216.93
1.42
90
4.5
0.4
220
1.14
0.96
1
73.51
216.93
1.42
100
4.5
0.45
220
1.14
0.96
1
79.36
236.97
1.55
半精鏜
150
1.2
0.4
220
1.14
0.96
1
15.05
57.85
0.38
110
1.2
0.4
220
1.14
0.96
1
15.05
57.85
0.38
110
1.2
0.4
220
1.14
0.96
1
15.05
57.85
0.38
120
1.2
0.4
220
1.14
0.96
1
15.05
57.85
0.38
80
1.2
0.2
220
1.14
0.96
1
9.59
34.40
0.22
90
1.2
0.2
220
1.14
0.96
1
9.59
34.40
0.22
100
1.2
0.2
220
1.14
0.96
1
9.59
34.40
0.22
精鏜
150
0.4
0.14
220
1.14
0.96
1
2.04
8.77
0.06
110
0.3
0.13
220
1.14
0.96
1
1.37
6.23
0.04
110
0.3
0.13
220
1.14
0.96
1
1.37
6.23
0.04
120
0.3
0.13
220
1.14
0.96
1
1.37
6.23
0.04
80
0.3
0.12
220
1.14
0.96
1
1.30
5.86
0.04
90
0.3
0.12
220
1.14
0.96
1
1.30
5.86
0.04
100
0.3
0.12
220
1.14
0.96
1
1.30
5.86
0.04
3.4 被加工零件圖
圖3-1 被加工零件圖
3.5、組合機床“三圖一卡”
3.5.1 內(nèi)容
加工示意圖是在工藝方案和機床總體方案初步確定的基礎上繪制的。是表達工藝方
案具體內(nèi)容的機床工藝方案圖。它是設計刀具、輔具、夾具、多軸箱和液壓、電氣系統(tǒng)以及選擇動力部件、繪制機床總聯(lián)系尺寸圖的主要依據(jù)；是機床總體布局和性能的原始要求；也是調(diào)整機床和刀具所必需的重要文件。
3.5.2 注意事項
加工示意圖應繪制成展開圖。按比例用細實線畫出工件外形。加工部位、加工表面用粗實線。必須使工件和加工方位與機床布局相吻合。為了簡化設計，同一多軸箱上尺寸完全相同的主軸（即指加工表面，所用刀具及導向，主軸及接桿等規(guī)格尺寸、精度完全相同時）只畫一根，但必須在主軸上標記與工件孔號相對應的軸號。一般主軸的分布不受真實距離的限制。當主軸彼此間很近或需設置結(jié)構(gòu)尺寸較大的導向裝置時，必須以實際中心距嚴格按比例畫，以便檢查相鄰主軸、刀具、輔具、導向等是否干涉。主軸應從多軸箱端面畫起；刀具畫加工終了位置。采用標準通用結(jié)構(gòu)只畫外輪廓，但必須加注規(guī)格代號；對一些專用的結(jié)構(gòu)，如專用的刀具、導向、刀桿托架專用接桿或浮動卡頭等，需用剖視圖表示其結(jié)構(gòu)，并標注尺寸、配合及精度。
3.5.3 選擇刀具
選擇刀具應考慮工件材質(zhì)、加工精度、表面粗糙度,排屑及生產(chǎn)率等要求。只要條件允許，應盡量選用標準刀具。刀具錐柄插入接桿孔內(nèi)長度，在繪制加工示意圖時應注意從刀具總長處減去。由于以上條件的限制，本次設計選用的刀具為硬質(zhì)合金ψ=30°的精鏜刀，（GB1439—78）如左圖所示。
3.5.4 主軸類型、尺寸和外伸長度的確定
主軸類型主要依據(jù)工藝方法和刀桿與主軸的連接結(jié)構(gòu)進行確定。主軸軸頸及軸端尺寸主要取決于進給抗力和主軸——刀具系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。如與刀桿有浮動連接或剛性連接，主軸則有短懸伸鏜孔主軸和長懸伸鉆孔主軸。綜合考慮加工精度和具體工作條件，按表
1—5選定主軸的外伸長度L、外徑D和內(nèi)徑.對于精鏜類主軸，因其切削轉(zhuǎn)矩較小，如按其來確定主軸直徑，則剛性不足。實際生產(chǎn)中，應取較大值，來保證軸的剛度滿足要求。
表3-5 各軸基本參數(shù)
軸號
加工直徑
φ（mm）
主軸直
徑d(mm)
主軸外伸
尺寸L(mm)
n
(r/min)
f
(mm/r)
υf
(mm/min)
Ⅰ
φ110、φ80
φ50
115
101
0.4
40
Ⅱ
φ110、φ90
φ50
115
101
0.4
40
Ⅲ
φ120、φ100
φ60
115
93
0.45
40
Ⅴ
φ150
φ50
115
85
0.5
40
3.5.5 計算主軸直徑
(1)各軸轉(zhuǎn)距
轉(zhuǎn)矩=圓周向力×加工孔半徑
T=PZR （5）
由表(1-5)可知各主軸所受的轉(zhuǎn)矩和功率如下表
表1-6主軸轉(zhuǎn)速、功率
軸
孔數(shù)
圓周力F/N
轉(zhuǎn)矩T/(N mm)
功率P/KW
Ⅰ
2
433.86
20608.35
2.84
Ⅱ
2
433.86
21693
2.84
Ⅲ
2
473.94
26066.7
3.10
Ⅴ
1
279.25
20943.75
1.83
（2）強度校核
選擇45剛做為主軸的材料，根據(jù)《機械制造裝備設計》[3]P136公式（4-7）提供的在強度條件下計算主軸直徑的方法校核。
d≥ （6）
∴dⅠ≥1.826×=50.06
dⅠ/d=50.06/50=1.0<1.05 誤差在5%內(nèi)，故可以選φ50的主軸
dⅡ≥1.826×=50.9mm
dⅡ/d =50.9/50=1.02<1.05 誤差在5%內(nèi)，故可以選擇φ50的主軸；
dⅢ≥1.826×=54.14mm
dⅢ/d =54.14/50=1.08>1.05
dⅢ/d =60/54.14=1.11>1.05
為了安全起見，軸徑應大于50，故選擇φ60的主軸；
dⅤ≥1.826×=50.33mm
dⅤ/d =50.33/50=1.01<1.05 誤差在5%內(nèi)，故可以選擇φ50的主軸。
根據(jù)《機械制造裝備設計》P136公式（4-8）提供的在強度條件下計算主軸直徑的方法校核。
d≥ （7）
式中：
d----軸的直徑
T----軸所承受的轉(zhuǎn)距（N.mm）
[τ]—許用剪切應力（MPa）;45鋼[τ]=31MPa；
B-----系數(shù)，當材料的剪切彈性模量G=8.1×104MPa，非剛性主軸[θ]=0.50/m,B=1.948;傳動軸[θ]=10/m,B=1.638。
∴dⅠ≥1.948=23.72mm
dⅠ/d=50.06/50=1.0<1.05 誤差在5%內(nèi)，故可以選φ50的主軸
dⅡ≥1.948=23.64mm
dⅡ/d =50.9/50=1.02<1.05 誤差在5%內(nèi)，故可以選擇φ50的主軸；
dⅢ≥1.948=12.7mm
dⅢ/d =54.14/50=1.08>1.05
dⅢ/d =60/54.14=1.11>1.05
為了安全起見，軸徑應大于50，故選擇φ60的主軸；
dⅤ≥1.948=23.43mm
dⅤ/d =50.33/50=1.01<1.05 誤差在5%內(nèi)，故可以選擇φ50的主軸。
3.6 確定多軸箱輪廓尺寸
標準中規(guī)定：臥式多軸箱總厚度為325mm；寬度和高度按《組合機床設計參考圖冊》[2]P標準尺寸系列表選取.根據(jù)《機械制造裝備設計》[3]P143的式子,多軸箱的寬度B和高度H可按下式計算(參閱圖2-2)
B=b2+2b1 H=h2+h1+b1
圖3-2多軸箱的輪廓尺寸的確定
式中：
b1---------最邊緣主軸中心至多軸箱外壁之間的距離;
b2、h---------分別為工件在寬度和高度方向上相距最遠的兩加工孔中心距;
b1---------最低主軸高度.
根據(jù)圖2-1可知b2 =231.57mm,h=275.93mm
取b1 =100mm, h1 =100mm,則多軸箱的輪廓尺寸為
B= b2 + 2b1 =231.57mm+2×100mm=431.57mm
H=h+ h1 + b1 =275.93+100+100mm=475.93mm
根據(jù)標準應取B×H=500mm×500mm的多軸箱.通過在側(cè)底座與滑座之間設置的調(diào)整墊,可以保證最低主軸中心與最低被加工孔中心在垂直方向上的等高.
3.7 車橋后橋減速器殼體的原始依據(jù)圖
根據(jù)2.1可知：
（1） 車橋后橋減速器殼體輪廓尺寸420×420mm。
（2） 工件輪廓尺寸及各孔位置尺寸。
（3） 工件與車橋后橋減速器殼體相對位置尺寸。
根據(jù)這些數(shù)據(jù)可編制出車橋后橋減速器殼體設計
圖3-4原始依據(jù)圖
3.8 主軸結(jié)構(gòu)型式的選擇及動力計算
3.8.1 主軸結(jié)構(gòu)型式的選擇
進行鏜削加工的主軸，軸向切削力較小，但不能忽略。由于工藝要求，主軸進退都要切削，兩個方向都有切削力，所以選用前后支撐均為圓錐滾子軸承的主軸結(jié)構(gòu)。這種支撐可承受較大的徑向力和軸向力，且結(jié)構(gòu)簡單，軸承個數(shù)少，裝配調(diào)整比較方便。
3.8.2 主軸直徑和齒輪模數(shù)的初步確定
根據(jù)《組合機床設計》P90可知齒輪模數(shù)的計算方法。
（8）
式中：
N---------齒輪傳遞功率（千瓦）；
Z---------一對齒輪中小齒輪的齒數(shù)；
n---------小齒輪的轉(zhuǎn)速（轉(zhuǎn)/分）。
?、筝S來計算；
（9）
目前大型組合機床通用車橋后橋減速器殼體中常用的齒輪模數(shù)有2、2.5、3、3.5、4等幾種。為了方便生產(chǎn)，故可以取模數(shù)m=2。
3.8.3 車橋后橋減速器殼體的動力計算
車橋后橋減速器殼體的動力計算，包括計算車橋后橋減速器殼體所需功率和進給力兩項。車橋后橋減速器殼體所需要的功率，等于切削功率、空載消耗功率及與負載成正比的功率損失之和，即：
N主=N切+N空+N損 （10）
式中：
N主---------車橋后橋減速器殼體總功率；
N切---------個主軸切削功率的總和；
N空---------各軸空載消耗功率的總和；
N損---------各軸損失功率的總和。
車橋后橋減速器殼體所需的進給力，就是動力滑臺所需的進給力P進，根據(jù)《組合機床設計》[1]P92公式：
P進=∑P=PⅡ+PⅢ+PⅣ+PⅤ （11）
式中：
PⅡ、PⅢ……-------- 各主軸切削時產(chǎn)生的軸向力。
根據(jù)表（1-5）可得：
P進 =（94.13+73.51+73.51+79.36+73.51+73.51+79.36）N=546.89N
在考慮滑臺移動引起的摩擦阻力時，動力滑臺的進給力P進 應大于各主軸切削產(chǎn)生的軸向力的總和，即大于546.89N。
3.9 傳動系統(tǒng)的設計與計算
車橋后橋減速器殼體的傳動系統(tǒng)設計，就是通過一定的傳動鏈把動力箱驅(qū)動軸傳進來的動力和轉(zhuǎn)
速按要求分配到各主軸。傳動系統(tǒng)設計的好壞，將直接影響車橋后橋減速器殼體的質(zhì)量、通用化程度、設計和制造工作量的大小以及成本的高低。
擬定多軸箱傳動傳動系統(tǒng)的基本方法：
1．先把全部主軸中心盡可能分布在幾個同心圓上，在各個同心圓上分別設置中心傳動軸。非同心圓分布的一些主軸，也宜設置中間傳動軸（如一根傳動軸帶動多根主軸）；然后根據(jù)已選定的各中心傳動軸再取同心圓，并用最少的傳動軸帶動這些中心傳動軸；最后通過合攏傳動軸與動力箱驅(qū)動軸連接起來。
2．確定驅(qū)動軸轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)向及其在多軸箱上的位置，驅(qū)動軸的轉(zhuǎn)速按動力箱型號選定；由于采用動力滑臺，驅(qū)動軸旋轉(zhuǎn)方向可任意選擇；動力箱與多軸箱連接時，應注意驅(qū)動軸中心一般設置于多軸箱箱體寬度的中心線上，其中心高度則決定于所選動力箱型號規(guī)格。
用最少的傳動軸及齒輪副把驅(qū)動軸和各主軸邊接起來，首先分析主軸位置，動力箱的設計為非標設計，驅(qū)動軸的位置可根據(jù)箱體尺寸確定。
多軸箱的傳動設計是根據(jù)動力箱驅(qū)動軸的位置和轉(zhuǎn)速，各主軸位置及其轉(zhuǎn)速要求，設計傳動鏈，把驅(qū)動軸與各主軸連接起來，使各主軸獲得預定的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向。
3.9.1 方案分析
通過對圖1-1分析，加工零件的加工孔是確定的位置，因此主軸的分布也是確定的?？蓪⒖拷闹鬏S組成同心圓。相距較遠的主軸才單獨處理。初步確定傳動方案：
如圖2-4，主軸Ⅱ、Ⅲ、Ⅴ較靠近，可組成同心圓，Ⅰ軸可單獨處理。即Ⅱ、Ⅲ、Ⅴ軸形成同心圓，由一根傳動軸來帶動，Ⅰ軸通過另一根傳動軸帶動。為了盡量減少傳動軸的數(shù)量，Ⅰ軸可以通過主軸Ⅴ傳動，再通過受柄軸來帶動。
圖3-5 傳動圖
3.9.2 各主軸總傳動比
已知各主軸轉(zhuǎn)速及驅(qū)動軸到主軸之間的傳動比。
nⅠ =101r/min
nⅡ=101r/min
nⅢ=93r/min
nⅤ =85r/min
傳動軸 n0 =100r/min
各主軸總傳動
i0-Ⅰ =101/100=1.01
i0-Ⅱ=101/100=1.01
i0-Ⅲ=93/100=0.93
i0-Ⅴ=85/100=0.85
3.9.3 各軸傳動比分配
為了便設計，設計和動力頭齒輪嚙合的齒輪的齒數(shù)和動力頭齒輪一致。
i0-1=1
除Ⅰ軸外，其他主軸都是由傳動軸直接帶動，因此取
i1-Ⅱ =101/100=1.01≈1
i1-Ⅲ=93/100=0.93≈1/1.12
i1-Ⅴ=85/100=0.85≈1/1.12
手柄軸2和傳動軸1等速， i2-1 =1
因為要求主軸上齒輪不過大，所以最后一對齒輪取升速。
i2-Ⅴ=85/100≈1/1.12
3.9.4 確定中間傳動軸1、2的位置并配對齒輪
1）在CAD軟件上用幾何作圖法粗略找出1傳動軸的圓心位置，首先量出傳動軸半徑R1，根據(jù)R1配1軸與Ⅱ、Ⅲ、Ⅴ軸聯(lián)結(jié)ZⅡ / ZⅡ，ZⅢ / ZⅢ，ZⅤ / ZⅤ的三對齒輪。
R1=125.75mm 取m=2
代入公式 ， （12）
得
ZⅡ+ ZⅡ=ZⅢ+ ZⅢ=ZⅤ+ ZⅤ=125.75
ZⅡ / ZⅡ=1
ZⅢ / ZⅢ=1/1.12
ZⅤ / ZⅤ=1/1.12
解公式（2-）與得
ZⅡ =63 ， ZⅡ=62.6≈63
ZⅢ=60.6≈61 ， ZⅢ=65.2≈65
ZⅤ=57.8≈58， ZⅤ=68
2)確定中間傳動軸2的位置，由于軸Ⅰ與軸Ⅱ同轉(zhuǎn)速,根據(jù)前面確定的傳動方案,確定受柄軸與傳動軸的嚙合在與軸Ⅴ的嚙合在同一平面上。
故可取Z2= ZⅤ=68
由公式得: => Z2 =58
由 ZⅡ / ZⅡ= ZⅠ/ ZⅤ得: ZⅠ =69
3)確定驅(qū)動軸0的坐標位置如圖2-1，首先量出半徑R3，根據(jù)R2配0軸與1軸聯(lián)的 ZⅠ/ZⅠ 的齒輪。
R2=182.66mm 取m=4
由公式可知
由于距離較遠,而電機齒輪最大齒數(shù)為25,故預取電機齒輪齒數(shù)為25。
由公式可得與此嚙合的傳動軸齒數(shù)為66。
4)驗證各主軸轉(zhuǎn)速
nⅠ=100××=99轉(zhuǎn)/分
nⅡ=100×=100轉(zhuǎn)/分
nⅢ=100×=94轉(zhuǎn)/分
轉(zhuǎn)速相對損失在5%以內(nèi)，符合設計要求。
5）用中間傳動軸2兼作調(diào)整手柄軸，其轉(zhuǎn)速如下：
n2=100×××=117轉(zhuǎn)/分
軸2的轉(zhuǎn)速相對較高，操作時省力，位置適當，可滿足要求。
6）采用R12-2型葉片泵，直接由驅(qū)動軸0經(jīng)一對齒輪=直接傳動。
n泵 =100×=114轉(zhuǎn)/分
由《機床設計手冊》[5]第三卷n泵在100-1000轉(zhuǎn)/分之內(nèi)，滿足要求。
圖3-6 主軸坐標圖
表3-7主軸坐標值
1軸
2軸
Ⅰ軸
X0
Y0
X1
Y1
XⅡ
YⅡ
206
274
116
186
128
62
Ⅱ軸
Ⅲ軸
Ⅴ軸
XⅢ
YⅢ
XⅣ
YⅣ
XⅤ
YⅤ
216
146
330
260
104
340
3.10 齒輪尺寸設計
主動齒輪：
根據(jù)《機械原理》第六版，齒輪機構(gòu)機器設計部分提供的計算方法來計算齒形帶的外形和傳動設計。Ⅱ孔的加工主軸和傳動軸1的中心距a為125.75mm,模數(shù)為2，參照GB/T1356-88，可以得到，，。則齒輪各參數(shù)的計算公式如下：
中心距：
總齒數(shù)：
=126
擬用傳動比：
==63
分度圓直徑：
d=zm （13）
dⅠ=dⅡ=63×2=126mm
齒頂高：
ha=ha*m （14）
haⅠ=haⅡ=1×2=2mm
齒根高：
hf=(hz*+c*)m （15）
hfⅠ=hf=(1+0.25) ×2=2.5mm
齒全高：
h=(2ha*+c*)m （16）
h=h=(2+0.25) ×2=4.5mm
齒頂圓直徑：
da1=(z+2ha*)m （17）
da1=da=(63+2) ×2=130mm
齒根圓直徑：
df=(z-2ha*-c*) （18）
df1=(63-2-0.25) ×2=121.5mm
基圓直徑：
db=d1cosα （19）
db1=126×cos200=118.40
齒距：
p= πm （20）
p=3.14×2=6.28mm
基圓齒距：
pb=pcosα （21）
pb=6.28×cos200=5.97mm
齒厚：
s=π m/2=3.14×2/2=3.14 mm （22）
齒槽高：
e=πm/2=3.14 mm （23）
頂隙：
c=c*m=0.25×2=0.5 mm （24）
軸Ⅲ上齒輪的各參數(shù)如下：
Z=61
分度圓直徑：
d=zm
dⅠ=dⅡ=61×2=122mm
齒頂高：
ha=ha*m
haⅠ=haⅡ=1×2=2mm
齒根高：
hf=(hz*+c*)m
hfⅠ=hf=(1+0.25) ×2=2.5mm
齒全高：
h=(2ha*+c*)m
h=h=(2+0.25) ×2=4.5mm
齒頂圓直徑：
da1=(z+2ha*)m
da1=da=(61+2) ×2=126mm
齒根圓直徑：
df=(z-2ha*-c*)
df1=(61-2-0.25) ×2=117.5mm
基圓直徑：
db=d1cosα
db1=122×cos200=114.6
齒距：
p= πm
p=3.14×2=6.28mm
基圓齒距：
pb=pcosα
pb=6.28×cos200=5.97mm
齒厚：
s=π m/2=3.14×2/2=3.14 mm
齒槽高：
e=πm/2=3.14 mm
頂隙：
c=c*m=0.25×2=0.5 mm
軸Ⅴ上齒輪各參數(shù)如下：
Z=58
分度圓直徑：
d=zm
dⅠ=dⅡ=58×2=116mm
齒頂高：
ha=ha*m
haⅠ=haⅡ=1×2=2mm
齒根高：
hf=(hz*+c*)m
hfⅠ=hf=(1+0.25) ×2=2.5mm
齒全高：
h=(2ha*+c*)m
h=h=(2+0.25) ×2=4.5mm
齒頂圓直徑：
da1=(z+2ha*)m
da1=da=(58+2) ×2=120mm
齒根圓直徑：
df=(z-2ha*-c*)
df1=(58-2-0.25) ×2=111.5mm
基圓直徑：
db=d1cosα
db1=116×cos20=109
齒距：
p= πm
p=3.14×2=6.28mm
基圓齒距：
pb=pcosα
pb=6.28×cos200=5.97mm
齒厚：
s=π m/2=3.14×2/2=3.14 mm
齒槽高：
e=πm/2=3.14 mm
頂隙：
c=c*m=0.25×2=0.5 mm
軸Ⅰ上齒輪各參數(shù)如下：
總齒數(shù)： Z=69
分度圓直徑：
d=zm
dⅠ=dⅡ=69×2=138mm
齒頂高：
ha=ha*m
haⅠ=haⅡ=1×2=2mm
齒根高：
hf=(hz*+c*)m
hfⅠ=hf=(1+0.25) ×2=2.5mm
齒全高：
h=(2ha*+c*)m
h=h=(2+0.25) ×2=4.5mm
齒頂圓直徑：
da1=(z+2ha*)m
da1=da=(69+2) ×2=142mm
齒根圓直徑：
df=(z-2ha*-c*)
df1=(69-2-0.25) ×2=133.5mm
基圓直徑：
db=d1cosα
db1=138×cos20=129.68
齒距：
p= πm
p=3.14×2=6.28mm
基圓齒距：
pb=pcosα
pb=6.28×cos200=5.97mm
齒厚：
s=π m/2=3.14×2/2=3.14 mm
齒槽高：
e=πm/2=3.14 mm
頂隙：
c=c*m=0.25×2=0.5 mm
油泵軸的齒輪：
根據(jù)《機械原理》[10]第六版，齒輪機構(gòu)機器設計部分提供的計算方法來計算齒形帶的外形和傳動設計。參照GB/T1356-88，可以得到，，，取m=4,又已知Z0=25，Z3=22。
根據(jù)《機械原理》[10]第六版P327表 （10－4）齒輪各參數(shù)的計算公式如下：
中心距：
a=m(Z1+ZⅢ)/2=4×（25＋22）/2=94mm
總齒數(shù)：
Z0+Z3=47
節(jié)圓直徑：
d=zm
d3=22×4=88mm
齒頂高：
ha=ha*m
ha3=1×4=4mm
齒根高：
hf=(hz*+c*)m
hf3=(1+0.25) ×4=5mm
齒全高：
h=(2ha*+c*)m
h3 (2+0.25) ×4=9mm
齒頂圓直徑：
da=(z+2ha*)m
da3 (22+2) ×4=96mm
齒根圓直徑：