本科毕业论文某钻孔卧式组合机床多轴箱设计

高等教育自学考试本科毕业论文 某钻孔卧式组合机床多轴箱设计考生姓名： 张飞 准考证号： 011808101302专业层次： 本科 院 （系）： 机电学院 指导教师： 唐建敏 职 称： 讲师 重庆科技学院二 O 一 O 年 月 日高等教育自学考试本科毕业论文 某钻孔卧式组合机床多轴箱设计考生姓名： 张飞 准考证号： 011808101302 专业层次： 本科 指导教师： 唐建敏 院 （系）： 机电学院 重庆科技学院二 O 一 O 年 月 日重庆科技学院高等教育自学考试本科毕业论文 目录 I 摘要摘要本课题设计了某零件钻孔工位移动工作台卧式组合机床多轴箱。在设计中，根据被加工的零件图计算确定了箱体的尺寸大小，通过钻孔工序切削用量的确定，再计算出钻孔工序的切削参数，进而计算动力参数，由动力参数选择了动力箱。然后制定传动方案。根据传动方案及设计需求选定所用的轴、轴承、齿轮、油泵和其它与之配套的零件，并计算出主轴和传动轴的坐标。最后对本设计选用的轴、轴承、齿轮进行了校核。通过本设计实现钻孔在同一机床上加工，同时使用多把刀具并在几个方面对工件进行加工，达到较高的工序集中程度，从而获得较高的生产率。 多轴箱是组合机床的核心部件。它是选用通用零件，按专用要求进行设计的，在组合机床设计的过程中，是工作量较大的部件之一。它是根据工序图和加工示意图所确定的工件加工孔的数量和位置，切削用量和主轴类型设计的传递各主轴运动的动力部件。其动力来自通用的动力箱，与动力箱一起安装于进给滑台，可完成钻，绞等加工工序。本设计可实现了多孔的一次加工完成，提高了工作效率。关键词关键词：组合机床；多轴箱；钻孔；齿轮；轴重庆科技学院高等教育自学考试本科毕业论文 英文摘要IIAbstractThis subject has certain parts design of drilling horizontal combination machine tools moving workbench workstation Multi-axle Box. In the design, according to the calculated by processing components determines the size of the box, through the drilling process of cutting parameter determination, then calculates the cutting parameters of drilling process, and then calculating dynamic parameters of the dynamic parameter selection, power box. Then driving scheme. According to the transmission scheme and design requirements of shaft, selected bearings, gears, pumps and other ancillary components, and calculate transmission shaft and the coordinates. Through the design on the same machine processing drilling tools, use more in aspects of the work piece machining, achieve high concentration process, so as to achieve higher productivity.Multi-axle box is a combination of the core components of machine tools. It is the choice of generic parts, according to specific design requirements, in combination of machine tool design process, is the workload of one of the larger components. It is based on processes and process schematic diagram of the work piece determined by the number and location of holes, cutting consumption and spindle type of design momentum of our campaign to pass the spindle parts. Its power comes from a common power boxes and power boxes are installed on the feed slide units, to be completed by drilling, twisting and other manufacturing processes. This design can be achieved through a porous enough for processing and increase working efficiency.Key words ：Modular machine tool；Multi-axle Box；Drilling；Gear；Axis 重庆科技学院高等教育自学考试本科毕业论文 目录 I 目 录摘要摘要.I IABSTRACTABSTRACT.IIII1 1 前前 言言 .3 31.11.1 本课题研究现状、研究目的本课题研究现状、研究目的 .3 31.21.2 国内外状况国内外状况.4 41.21.2 本课题主要研究内容及意义本课题主要研究内容及意义 .6 61.31.3 主要技术指标主要技术指标 .6 62 2 组合机床及多轴箱简介组合机床及多轴箱简介 .8 82.12.1 组合机床的组成组合机床的组成 .8 82.22.2 组合机床的特点组合机床的特点 .8 82.32.3 组合机床的工艺范围组合机床的工艺范围 .9 92.42.4 组合机床的配置形式及多工位组合机床组合机床的配置形式及多工位组合机床 .9 93 3 多轴箱的原始数据的计算多轴箱的原始数据的计算 .11113.13.1 被加工的零件的特点被加工的零件的特点 .11113.23.2 箱体尺寸的确定箱体尺寸的确定 .11113.33.3 钻孔切削参数的确定钻孔切削参数的确定 .12123.43.4 钻孔的切削力，切削转矩和切削功率等动力参数计算钻孔的切削力，切削转矩和切削功率等动力参数计算 .13133.53.5 多轴箱所需动力计算多轴箱所需动力计算 .14143.63.6 轴的初步选定轴的初步选定.154 4 多轴箱传动方案设计多轴箱传动方案设计.17174.14.1 多轴箱传动系统的一般要求多轴箱传动系统的一般要求 .17174.24.2 拟定多轴箱传动方案的基本方法拟定多轴箱传动方案的基本方法 .17174.34.3 主轴分布类型及传动方案主轴分布类型及传动方案 .17175 5 传动件的设计计算传动件的设计计算 .19195.15.1 传动方案图分析传动方案图分析 .19195.25.2 齿轮的设计计算齿轮的设计计算 .19195.35.3 齿轮的校核齿轮的校核 .22226 6 传动轴坐标的计算传动轴坐标的计算.25256.16.1 坐标的计算坐标的计算.25256.1.1 主轴坐标计算.256.1.2 传动轴坐标计算 .266.26.2 验算中心距误差验算中心距误差 .27277 7 传动元件的校核传动元件的校核.29297.17.1 验算传动轴的直径验算传动轴的直径 .29297.27.2 传动轴的校核及其配件校核传动轴的校核及其配件校核 .30307.2.1 轴的弯扭强度校核 .307.2.2 轴承的校核： .34重庆科技学院高等教育自学考试本科毕业论文 英文摘要II7.2.37.2.3 齿轮的校核齿轮的校核.36致谢致谢.4040参考文献参考文献.4141论文原创性声明论文原创性声明.4242重庆科技学院高等教育自学考试本科毕业论文 1 前言 3 1 前 言1.1 本课题研究现状、研究目的组合机床是以大量的通用机床为基础，配以少量的专用部件所组成的高效专用机床，主轴箱是组合机床主要的传动部件之一。我国加入 WTO 以后 ,制造业所面临的机遇与挑战并存。组合机床行业企业适时调整战略 ,采取了积极的应对策略 ,出现了产、销两旺的良好势头 ,截至 2 0 0 9 年 9 月份 ,组合机床行业企业仅组合机床产品一项 ,据不完全统计产量已达 180 0 余台 ,产值达 10 个亿以上。近几年来，由于国家加大基础设施的投入，工程机械需求呈现了强劲的增长势头，部分生产厂家呈现出一年翻一番的发展形势，虽然国家因出现局部经济过热而采取对钢材、建材、电解铝等行业进行调控，但许多重点工程都陆续开工上马，工程机械虽不会出现去年过热现象，但今后几年仍然会维持较大程度的增长态势。国内工程机械同进口产品相比，其特点是价位低、产品稳定性、可靠性差、零件加工手段落后。随着国家对世贸承诺的逐步实现，价格的竞争优势也逐渐减少以装载机为例：目前大多数的主机生产厂及部件配套厂家对变速箱箱体、变矩器壳体前车架、后车架、动臂、驱动桥等关键零件，大多采用通用设备加工，这种加工方式的缺点有：生产能力难以扩大，产品质量不稳定，在制品积压严重，经济效益不够显著。值得庆幸的是国内比较大的装载机生产厂家都已逐步认识到这一问题。组合机床是根据工件加工需要以独立的系列化、标准话设计的通用部件为基础，配以部分专用部件组成的专用机床。它适用于大批和大量生产企业，多用于加工量大的大中型箱体和箱体类工件，完成钻孔、扩孔、铰孔、加工各种螺纹、镗孔、车断面和凸台、在空内镗各种形状槽，以及铣削平面和成型面等。组合机床是用总的电气控制系统将各个部件的工作连成一个统一的循环。各个部件都设计成独立存在的，可以按合理的规格尺寸系列，实现高度系列化、标准化和通用化。组合机床是按自动循环工作的。通常工件在加工中是不变的，由刀具作主运动和进给运动，则可以保证最大的工艺可能性。这种机床可以同时使用多把刀具，并可以在几个方面对工件进行加工，达到较高的工序集中程度，从而获得较高的生产率。实现加工对象的连续自动生产，实现优化有效的自动生产过程，加快生产投入物的加工变换和流动速度。机械自动化技术的应用与发展，是机械制造业技术改造、技术进步的主要手段和技术发展的主要方向。机械自动化的技术水准，不仅影响整个机械制造业的发展，而且对国民经济各部门的技术进步有很重庆科技学院高等教育自学考试本科毕业论文 1 前言4大的直接影响。因此，发展我国的机械制造业自动化技术，符合我国社会主义的基本原则，符合我国现代生产的发展规律。组合机床正是考虑到加工的自动化程度和生产效率的提高，采用多轴箱实现多轴同时加工，可以一次性装夹零件，采用多工位方法实现零件的一些工序加工。减少生产时间，实现高效高质量生产，可以将几个机床的功能融为一体，实现对零件的加工，大大降低了生产成本和劳动工作量。多轴箱是组合机床的重要专用部件。它是根据加工示意图所确定的工件加工孔的数量和位置、切削用量和主轴类型设计的传递各主轴运动的动力部件。其动力来自通用的动力箱，与动力箱一起安装于进给滑台，可完成钻扩铰镗孔等加工工序多轴箱的设计主要依据被加工零件上被加工孔的相对位置及被加工零件的材质对传动件和箱体进行设计。1.2 国内外状况组合机床是根据工件加工需要，以大量通用部件为基础，配以少量专用部件组成的一种高效专用机床。多轴箱是组合机床的重要专用部件，一般具有多根主轴同时对一系列孔系进行加工。它根据加工示意图所确定的工件加工孔的数量和位置、切削用量和主轴类型设计的传递各主轴运动的动力部件。其动力来自通用的多轴箱，与动力箱一起安装与进给滑台，可完成钻、扩、绞、镗孔等加工工序。多年来机械产品加工采用万能机床。但随着生产的发展，很多企业的产品产量越来越大，精度越来越高，如拖拉机，汽车行业的汽缸体、汽缸盖、变速箱、后桥等零件，采用万能机床加工就不能很好的满足要求。因为在某一台机床上加工一种工件，使万能机床的很多部分和机构变得作用不大，工人整天忙于装夹工件、起动机床、进刀退刀、停车及卸工件等，不仅工人劳动强度很大，而且生产效率也不高，不利于保证产品加工精度。为了解决这个问题，就创造出了专用机床，专用机床是专门用于加工一种工件或一种工件的一定工序的机床，它可以同时用许多刀具进行切削，机床的辅助动作部分地实现了自动化，结构也比万能机床简单，生产效率提高了。但专用机床有一个最大的弱点：就是被加工零件稍有一点变动，它就用不上了，需要另造新的机床，不能适应现代机械工业技术迅速发展、产品经常革新的需要，而且这种机床设计制造周期长，造价高。广大工人和技术人员在总结生产实践经验的基础上，提出创造这样的高效率机床：它既有专用机床效率高、结构简单的特点，又有万能机床能够重新调重庆科技学院高等教育自学考试本科毕业论文 1 前言 5 整，以适应新工件加工的特点。为此，将机床上带动刀具对工件产生切削运动的部分以及床身、立柱、工作台等设计制造成通用的独立部件，称为“通用部件” ，根据加工的需要，用这些通用部件配以部分专用部件就可组成机床，这就是组合机床。当工件改变了，还是用这些通用部件，只将部分专用部件改装，又可以组成加工新工件的机床。由于组合机床是由 70%90%的通用零，部件组成，在需要的时候，他可以部分或全部的进行改装，以组成适应新的加工要求的新设。这就是说，组合机床有重新改装的优越性，其通用零，部件可以多次重复利用。组合机床一般采用多轴、多刀、多工序、多面或多工位同时加工的方式，生产效率比通用机床高几倍至几十倍。由于通用部件已经标准化和系列化，可根据需要灵活配置，能缩短设计和制造周期。因此，组合机床兼有低成本和高效率的优点，在大批、大量生产中得到广泛应用，并可用以组成自动生产线。世界科技的发展日新月异，速度令人目不暇接。随着我国加入 WTO 后与世界机床行业进一步接轨，我国的制造业所面临的机遇与挑战并存。在这种充满竞争与机遇的大环境下，组合机床行业企业适时自我调整战略，采取了积极的应对策略。组合机床行业企业产品开始向数控化、柔性化转变。从近两年的企业生产情况看，数控机床与加工中心的市场需求量在上升，而传统的钻、镗、铣组合机床则有下降趋势。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。因此,市场要求我们不断开发新技术、新工艺,研制新产品,由过去的“刚性”机床结构,向“柔性”化方向发展,满足用户需求,真正成为刚柔兼备的自动化装备。但随着市场竞争的加剧和对产品需求的提高,高精度、高生产率、柔性化、多品种、短周期、数控组合机床及其自动线正在冲击着传统的组合机床行业企业，因此组合机床装备的发展思路必须是以提高组合机床加工精度、组合机床柔性、组合机床工作可靠性和组合机床技术的成套性为主攻方向。一方面，加强数控技术的应用，提高组合机床产品数控化率；另一方面，进一步发展新型部件，尤其是多坐标部件，使其模块化、柔性化 ,适应可调可变、多品种加工的市场需求。从 2002 年年底第 21 届日本国际机床博览会上获悉，在来自世界 10 多个国家和地区的 500 多家机床制造商和团体展示的最先进机床设备中，超高速和超高精度加工技术装备与复合、多功能、多轴化控制设备等深受欢迎。据专家分析，机床装备的高速和超高速加工技术的关键是提高机床的主轴转速和进给速度。该届博览会上展出的加工中心 ,主轴转速 1000020000r/min ,最高重庆科技学院高等教育自学考试本科毕业论文 1 前言6进给速度可达 060m/min；复合、多功能、多轴化控制装备的前景亦被看好。在零部件一体化程度不断提高、数量减少的同时,加工的形状却日益复杂。多轴化控制的机床装备适合加工形状复杂的工件。另外 ,产品周期的缩短也要求加工机床能够随时调整和适应新的变化,满足各种各样产品的加工需求。然而更关键的是现代通信技术在机床装备中的应用,信息通信技术的引进使得现代机床的自动化程度进一步提高,操作者可以通过网络或手机对机床的程序进行远程修改,对运转状况进行监控并积累有关数据；通过网络对远程的设备进行维修和检查、提供售后服务等。在这些方面我国组合机床装备还有相当大的差距,因此我国组合机床技术装备高速度、高精度、柔性化、模块化、可调可变、任意加工性以及通信技术的应用将是今后的发展方向。1.2 本课题主要研究内容及意义在本文中主要介绍了组合机床的总体设计步骤，重点论述了组合机床多轴箱的设计步骤和设计的具体过程。在多轴箱设计过程中，还是采用以人工设计为主，其中包括多轴箱设计的原始依据图的绘制、传动路线的设计确定、主轴和传动轴坐标的计算及坐标检查图、装配图和展开图还有部分零件图的具体绘制。本课题主要对多轴箱进行设计，满足所给零件的钻扩加工。首先要从所加工的零件入手，确定各轴的分布，设计出总体传动方案，然后对多轴箱的整体布局和轮廓尺寸进行计算，再对各轴和齿轮尺寸进行计算和应力计算。最后对所设计的多轴箱进行经济性分析并写出结论。拟解决的主要问题有：1） 多轴箱设计原始依据。2） 多轴箱传动方案设计分析3） 确定切削用量、计算切削力、选择动力箱型号4） 轴和齿轮强度的校核5） 装配图，展开图以及主要零件图、变位齿轮图的绘制1.3 主要技术指标1）钻盲孔，被加工零件孔的直径及相对坐标尺寸（见零件示意图） 2）被加工零件的材料为 HT200 3）工件定位面比工作台面高 110 毫米，工作台每工位移动行程 300 毫米 4）工件对称中心线与工作台中心线重合（钻孔工位） 5）熟悉组合机床的基本形式形式 重庆科技学院高等教育自学考试本科毕业论文 1 前言 7 6）确定切削用量、计算切削力、选择动力箱型号 7）设计多轴箱装配图及主要零件图、变位齿轮图 重庆科技学院高等教育自学考试本科毕业论文 3 多轴箱的原始数据的计算82 组合机床及多轴箱简介2.1 组合机床的组成组合机床是根据工件加工需要，以大量通用部件为基础，配以少量专用部件组成的一种高效专用机床。以典型的双面复合式单工位组合机床为例，其组成是：侧底座、滑台、镗削头、夹具、多轴箱、动力箱、立柱、垫铁、立柱底座、中间底座、液压装置、电气控制设备、刀工具等。通过控制系统，在两次装缷工件间隔时间内完成一个自动工作循环。组合机床的各个部件都是具有一定独立功能的部件，并且大都已经系列化、标准化和通用化的通用部件。通常夹具、中间底座和多轴箱是根据工件的尺寸形状和工艺要求设计的专用部件，但其中的绝大多数零件如定位夹压元件、传动件等也都是标准件和通用件。通用部件是组合机床的基础。用来实现机床切削和进给运动的通用部件，如单轴工艺切削头（即镗削头、钻削头、铣削头等） 、传动装置（驱动切削头） 、动力箱（驱动多轴箱） 、进给滑台（机械或液压滑台）等为动力部件。用以安装动力部件和通用部件如侧底座、立柱、立柱底座等支撑部件。通用部件按功能可分为动力部件、支承部件、输送部件、控制部件和辅助部件五类。动力部件是用于传递动力，实现工作运动的通用部件。它为刀具提供主运动和进给运动，使组合机床及其自动线的主要通用部件。它包括动力滑台、动力箱、具有各种工艺性能的动力头等。支承部件是用以安装动力滑台、带有进给机构的切削头或夹具等的部件，有侧底座、中间底座、支架、可调支架、立柱和立柱底座等。它是组合机床的基础部件，机床上各部件之间的相对位置精度、机床的刚度等主要依靠它来保证。输送部件是具有定位和夹紧装置、用于安装工件并运送到预定工位的通用部件。主要有分度回转工作台、环行分度回转工作台、分度鼓轮和往复移动工作台等，通常具有较高的定位精度。控制部件用来控制具有运动动作的各个部件，以保证实现组合机床工作循环。它包括可编程序控制器、液压传动装置、分级进给机构、自动检测装置及操纵台电柜等。辅助部件包括定位、夹紧、润滑、冷却、排屑以及自动线的清洗机等各种辅助装置。2.2 组合机床的特点 重庆科技学院高等教育自学考试本科毕业论文 2 组合机床及多轴箱设计 9 1.主要用于棱体类零件和杂件的孔面加工。2.生产率高。因为工序集中，可多面，多工位，多轴，多刀同时自动加工。3.加工精度稳定。因为工序固定，可选用成熟的通用部件，精密夹具和自动工作循环来保证加工精度的一致性。4.研制周期短，便于设计、制造和使用维护，成本低。因为通用化，系列化、标准化程度高，通用零件占 70%90%，通用件可组织批量生产进行预制或外购。5.自动化程度高，劳动强度低。6.配置灵活。因为结构模块化，组合化。可按工件或工序要求，用大量通用部件和少量专用部件灵活组成各种类型的组合机床及自动线；机床易于改装；产品或工艺变化时，通用部件一般还可以重复利用。2.3 组合机床的工艺范围目前，组合机床主要用于平面加工和孔加工两类工序。平面加工包括铣平面，刮平面，车端面；孔加工包括钻.，扩，铰，镗孔以及倒角，切槽，攻螺纹，滚压孔等。随着综合自动化 的发展，其工艺范围正扩大到车外圆，行星铣削，拉削，推削，磨削等工序。此外，还可以完成焊接，热处理，自动装配和检测，清洗和零件分类几打印等非切削工作。组合机床在汽车，拖拉机，柴油机，电机，仪器仪表及军工及缝纫机，自行车等轻工业大批大量生产中已得到广泛应用；一些中小批量生产的企业，如机床，机车，工程机械等制造业中也已推广应用。组合机床最适宜于加工各种大中型箱体类零件，如汽缸盖，汽缸体，变速箱体，电机座及仪表壳等零件；也可用来完成轴套类，轮盘类，叉架类和盖板类零件的部分或全部工序的加工。2.4 组合机床的配置形式及多工位组合机床组合机床的通用部件分大型和小型两大类。用大型通用部件组成的机床称为大型组合机床。用小型通用部件组成的机床称为小型组合机床。大型组合机床和小型组合机床在结构上有较大的差别。多工位组合机床按刀具对工件的加工顺序可以分为：平行顺序加工和平行加工与顺序加工相结合。按配置形式分：回转输送方式（分度回转工作台、鼓轮式、中央立柱式或环形回转工作台）和直线输送方式（移动工作台）在多工位组合机床回转输送方式中，分度回转工作台主要通过工作台的回转分度，将装在工作台上的工件顺次送往各工位进行加工。动力部件可以立式、卧式或倾斜式安装。工作台台面直径一般在 1600mm 以下，工位数 212。这种重庆科技学院高等教育自学考试本科毕业论文 3 多轴箱的原始数据的计算10工作台主要适用范围：各种中、小工件复杂形状的孔、精密孔及面。通常只从一个方向进行加工。除双工位回转工作台式机床外，通常设有单独的上下料工位，生产效率较高。每个工位分别采用独立的动力部件形式，适用于大型工件的加工，也可用于几个方向的同时加工。鼓轮式工件装夹在鼓轮的棱面或端面上，通过鼓轮的分度回转，将工件顺次送往各个工位进行加工，通用部件通常都是卧式安装。鼓轮外径通常在1000mm 以内，工位数 38。这种工作台的适用范围：各种中小件复杂形状孔、精密孔及面，甚至大型工件。特别适用于有相互垂直要求的复杂工件。一般设有单独的上下料工位。中央立柱式或环形回转工作台的机床带有环形分度回转工作台，通过工作台的回转分度将工件顺次送往各工位进行加工。可在中央柱上布置立式动力部件，可在工作台周围布置卧式或倾斜式动力部件，不用中央立柱时也可以在中央布置卧式动力部件。环形工作台外径通常在 3000mm 以内，工位数 410.这种工作台的适用范围：各种中小型复杂形状孔、精密孔及面，甚至大型工件。特别适用于有相互垂直要求的孔和面的复杂工件。一般设有单独的上下料工位。在多工位组合机床直线运送方式中通过移动工作台的移动和定位，带着工件沿各工位顺序逐一进行加工。动力部件可以是立式，卧式或倾斜式安装，工位数可以达到几十个。这种工作台的适用范围：各种中小型复杂形状孔、精密孔及面、机床生产率较低，可用于中批量生产中，也适用于特大复杂工件中批生产。可设或不设单独的上下料工位。重庆科技学院高等教育自学考试本科毕业论文 3 多轴箱的原始数据的计算11 3 多轴箱的原始数据的计算 3.1 被加工的零件的特点1) 材料：HT2002) 材料硬度：170220HB3) 尺寸、相对尺寸见零件图 图 3.1 零件图3.2 箱体尺寸的确定 标准主轴箱的厚度由主轴箱体、前盖和后盖三层尺寸构成。主轴箱厚度为 180 mm。前盖有两种尺寸，卧式为 55mm，立式为 70mm.后盖厚度有90mm 和 50mm 两种尺寸，通常采用 90mm 的后盖。因此。主轴箱总厚度卧式通常为 325mm，立式主轴箱通常为 340mm。下面是主轴箱的宽度 B、高度 H 和最低主轴高度尺寸的确定。 b2+2b1 (3-1-1) H=h+h1+h2 (3-1-2)式中 b1 最边缘主轴中心至主轴箱外壁的距离； b2 工件上要加工的在宽度方向上相隔最远的两孔距离； h 工件上要加工的在高度方向上相隔最远的两孔距离；重庆科技学院高等教育自学考试本科毕业论文 3 多轴箱的原始数据的计算12 h1 最低主轴中心至主轴箱底平面的距离，即最低主轴高度； h2 最上边主轴中心至主轴箱外壁的距离。为了保证主轴箱内有足够的空间安排传动齿轮，推荐 h2= b1=70100mm主轴箱的最低主轴高度 h1 不能孤立的任意确定，比须考虑它与工件最低孔的位置、机床配置形式，装料高度和动力部件、滑座、床身的关系，一般不大于 85120mm。由所加工零件图中孔的位置关系取得 b2 =400，h=276, b1 = h2 =100，h1 =74，b2+2 b1 H=h+h1+h2400+2*95=590(mm) H=276+74+130=460(mm)标准通用钻镗类多轴箱的厚度是一定的，卧式为 325mm,立式为 340mm。结合所加工的零件，选卧式，即多轴箱厚度为 325mm。实例工件宽度方向为单排孔，故可以直接选取。由组合机床设计手册多轴箱体尺寸系列标准（表7-1）选得箱体尺寸为630mm H=500mm。3.3 钻孔切削参数的确定表 3.1 钻孔推荐切削用量加工材料加工直径 d(mm)切削速度 v（m/min）进给量 f(mm/r)200241HBS160.070.126120.120.212220.20.4铸 铁225016240.40.8 （节选自组合机床设计手册p130 表 6-11）钻孔的切削用量还与钻孔深度有关。当加工铸铁件孔深为钻孔直径的 68倍时，在组合机床上通常都是和其他浅孔一样采取一次走刀的办法加工出来，不过加工这种较深孔的切削用量要适当降低一些。其切削用量与多轴箱钻削浅孔时切削用量的关系大致按表 3.2 所示递减规律，根据具体情况适当选择。降低进给量的目的是为了减小轴向切削力，以避免钻头折断。钻孔深度较大时，由于冷却排屑条件都较差，使刀具寿命有所降低。降低切削速度主要是为了提高刀具寿命，并使加工较深孔时钻头的寿命与加工其它浅孔时钻头的寿命比较接近。表 3.2 深孔钻切削用量递减表孔深（mm）3d(34)d(45)d切削速度v（m/min）v(0.80.9)v(0.70.8)v重庆科技学院高等教育自学考试本科毕业论文 3 多轴箱的原始数据的计算13 进给量 f （mm/r）f0.9f0.9f （节选自组合机床设计手册p131 表 6-13） 所加工零件的材料为 HT200，所加工的孔的直经为 12.5mm 和14.5mm.确定切削用量应注意：尽量做到合理使用所有刀具，充分发挥其使用性能。复合刀具切削用量选择应考虑刀具的使用寿命。切削用量选择时既要保证生产批量的要求，又要保证刀具一定的耐用度。另外，确定切削用量时，还需考虑所选动力滑台的性能。如采用液压滑台时，选择每分钟进给量 f 应比该滑台最小工进速度大 50%，否则会受温度和其他原因导致进给不稳定。 在组合机床工艺方案确定过程中，工艺方法和关键工序的切削用量选择十分重要。切削用量选择是否合理，对组合机床的加工精度、生产率、刀具耐用度、机床的结构型式及工作可靠性均有较大的影响。 综合以上因素选取钻孔的切削用量如下：表 3.5 钻孔切削参数工序v（m/min）f （mm/r）n (r/min) 钻 200.15460 3.4 钻孔的切削力，切削转矩和切削功率等动力参数计算计算钻孔的切削力，切削转矩和切削功率。钻孔的直径为 12.5mm 和14.5mm.参照组合机床设计手册p134 表 6-20 组合机床切削用量计算图中推荐的切削力、转矩及功率公式 表 3.7 钻扩铰切削力、转矩及功率公式工序内容刀具材料切削力 F(N)切削转矩T(N*mm)切削功率P(kw)备注钻孔硬质合金F=71D0.75f0.85HB0.6T=2.63D2.4fHB0.6P=TV/9740Dfmax=0.8由表 3.7 知：钻孔,直径为 12.5 的切削力，切削转矩和切削功率为：F=71D0.75f0.85HB0.6=7112.50.750.150.852000.6=2254.99（N）T=2.63D2.4fHB0.6=2.6312.52.40.150.82000.6=5.94(Nmm)P=TV/9740D=755021/97403.1412.5=0.415(KW) 重庆科技学院高等教育自学考试本科毕业论文 3 多轴箱的原始数据的计算14钻孔,直径为 14.5 的切削力，切削转矩和切削功率为：F=71D0.75f0.85HB0.6=7114.50.750.150.852000.6=2519.48（N）T=2.63D2.4fHB0.6=2.6314.52.40.150.82000.6=8.478(Nmm)P=TV/9740D=755021/97403.1414.5=0.358(KW) 将以上钻孔的切削力，切削转矩和切削功率数据列表如下： 表 3.8 钻扩铰的切削力，切削转矩和切削功率数据工序内容直径D(mm)切削力 F(N)切削转矩T(N*mm)切削功率 P(kw)钻孔12.52254.995.940.415钻孔14.5 2519.488.48 0.358 3.5 多轴箱所需动力计算 多轴箱的动力计算包括多轴箱所需要的功率和进给力两项。 多轴箱所需功率按下列公式计算： P 多轴箱=切削空转损失ni=1P 切削 i+ni=1P 空转 i+ni=1P 损 I (3-5-1)式中 切削切削功率，单位为 kw; 空转空转功率，单位为 kw; 损失与负荷成正比的功率损失，单位为 kw。每根主轴的切削功率，由选定的切削用量按公式计算或查图表获得；每根轴上的空转功率由表 3.9 确定；每根轴上的功率损失，一般可取所传递功率的 1%。 表 3.9 轴的空转功率空（kw） 轴径转速(r/min)15mm 20mm 25mm 30mm 100 0.004 0.007 0.012 0.017 160 0.007 0.012 0.018 0.027 250 0.010 0.018 0.028 0.042 400 0.017 0.030 0.046 0.067 630 0.026 0.046 0.073 0.105 （节选自组合机床设计手册p62 表 46） 由于轴的空转功率的选取要用到轴的直径，故先由主轴类型及外伸尺寸初步确定主轴直径。传动轴的直径也可以参考主轴直径大小初步选定。待齿轮传动系统设计完后再来验算某些关键的轴颈。 表 3.10 轴的外伸尺寸及切削用量轴号 主轴外伸尺寸（mm）切 削 用 量重庆科技学院高等教育自学考试本科毕业论文 3 多轴箱的原始数据的计算15 D/dL工序内容n (r/min)v（m/min）f （mm/r）轴 5.6.7.8.9.10.11.12.1330/20 85钻孔487 21 0.15轴 21.22.23.2430/20 85钻孔 485 16 0.2初步选取主轴 512,2124 的轴径为 20mm.由表 3.9 选取各轴的空转功率。对直径 12.5 钻孔：由于轴 5.6.7.8.9.10.11.12.13 的规格承载均相同， 故 P 空转 5= P 空转 6= P 空转 7= P 空转 8= P 空转 9= P 空转 10= P 空转 11= P空转 12=0.030kw对直径 14.5 钻孔：由于轴 21.22.23.24 的规格承载均相同， 故 P 空转 21= P 空转 22= P 空转 23= P 空转 24=0.030 kw P 损失一般可取所传递功率的 1% ，钻直径 12.5 钻孔时 ：损失=80.4151%=0.0332（kw） 钻直径 14.5 钻孔时 ：损失=80.3581%=0.0286（kw） P 多轴箱=切削空转损失钻时：P 多轴箱=80.415+80.030+0.0332+40.358+40.030+0.0286=3.3832+1.5806=4.9638钻孔时 P 多轴箱=4.9638 kw 。由此查组合机床设计手册p115 表 539 1TD321TD80 动力箱性能知选取 1TD40，型式为 V，电动机型号为 Y132M2-6电动机功率为 5.5kw，电动机转速 960r/min，输出轴转速 480r/min。3.6 轴的初步选定 在多轴箱动力计算中对主轴的轴径进行了初步计算。初步选取主轴512 及 2124 的轴径为 20mm。轴的结构主要以下因素：轴在机器中的安装位置及形式，轴上安装零件的类型.尺寸.数量以及和轴连接的方法，载荷的性质.大小.方向及分布情况：轴的加工工艺等。轴的结构的因素较多，且结构形式又要随着具体情况的不同而异，所以轴没有标准的结构形式，设计时，必须针对不同情况进行具体的分析。但是，不论何种具体条件，轴的结构都应满足：轴和装在轴上的零件要有准确的工作位置；轴上的零件应便于装拆和调整.重庆科技学院高等教育自学考试本科毕业论文 3 多轴箱的原始数据的计算16通用钻削类主轴按支承方式可以分为三种：1）滚锥轴承主轴：前后支承均为圆锥滚子轴承。这种支承可以承受较大的径向和轴向力，且结构简单、装配调整方便，广泛应用于扩、镗、铰孔和攻螺纹等加工；当刀具进退两个方向都有轴向力切削力时常用此种结构。2）滚珠轴承主轴：前支承为推力轴承和向心球轴承、后支承为向心球轴承或圆锥滚子轴承。因推力球轴承设置在前端，能承受较大的轴向力，适应于钻孔主轴。3）滚锥轴承主轴：前后支承均采用无内环滚针轴承和推力轴承。当主轴间距较小时采用。主轴的型式主要取决于工艺方法、刀具主轴联接结构、刀具的进给抗力和切削转矩。如钻孔时常采用滚珠轴承主轴；扩、镗、铰孔等工序常采用滚锥轴承主轴；主轴间距较小时常选用滚针轴承主轴。滚针轴承精度较低、结构刚度及装配工艺性都较差，除非轴间距限制，一般不选用。对于本设计而言，主要实现钻扩铰三工位的传动。主轴选用推荐的滚珠轴承主轴，结构如图 3.2 所示：图 3.2 主轴的支承结构然而对于传动轴，由于其基本上不承受轴向力，但是为提高加工精度，防止派生的轴向力影响传动，故选用滚锥轴承的支承方式即在两端均采用圆锥滚子轴承。这样以来就可以通过轴承的预紧来更进一步的提高加工进度,结构如图3.3 所示：重庆科技学院高等教育自学考试本科毕业论文 3 多轴箱的原始数据的计算17 图 3.3 传动轴的支承结构重庆科技学院高等教育自学考试本科毕业论文 5 传动件的设计计算184 多轴箱传动方案设计 多轴箱传动设计，是根据动力箱驱动轴的位置和转速、各主轴位置及转速要求，设计传动连，把驱动轴与各主轴链接起来，使各主轴获得预定的转速和转向。4.1 多轴箱传动系统的一般要求1）在保证主轴的强度、刚度、转速和转向的条件下，力求使传动轴和齿轮的规格、数量为最少。为此，应尽量用一根中间轴带动多根主轴，并将齿轮布置在同一排上。当中心距不符合标准时，可采用变位齿轮或略微改变传动比的方法来解决。2）尽量不使用主轴带动主轴的方案，以免增加主轴的负荷，影响加工质量。遇到主轴分布较密，布置齿轮空间受到限制或主轴负荷较小、加工精度要求不高时，也可用一根强度较高的主轴带动 1 或 2 根主轴的传动方案。3）为使结构紧凑，多轴箱内齿轮副的传动比一般不要大于 1/2（最佳传动比为 11/1.5） ，后盖内齿轮传动比允许至 1/31/3.5；尽量避免用升速传动。但是为了使主轴上的齿轮不至于过大，最后一级经常采用升速传动。当驱动轴转速较低时，允许先升速后再降一些，使传动链前面的轴、齿轮转矩较小，结构紧凑，但空转功率损失随之增加，故要求升速传动比小于或等于 2；为使主轴上的齿轮不过大，最后一级经常采用升速传动。4）用于粗加工主轴上的齿轮，应尽量设在靠近前盖处，以减少主轴的扭转变形；精加工主轴上的齿轮，应设置在第 3 排，以减少主轴端的弯曲变形。5）多轴箱内具有粗精加工主轴时，最好从动力箱驱动轴齿轮传动开始，就分两条传动路线，以免影响加工精度。6）驱动轴直接带动的传动轴数不要超过两根，以免给装配带来困难。4.2 拟定多轴箱传动方案的基本方法拟定多轴箱传动方案的基本方法先把全部主轴中心分布在几个同心圆上，在各个同心圆的圆心上分别设置中心传动轴；非同心圆分布的一些主轴也已设置中间传动轴（如一根传动轴带动两根或三根主轴） ；然后根据已选定的各中心传动轴再取同心圆，并用最少的传动轴带动这些中心传动轴；最后通过合拢传动轴与动力箱驱动轴连接起来。4.3 主轴分布类型及传动方案被加工零件上加工孔的位置分布是多样的，但大致可以分为：同心圆分布、重庆科技学院高等教育自学考试本科毕业论文 5 传动件的设计计算19 直线分布和任意分布三种类型。对于同心圆分布，可在同心圆处分别设置中心传动轴，由其上一个或几个（不同排数）齿轮来带动各轴。对于直线分布，可在两主轴中心连线的垂直平分线上设传动轴，由其上一个或几个齿轮来带动各主轴。对于任意分布，可以根据“三点共圆”原理，将主轴三个一组放在同心圆上。其余的采取直线分布。即任意分布可以看做是同心圆和直线分布的混合分布形式。由所加工零件的孔的大小和位置特征，用最少的传动轴及齿轮副把驱动副和各主轴连接起来。如下 4.1 图： 图 4.1根据所加工零件的孔的大小和位置特征，中间八孔呈圆形分布，因此设计此方案，此传动设计方案符合主轴箱设计的各项原则：a.传动轴、齿轮数相对少，用一根传动轴带动多根主轴，b.主轴齿轮规格相同。此设计结构紧凑互不干涉冲突，满足设计加工要求。重庆科技学院高等教育自学考试本科毕业论文 5 传动件的设计计算205 传动件的设计计算5.1 传动方案图分析传动图如图 5.1 所示，轴 512，2125 为主轴，轴 1320 为传动轴。在第四排轴 0（驱动轴）传动到轴 1（叶片轴）和轴 2。在第三排轴 2 传动到轴 3（手柄轴） ，传动轴轴 3 传动到传动轴轴 4。在第一排轴 4 的一齿轮传动到主轴 5,6,7,8,9,10,11,12 和第二排另一齿轮传动到传动轴 13,15,17,19。传动轴 13 传动到传动轴 14。传动轴 15 传动到传动轴 16。传动轴 17 传动到传动轴 18。传动轴 19 传动到传动轴 20。 图 5.1 传动方案图5.2 齿轮的设计计算本工序孔位较多，主轴 5,6,7,8,9,10,11,12 的转速相同为 487 r/min，主轴21,22,23,24 的转速相同为 458 r/min，电动机转速为 960 r/min，驱动轴的转速为重庆科技学院高等教育自学考试本科毕业论文 5 传动件的设计计算21 480r/min.齿轮模数的确定：齿轮的模数 m 一般用类比法确定，也可按公式估算，即 M（3032） (5-2-1)znp/3式中 P齿轮所传递的功率，单位为 KW；一对啮合齿轮中小齿轮的齿数；n- 小齿轮的转速，单位为 r/min . 多轴箱中的齿轮模数常用 2、2.5、3、3.5、4 几种。为便于生产，同一多轴箱中的模数规格最好不多于两种。查机械设计简明手册P161 表 7-22 动力箱齿轮，为满足总的传动比，选用动力箱齿轮为 m=3,z=22,相应的取与之匹配的齿轮。 模数 m=3 将这对齿轮安排在第排。小齿轮最小齿数不能小于 17，小于 17 会发生根切现象。把钻孔转速代入下面公式。经计算：钻：M（3032）1.56 (5-2-2)znp/3经比较，选取、排的齿轮模数为 m=2 ，取排的齿轮模数为 m=4 。钻孔第排的八根主轴上的齿轮分度圆半径均为 32mm，一根传动轴上的齿轮分度圆半径为 68mm。第排四根主轴上的齿轮分度圆半径均为 30mm. 八根传动齿轮分度圆半径均为 33mm，一根传动轴上的齿轮分度圆半径为 60mm。d = mz 故第排的八根主轴上的齿轮的齿数 z = d/m = 64/4 = 16 ，第排四根主轴上的齿轮的齿数 z= d/m =60/2 = 30 。取第排传动轴 2 的齿轮分度圆半径为 25 mm，第排传动轴 4 的齿轮分度圆半径为 64 mm，第排手柄轴 3 的齿轮分度圆半径为 64 mm。第排驱动轴上的齿轮分度圆半径均为 33mm，第排传动轴轴上的齿轮分度圆半径均为 54m，第排叶片泵轴上的齿轮分度圆半径均为 30mm。由 z= d/m 知：驱动轴 0 上第排齿轮的齿数 z=22； 传动轴 1 上第排齿轮的齿数 z=20； 传动轴 2 上第排齿轮的齿数 z=36；传动轴 2 上第排齿轮的齿数 z=25；传动轴 4 上第排齿轮的齿数 z=64；传动轴 4 上第排齿轮的齿数 z=60；传动轴 4 上第排齿轮的齿数 z=34；传动轴 13,14,15,16,17,18,19,20 上第排齿轮的齿数 z=33；主轴 21,22,23,24 上第排齿轮的齿数 z=30；主轴 5,6,7,8,9,10,11,12 上第排齿轮的齿数 z=16；重庆科技学院高等教育自学考试本科毕业论文 5 传动件的设计计算22由轴 13、14 上的变位齿轮的分度圆可以确定。经计算：轴 13 上第排齿轮的分度圆半径为 33 mm轴 14 上第排齿轮的分度圆半径为 33 mm轴 13、14 的转速分别为 487r/min、333 r/min轴 1 为润滑用的液压泵轴，取分度圆直径为 30 mm，对应齿轮模数为 3，齿数为 20.在第排与驱动轴 0 上的齿轮啮合。将各轴的齿轮分布总结如下表：表 5.1 各轴的齿轮分布轴号第 1 排（m-z）第 2 排（m-z）第 3 排（m-z）第 4 排（m-z）03-2213-2022-253-3632-6444-342-602-645,6,7,8,9,10,11,12,134-6414，15,16,17,18,19,202-3321,22,23,242-30齿轮的材料及热处理：选择小齿轮的材料为 40cr（调质）硬度为 280HBS,大齿轮材料为 45 钢（调质）硬度为 240 HBS，二者硬度差为 40 HBS。其中 r25, r30, r32, r33, 的齿轮按小齿轮材料选用； r54, r60, r64, r68, 的齿轮按大齿轮材料选用。齿轮的精度等级选用 8 级精度。综上所述，按已选定的齿轮（如表 5.1）计算出所有主轴实际转速与所选转速的误差均小于允许的误差 5%，故所选用的齿轮、传动比正确。5.3 齿轮的校核在钻孔中，分析所有的传动齿轮的受力得知：轴 4 和轴 5 在第排啮合传重庆科技学院高等教育自学考试本科毕业论文 5 传动件的设计计算23 动的一对齿轮承受的载荷最大。因此对这对齿轮进行强度校核。只要这对齿轮满足强度要求，其它的齿轮均满足。进行齿轮传动的强度计算时，首先要知道齿轮上所受的力，这就需要对齿轮传动作受力分析。当然，对齿轮传动进行力分析也是计算安装齿轮的轴及轴承时所必须的。齿轮传动一般均加以润滑，啮合齿轮间的摩擦力通常很小，计算受力时，可不予考虑。为下面方便书写，把轴 4 上的第排齿轮命名为齿轮，把轴 5 上的第排齿轮命名为齿轮。先对齿轮和齿轮的弯曲强度进行校核： F= FlimYsTYN /sFmin (5-3-1) 查机械设计基础162 图 8-32（）可知：Flim290Flim310YsT2sFmin取一般可靠度sFmin1.25查机械设计基础164 齿轮的寿命系数公式60n LhN=60418112000=3.01108N=60129.62112000=0.93108查机械设计基础164 图 8-34 得： YN=0.99 YN=0.94F=21020.99/1.25=491.04 MPaF=29020.94/1.25=436.16 MPaF=2000KT1YFaYsaY /d1bm K=KAKvKK (5-3-2)KA=1 由机械设计基础152 表 8-5 选均匀平稳的载荷状态Kv 为动载荷系数，由机械设计基础152 图 8-21 知： Kv=1.1 Kv=1.12K为齿向载荷分布系数。由机械设计基础154 图 8-24 知： K=1.06 K=1.34K=11.11.061.34=1.56K=11.121.061.34=1.59T=9550P/n=95500.383/418=26.05N.mT=9550P/n=95500.383/129.62=83.99N.mYFa=2.69 Ysa=1.58YFa=2.3 Ysa=1.77重庆科技学院高等教育自学考试本科毕业论文 5 传动件的设计计算24F=2000KT1YFaYsaY /d1bm F=20001.5626.052.691.580.65/147.238.562=63.8 MPaF=20001.5983.992.301.770.65/147.238.562=62.36 MPa经比较：FF FF故齿轮的弯曲疲劳强度满足要求。对齿轮和齿轮的齿面接触疲劳强度进行校核： H= HlimZN/SHmin由机械设计基础163 图 8-33 知： Hlim=820 MPa Hlim=750 MPa SHmin=1.25由机械设计基础165 图 8-35 知： ZN=0.99 ZN=1.02H=8200.99/1.25=649.44 MPaH=7501.02/1.25=612 MPa经比较，按齿轮进行接触强度校核。 H=ZEZHZ /a (5-2-3) buukT/) 1( 15003由机械设计基础160 表 8-7 知： ZE =189.8（ZE 为弹性系数）由机械设计基础161 图 8-31 知： 节点区域系数 ZH=2.5 Z =0.84 u =n 主/n 从 =418/129.62=3.2 b=a =0.496.4=38.56H=ZEZHZ /a buukT/) 1( 15003代入数据得：H=577 MPa经比较HH故齿轮的齿面接触疲劳强度满足设计要求。从而齿轮的齿面接触疲劳强度也满足设计要求。综上所述；由计算结果知，齿轮无过载现象，不管是从齿根弯曲还是从齿面啮合其强度均符合要求。同理，校核其他齿轮强度亦无过载现象。故齿轮的选用均符合要求。重庆科技学院高等教育自学考试本科毕业论文 6 传动轴坐标的计算25 6 传动轴坐标的计算6.1 坐标的计算坐标计算就是根据已知的驱动轴和主轴的位置及传动关系，精确计算各中间传动轴的坐标。6.1.1 主轴坐标计算为便于加工多轴箱箱体，设计时必须选择基准坐标系。通常采用直角坐标系 XOY。根据多轴箱的安置及加工条件，坐标系的横轴（X 轴）选在箱体底面，纵轴（Y 轴）通过定位销孔，这样可以使工艺基准与设计基准一致，易于保证加工精度。由零件图和已知工件定位面与工作台面距离，箱体630mm500mm，画出相对坐标图，如图 6.1 所示。 重庆科技学院高等教育自学考试本科毕业论文 6 传动轴坐标的计算26图 6.1 坐标相对图由图 6.1 可计算或标出各主轴的坐标，主轴坐标详见下表 6.