毕业设计（论文）-柴油机齿轮室盖钻镗专机总体及主轴箱设计.doc

柴油机齿轮室盖钻镗专机总体及主轴箱设计1 前言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率专用机床。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、锪（刮）平面、车平面；孔加工包括钻、扩、铰、镗孔以及倒角、切槽、攻螺纹、锪沉孔滚压孔等。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、珩磨及抛光、冲压等工序。此外，还可以完成焊接、热处理、自动装配和检测、清洗和零件分类及打印等非切削工作。 组合机床在汽车、拖拉机、柴油机、电机、仪器仪表、军工及缝纫机、自行车等轻工行业大批大量生产中已经获得广泛的应用；一些中小批量生产是企业，如机床、机车、工程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。组合机床的设计，目前基本上有两种情况：其一，是根据具体加工对象的具体情况进行专门设计，这是当前最普遍的做法。其二，随着组合机床在我国机械行业的广泛使用，广大工人总结自己生产和使用组合机床的经验，发现组合机床不仅在其组成部件方面有共性，可设计成通用部件，而且一些行业在完成一定工艺范围内组合机床是极其相似的，有可能设计为通用机床，这种机床称为“专能组合机床”。这种组合机床就不需要每次按具体加工对象进行专门设计和生产，而是可以设计成通用品种，组织成批生产，然后按被加工的零件的具体需要，配以简单的夹具及刀具，即可组成加工一定对象的高效率设备。本次毕业设计课题来源于生产实际，具体的课题是柴油机齿轮室盖钻镗专机总体及主轴箱设计。在设计前认真研究被加工零件的图样，研究其尺寸、形状、材料、硬度、重量、加工部位的结构及加工精度和表面粗糙度要求等内容，为设计提供大量的数据、资料，作好充分的、全面的技术准备。在准备了充足的资料之后进行总体及零部件的设计工作，总体的设计的主要工作是完成“三图一卡”，即绘制机床的总体尺寸联系图、加工示意图、零件的工序图及编制生产率计算卡；主轴箱设计的方法是：绘制主轴箱设计的原始依据图；确定主轴的结构、轴颈及齿轮模数；拟订传动系统；计算主轴、传动轴坐标，绘制坐标检查图；绘制多轴箱总图，零件图及编制组件明细表。在此次的设计中采用“一面两销”定位，液压夹紧，提高了生产效率，降低了劳动强度，同时在设计中采用了大量的通用零部件，降低了产品的成本。在设计过程中，得到了刘道标老师的大力指导和同课题组同学的热情帮助，在此谨致谢意。限于本人水平和经验，本设计中一定有错误和不妥之处，敬请批评指正。2 组合机床总体设计组合机床总体设计，通常是根据与用户签定的合同和技术协议书,针对具体加工零件，拟订工艺和结构方案，并进行方案图样和有关技术文件的设计。21 组合机床工艺方案的制定 工艺方案的拟订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。因此，应根据工件的加工要求和特点，按一定的原则、结合组合机床常用的工艺方法、充分考虑各种因素，并经技术经济分析后拟订出先进、合理、经济、可靠的工艺方案。此次设计的组合机床是用于加工柴油机齿轮室盖的钻镗专用组合机床，其工艺方案为钻孔和镗孔，其具体的加工工艺如下:a. 钻6M66H孔至5， 左侧面；b. 钻69孔（深38）， 右侧面；c. 钻39孔（深78）， 右侧面；d. 镗45H8孔至43.5， 后侧面；e. 倒孔口角至46.6， 后侧面；正确选择组合机床加工工件采用的基准定位，是确保加工精度的重要条件。本设计的柴油机齿轮室盖是箱体类零件，箱体类零件一般都有较高精度的孔和面需要加工，又常常要在几次安装下进行。因此，定位基准选择“一面双孔”是最常用的方法， 因此该被加工零件采用 “一面两销”的定位方案，定位基准和夹压点见零件的工序图。该定位方案限制的自由度叙述如下：以工件的右侧面为定位基准面，约束了y、z向的转动和x向的移动 3个自由度。短定位销约束了y、z向的移动2个自由度。长定位销约束了x向的转动1个自由度。这样工件的6个自由度被完全约束了也就得到了完全的定位。22 组合机床配置型式及结构方案的确定 根据选定的工艺方案确定机床的配置型式，并定出影响机床总体布局和技术性能的主要部件的结构方案。既要考虑能实现工艺方案，以确保零件的精度、技术要求及生产率，又要考虑机床操作方便可靠，易于维修，且润滑、冷却、排屑情况良好。对同一个零件的加工，可能会有各种不同的工艺方案和机床配置方案，在最后决定采取哪种方案时，绝不能草率，要全面地看问题，综合分析各方面的情况，进行多种方案的对比，从中选择最佳方案。各种形式的单工位组合机床，具有固定式夹具，通常可安装一个工件，特别适用于大、中型箱体类零件的加工。根据配置动力部件的型式和数量，这种机床可分为单面、多面复合式。利用多轴想同时从几个方面对工件进行加工。但其机动时间不能与辅助时间重合，因而生产率比多工位机床低。在认真分析了被加工零件的结构特点及所选择的加工工艺方案，又由单工位组合机床的特点及适应性，确定设计的组合机床的配置型式为单工位卧式组合机床。23 各侧具体零部件的设计、计算及选择2.3.1刀具的选择考虑到工件加工尺寸精度，表面粗糙度，切削的排除及生产率要求等因素，所以加工15个孔的刀具均采用标准锥柄长麻花钻和单导向悬臂镗刀。2.3.2 右侧面钻9-9a. 切削用量的选择右侧是钻削6-9（深38）及3-9（深78） 根据孔径的大小和深径比，以及被加工材料的硬度查参考文献9表2.17知：主轴的进给量f为0.10.18mm/r，切削速度vc=1018m/min。钻孔的切削用量还与钻孔的深度有关，当加工铸铁件孔深为钻头直径的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的，不过加工这种较深孔的切削用量要适当降低些，因此选择切削速度vc=13m/min 进给量f=0.13mm/r，由此主轴转速n由公式 (2-1)计算出 r/min，将主轴转速圆整为470 r/min。实际切削速度vc、工进速度vf、工进时间tf 分别由下列公式求得 (2-2) (2-3) (2-4) 计算出实际切削速度vc=13.282m/min，工进速度vf=61.1mm/min，工进时间tf=1.26minb. 切削功率，切削力，转矩以及刀具耐用度的选择由参考文献9表6-20计算公式切削力 (2-5)切削转矩 (2-6)切削功率 (2-7)刀具耐用度 (2-8)计算出切削力F=1144.5N，切削转矩T=3.18Nm，切削功率P=0.153kw，刀具耐用度Tn=768.799minc. 动力部件的选择由上述计算每根轴的输出功率P=0.153kw，右侧共9根输出轴，且每一根轴都钻9直径，所以总切削功率P切削=0.1539=1.377kw。则多轴箱的功率： kw，其中=0.8，所以 kw。因电机输出经动力箱时还有功率损耗，所以选择功率为2.2kw的电机，其型号为：Y100L1-4,由参考文献9表5-39选取1TD32-I型动力箱，动力箱的主轴转速715r/min 。d. 确定主轴类型，尺寸，外伸长度滚珠轴承主轴：前支承为推力球轴承和向心球轴承，后支承为向心球轴承或圆锥滚子轴承。因为推力轴承设置在前端，能承受单方向的轴向力，适用于钻孔主轴。在右侧面，主轴用于钻孔，因此选用滚珠轴承主轴。又因为浮动卡头与刀具刚性连接，所以该主轴属于长主轴。所以主轴均为滚珠轴承长主轴。根据主轴转矩T=3.18 Nm，由参考文献9表3-4可知 (2-9)其中B= 7.3，则计算出d=17.335mm，选取d=20mm。 由参考文献9表3-6查得主轴直径d=20mm， D/d1=30/20 mm, 主轴外伸尺寸L=115mm,接杆莫氏圆锥号1，2。e. 导向装置的选择组合机床钻孔时，零件上孔的位置精度主要是靠刀具的导向装置来保证的。导向装置的作用是：保证刀具相对工件的正确位置；保证刀具相互间的正确位置；提高刀具系统的支承刚性。固定式导套：刀具或刀杆本身在导套内既有相对转动又有相对移动，由于这部分表面润滑困难；工作时有粉尘侵入，当刀杆相对导套的线速度超过20m/min时就会有研着的危险，因此选用导套前计算一下导套与刀具的线速度。由上述内容知导套与刀具的线速度vc=13.282m/min20m/min,所以该导套选用通用短导套由参考文献9表8-4查得导套的具体数值如下：D=15mm，D1=22mm，D2=26mm，D3=M6，L取16mm，（短型导套）l=8mm,l1=3mm，l3=12mm， e=18.5mmf. 连杆的选择在钻、扩、铰孔及倒角等加工小孔时，通常都采用接杆（刚性接杆）。因为主轴箱各主轴的外伸长度和刀具均为定值，为保证主轴箱上各刀具能同时到达加工终了位置，须采用轴向可调整的接杆来协调各轴的轴向长度，以满足同时加工完成孔的要求。为了获得终了时多轴箱前端面到工件端面之间所需要的最小距离，应尽量减少接杆的长度。因为9-9孔的钻削面是同一面且主轴内径是20mm,由参考文献9表8-1选取A型可调接杆 d=16mm，d1=Tr161.5 mm， d2=9mm， L=85mm， l4=110135mm。g. 动力部件工作循环及行程的确定切入长度一般为5-10mm， 取L1=7mm，切出长度由参考文献9表3-7公式 （2-10） 通过计算L2=8mm，加工时加工部位长度L(多轴加工时按最长孔算)L=78mm.由公式 （2-11）求出L工=93mm。为排屑要求必须钻口套与工件之间保留一点的距离，根据麻花钻直径9，由参考文献9表3-4得导套口至工件尺寸l2=(1+1.5d)(参考钻钢) 取l2=10mm，又根据钻套用导套的长度确定钻模架的厚度为16mm。附带得出底面定位元件的厚度l4=38mm。快退长度的确定:一般在固定式夹具钻孔或扩孔的机床上动力头快速退回的行程只要把所有的刀具都退回至导套内,不影响工件装卸即可。快退距离 L快退=l2+L工-L1=10+93-7=96mm快进距离 L快进=l2-L1=10-7=3mm因快进距离太短，故将快进距离改为工进，则工进距离L工=93+3=96 mm。选择刀具：根据钻口套至工进行程末端的距离L快退=96mm，及钻口套长度L套=8+3+16=27mm,由参考文献5表3-1查得选择：矩形柄麻花钻GB1435-789250mm(切削长度部分145mm)。h. 滑台及底座的选择由于液压驱动，零件损失小，使用寿命长，所以选择液压滑台。已知工进Vf=61.1mm/min,单根主轴的切削力F单=1144.5 N，则9根轴总的切削力F切削=9F单=1144.59=10300.5N，又因为ITD32-型动力箱滑鞍长度L=630mm，由参考文献9表5-1选择1HY32-型滑台及配套的侧底座选择ICC321 i. 多轴箱轮廓尺寸的设计确定机床的装料高度，新颁国家标准装料高度为1060mm，实际设计时常在8501060mm之间选取，选取装料高度为950mm。多轴箱的宽度与高度的大小与被加工零件的加工部位有关，可按下列关系式确定：B=b+2b1 （2-12）H=h+h1+b1 （2-13）b-工件在宽度方向相距最远两孔距离，b=340mm。b1-最边缘主轴中心距箱体外壁的距离，推荐b170100mm，取b1=100。h-工件在高度方向相距最远的两孔距离，h=277mm。h1-最低主轴高度。因为滑台与底座的型号都已经选择，所以侧底座的高度为已知值650mm，滑台滑座总高280mm；滑座与侧底座的调整垫厚度一般取5mm，多轴箱底与滑台滑座台面间的间隙取0.5mm。故h1=11+950-(0.5+5+280+560)=115.5mm，通常推荐h185140mm，所以h1=115.5mm符合通常推荐值。所以 B=b+2b1=340+2100=540mm，H=h+h1+b1=277+115.5+100=492.5mm由此数据查参考文献15表8.22选取多轴箱尺寸BH=630mm500mm, 台面宽度为320mm。2.3.3 左侧面钻6-5a. 切削用量的选择根据参考文献9查表6-11高速钢钻头切削用量，加工材料铸铁，孔径d=16mm，切削速度1018m/min，进给量f=0.050.1mm/r。取切削速度vc=16m/min，进给量f=0.08mm/r，主轴的转速、实际切削速度、工进速度、工进时间分别由公式（2-1）、（2-2）、（2-3）、（2-4）求得转速 r/min， 将其圆整为1100r/min。实际切削速度 m/min工进速度 mm/min工进时间 其中h为6-5的深度。b. 切削功率，切削力，转矩以及刀具耐用度的选择刀具的切削力、切削转矩、切削功率及刀具耐用度分别由公式(2-5)、(2-6)、(2-7)、(2-8)求得切削力 N切削转矩 Nm切削功率 kw刀具耐用度 c. 动力部件的选择由上述计算每根轴的输出功率P=0.0797kw，左侧共6根输出轴，且每一根轴都钻5直径，所以总切削功率P切削=0.07976=0.598kw。则多轴箱的功率： kw，其中=0.8， 所以 kw因电机输出经动力箱时还有功率损耗，所以选择功率为1.5kw的电机，其型号为：Y100L-6，由参考文献9表5-39选取1TD25-IA型动力箱，动力箱的主轴转速为520r/min 。d. 确定主轴类型、尺寸、外伸长度根据主轴转矩T=0.70593 Nm，由公式(2-9)求出满足条件的最小直径mm （B= 7.3）选取d=15mm， 由参考文献9表3-6查得主轴直径=15mm，D/d1=25/16mm,主轴外伸尺寸L=85mm,接杆莫氏圆锥号1。e. 导向装置的选择查参考文献9表8-4 选用通用短型导套，具体参数的数值：D=10mm, D1=15mm, D2=18mm, D3=M6,L取12mm，l=8mm，l1=3mm，l3=12mm，e=14.5mm选用通用导套。f. 连杆的选择为了获得终了时多轴箱前端面到工件端面之间所需要的最小距离，应尽量减少接杆的长度。因为6-5孔的钻削面是同一面且主轴内径是15mm,查参考文献9表8-1 选取A型可调接杆 d=10mm，d1=Tr101.5mm, d2=6mm, L=62mm, l4=7282mm。g. 动力部件工作循环及行程的确定切入长度一般为5-10mm， 取L1=8mm；因为该6-5孔为盲孔，所以刀具没有切出长度，所以切出长度L2=0mm。加工时加工部位长度L(多轴加工时按最长孔计算)L=16mm，由公式（2-11）求出L工=24mm为排屑要求必须钻口套与工件之间保留一点的距离，根据麻花钻直径5，由参考文献9表3-4知导套口至工件尺寸l2=(1+1.5d)及综合考虑装卸工件的空间要求取l2=50mm，又根据钻套用导套的长度确定钻模架的厚度为12mm。快退长度的确定:一般在固定式夹具钻孔或扩孔的机床上动力头快速退回的行程只要把所有的刀具都退回至导套内,不影响工件装卸即可。快退距离 L快退=l2+L工-L1=50+24-8=66mm 快进距离 L快进=l2-L1=50-8=42mm h. 滑台及底座的选择 已知工进vf=88mm/min, 单根主轴的切削力F单=430.879 N，则6根轴总的切削力F切削=6F单=6430.879=2585.274N，又因为1TD25-IA型动力箱滑鞍长度L=500mm,由参考文献9表5-1选择1HY25-型滑台及它的侧底座选择ICC251,其相应的数值查表5-3可得：台面宽度250mm，台面长度500mm，行程400mm， 最大进给力8000N，工进速度32800mm/min，快速移动速度12m/min。i. 多轴箱轮廓尺寸的设计多轴箱的宽度与高度的大小与被加工零件的加工部位有关，计算方法同确定右侧钻九孔的主轴箱轮廓的方法一致，取b1=100mm,工件在高度方向相距最远的两孔距离h=209mm。装料高度取950mm，工件最低孔距定位基准面的距离为11mm，因为滑台与底座的型号都已经选择，所以侧底座的高度为已知值：650mm，滑台滑座总高：280mm；滑座与侧底座的调整垫厚度一般取5mm，多轴箱底与滑台滑座台面间的间隙取0.5mm。故h1=11+950-(0.5+5+280+560)=115.5mm，通常推荐h185140mm，所以h1=115.5mm符合通常推荐值。所以 B=b+2b1=264.2+2100=464.2mm，H=h+h1+b1=209+115.5+100=424.5mm。由此数据查参考文献15表8.22选取多轴箱尺寸BH=500mm500mm, 台面宽度为320mm。2.3.4 后侧镗45H8孔至43.5，倒孔角46.6a. 切削用量的选择由参考文献9表6-15 查得用高速纲刀具粗镗铸铁的切削用量：v=2025m/min，f转=0.250.8mm/r,则选取v=20mm/min, f转=0.4mm/min, 由此由公式(2-1)求出镗刀的转速：n=146.35 r/min，圆整为n=150r/min,则实际切削速度vc由公式(2-2)求得vc=20.5m/min，工进速度vf=nf=1500.4=60mm/minb. 切削力，切削转矩，切削功率及刀具耐用度的计算刀具的切削力、切削转矩、切削功率及刀具耐用度分别由以下公式求出Fz=51.4apf0.75HB0.55 (2-14)Fx=0.51ap1.2f0.65HB1.1 (2-15)T=25.7Dapf0.75HB0.55 (2-16) (2-17)Fz =51.410.40.752140.55=494.58 NFx=0.5111.20.40.652141.1=102.89 NT=25.743.50.40.752140.55=10757 Nmmkwc. 确定主轴类型、尺寸、外伸长度滚锥轴承主轴：前后支承均为圆锥滚子轴承。这种轴承可承受较大的径向和轴向力，且结构简单、装配调整方便，广泛用于扩、镗、铰孔和攻螺纹等加工。因此选用滚锥轴承主轴。由公式(2-9)求出满足条件的最小直径mm再由参考文献9表3-6查取d=25mm,D/d1=40/28mm，主轴的外伸尺寸为75mmd. 确定镗杆直径由镗孔直径为43.5mm，参考参考文献5表2.5-4选取镗杆的直径为35mm,镗刀方截面直径为1010e. 浮动卡头的选择根据轴外径40mm，内径28mm，由参考文献9图8-2选择浮动卡头Dp=Tr283，根据镗孔形式为单导向悬臂孔，采用较为普遍的内滚式单导向悬臂镗孔，根据卡头内径尺寸d=22mm及镗孔直径为43.5mm，及倒角直径46.6mm确定滑套的径向尺寸d1=53mmf. 导向装置的选择由参考文献9表3-4查得导套的总长度：l1=106159mm，导套口至工件的距离2050mm，取导套的长为150mm，选取导套口至工件的距离为50mmg. 工作循环及行程的确定由于该动力箱只加工45H8及倒角，故行程主要由镗孔45H8至43.5决定工作进给长度，切入长度一般为5-10mm，取L1=8mm，L2=5-10mm,取L2=8mm,切出长度由参考文献9表3-7查得，加工长度L根据零件图可知45H8孔深13mm，算出工作进给L工=8+13+8=29 mm快退长度的确定：一般选固定式夹具或钻孔或扩孔机床上，动力头快速退回行程只要将所有的刀具都退回至导套内，不影响工件装卸即可，故快退尺寸由以下尺寸链可知图2-1 快进、快退尺寸链图l快退=50+13+8=71mm, l快进=50-8=42mmh. 动力部件的选择由上文算出镗削43.5mm孔的输出功率P切削=0.166kw,设多轴箱的传递效率=0.85，则动力头输入多轴箱的功率P多=kw根据多轴箱功率P多=0.195kw，由参考文献9表5-38，选用1TD25-IA型动力箱驱动（n马达=520r/min,电机选Y100L-6型，功率为1.5kw）已知工进Vf=60mm/min,进给力Fz=494.58N,又因1TD25-IA型动力箱的滑鞍长L=320mm, ，由参考文献9表5-1选择1HY25型滑台及配套后底座1CC251。i. 多轴箱轮廓尺寸的设计多轴箱的宽度和高度的确定方法同右侧钻九个孔的确定方法，由于后侧镗只有一个孔所以b=0mm，h=0，推荐b170100mm，取b1=100。卧式组和机床上的多轴箱最低主轴高度h1等于工件最低孔距工件定位基准面的尺寸与机床装料高度之和与侧底座高度、滑座与侧底座间的调整垫厚度（一般取5mm）、滑台滑座总高、多轴箱底与滑台滑座台面间的间隙（取0.5mm）之和的差值。分析零件图知工件最低距定位基准面的距离为68mm，选取装料高度为950mm，因为滑台与底座的型号都已经选择，所以侧底座的高度为已知值：560mm，滑台滑座总高：280mm；滑座与侧底座的调整垫厚度一般取5mm，多轴箱底与滑台滑座台面间的间隙取0.5mm。故h1=68+950-(0.5+5+280+560)=202.5mm所以 B=b+2b1=0+2100=200mmH=h+h1+b1=0+202.5+100=302.5mm 由此数据查参考文献15表8.22选取多轴箱尺寸BH=400mm320mm, 台面宽度为320mm。2.4 机床生产率计算卡生产率计算卡是用以反映机床的加工过程、完成每一个动作所需的时间、切削用量、机床生产率及机床负荷率等，计算公式参照参考文献9P51-P52。a. 理想生产率理想生产率(单位为件/h)是指完成年生产纲领A(包括备品及废品率在内)所要求的机床生产率。它与全年工时总数有关，一般情况下，单班制取2350h，两班制取4700h。则 （2-18）由公式（2-3）得： b. 实际生产率实际生产率是指所设计的机床每小时实际可生产的零件数量。即公式 （2-19）式中，生产一个零件所需时间（min）。 （2-20）式中 、分别为刀具第，第工作进给长度，单位为mm； 、分别为刀具第，第工作进给速度，单位为mm/min； 当加工沉孔、止口、锪窝、光整表面时，滑台在死挡铁上的停留时间，通常指刀具在加工终了时无进给状态下旋转510转所需的时间，单位为min 分别为动力部件快进、快退行程长度，单位为mm； 动力部件快速行程速度。用机械动力部件时取56m/min；用液压动力部件时取310m/min； 直线移动或回转工作台进行一次工位转换时间，一般取0.1min； 工件装、卸时间，它取决于装卸自动化程度、工件重量大小装卸是否方便及工人的熟练程度等。通常取0.51.5min。所以：则 c. 机床负荷率机床负荷率为理性乡生产率与实际生产率之比。由参考文献9公式 （2-21）则 3 组合机床多轴箱设计（右主轴箱）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个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、较、镗等加工工序。多轴箱一般具有多根主轴同时对一列孔系进行加工。但也有单轴的，用于镗孔居多，此次本设计的后侧镗就是属于此类型。目前多轴箱设计有一般设计法和电子计算机辅助设计法两种。计算机设计多轴箱，由人工输入原始数据，按事先编制好的程序，通过人机交互方式，可迅速、准确地设计传动系统，绘制多轴箱总图、零件图和箱体补充加工图，打印出轴孔坐标及组件明细表。一般设计法的顺序是：绘制多轴箱设计原始依据图；确定主轴结构、轴颈及模数；拟订传动系统；计算主轴、传动轴，绘制坐标检查图；绘制多轴箱总图，零件图及编制组件明细表。在此用一般设计方法设计多轴箱。3.1绘制右主轴箱设计原始依据图 主轴箱的设计原始依据图是根据“三图一卡”整理编绘出来的，其内容包括主轴箱设计的原始要求和已知条件。在编制此图时从“三图一卡”中已知：a. 主轴箱轮廓尺寸630500；b. 工件轮廓尺寸及各孔的位置尺寸；c. 工件和主轴箱相对位置尺寸。根据以上依据编制出的主轴箱设计原始依据图如下图所示：图3-1组合机床设计原始依据图注：1.被加工零件编号及名称：ZH1105W柴油机齿轮室盖。材料及硬度：灰铸铁；160-250HBS2.主轴外伸尺寸及切削用量：（表3-1）表3-1主轴外伸尺寸及切削用量轴号主轴外伸尺寸（mm）切削用量备注D/dL工序内容n(r/min)v(m/min)f(mm/r)1-932/20115钻947013.280.133.动力部件1TD32I，1HY32IA，N主=2.2KW,n=1430T/min。3.2 主轴、齿轮的确定及动力计算3.2.1 主轴型式和直径、齿轮模数的确定主轴结构型式和直径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。如钻孔是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。因本主轴箱的主轴都是用来钻孔，所以采用滚珠轴承主轴。主轴直径在绘制“三图一卡”时都已经确定好了。（d=20mm）齿轮模数m一般采用类比法确定，多轴箱中齿轮常用的模数有2、2.5、3、3.5、4等几种。根据经验采用类比法从通用系列中选取各齿轮模数。为便于生产同一多轴箱中的模数规格最好不要多于两种。3.2.2 主轴箱的动力计算因所有主轴均用于钻孔，所以均选用滚珠轴承主轴，主轴箱所需动力见机床的总体设计，此处不在赘述。3.3主轴箱传动系统的设计与计算3.3.1 驱动轴、主轴的坐标计算根据主轴箱设计原始依据图3-1，计算驱动轴、主轴的坐标尺寸，如表2-2所示：表3-2 驱动轴、主轴坐标值坐标销O1驱动轴O主轴1主轴2主轴3主轴4X0.000265.000435.000343.000223.00095.000Y0.00095.000125.50082.50082.50082.500坐标主轴5主轴6主轴7主轴8主轴9X95.000209.000315.000435.000435.000Y207.500253.500357.500357.500219.5003.3.2 拟订主轴箱传动路线在设计传动系统时,要尽可能用较少的传动件，使数量较多的主轴获得预定的转速和转向，因此在设计时单一的计算或作图的方法是难以达到要求的，现在一般采用“计算、作图和试凑” 相结合的办法来设计。该零件上的被加工孔的位置分布是多种多样的，但可将其归纳为：同心圆分布、直线分布和任意分布三种类型。根据需加工孔的位置情况设计主轴箱的传动路线叙述如下：将主轴1和2视为一组直线分布轴，在两轴中心连线的垂直平分线上设中心传动轴10；同样将主轴3和4视为一组直线分布轴，在两轴中心连线的垂直平分线上设中心传动轴11；同样将主轴5和6视为一组直线分布轴，在两轴中心连线的垂直平分线上设中心传动轴12；将主轴7、8、9视为一组同心圆主轴，在它们圆心（即三主轴轴心组成的三角形的外接圆圆心）处设中心传动轴13；油泵轴由传动轴13带动；将中间传动轴11、12视为一组直线分布轴，在两轴中心连线的垂直平分线上设中心传动轴14；将中间传动轴10、13视为一组直线分布轴，在两轴中心连线的垂直平分线上设中心传动轴15；将中间传动轴14、15视为一组直线分布轴，在两轴中心连线的垂直平分线上设中心传动轴16（按理论上讲轴16设在轴14和16的中心连线的垂直平分线上，但考虑到传动比和变位齿轮的问题，因此轴16的位置有所调整）。为直观起见将传动路线用树形图表达出，如下图所示：图3-2 九孔钻削多轴箱传动树形图3.3.3 确定传动轴位置和齿轮齿数本主轴箱内传动系统的设计是按“计算、作图和试凑”的一般方法来确定齿轮齿数、中间传动轴的位置和转速，在设计过程中通过反复试凑及画图，才最后确定了齿轮的齿数和中间轴的位置。为满足齿轮的啮合关系，有些齿轮采用了变位齿轮来保证中心距的要求。a. 求各主轴及驱动轴转速求驱动轴到各主轴之间的传动比主 轴: n1-9=470r/min驱动轴: nO=715r/min因各主轴的转速相同所以各主轴的总传动比相同:iO-1,29=b. 传动轴位置、各轴之间的传动比、及啮合齿轮齿数的确定1.确定传动轴10的位置及其与主轴1，2间的齿轮副齿数传动轴10设在轴1、2中心；连线的垂直平分线上，取传动轴10与主轴1之间的传动比i10-1=0.7；主轴1上的齿轮齿数z1=29；(设在第排)，齿轮模数m=2。由i10-1=求出z10=41.42 取z10=41(设在第排),实际传动比i10-1=0.707；则两轴的中心距 A10-1=mm 传动轴的转速 n10=n1i10-1=4700.707=332.29r/min因轴设在两轴的中心连线的垂直平分线上,所以轴10与轴2的中心距等于轴10主轴1的中心距A10-1,求得z2=29(设在第排)。i10-2= i10-1=0.7072.确定传动轴11的位置及其与主轴3，4间的齿轮副齿数传动轴11设在轴3、4中心连线的垂直平分线上，取传动轴11与主轴3之间的传动比i11-3=0.75；主轴3上的齿轮齿数z3=30；(设在第排)，齿轮模数m=2。由i11-3=求出z11=40 (设在第排)则两轴的中心距A11-3=mm因轴设在两轴的中心连线的垂直平分线上,所以轴11与轴4的中心距等于轴11主轴3的中心距A11-3,求得z4=30(设在第排)。i11-4= i11-3=0.753.确定传动轴12的位置及其与主轴5，6间的齿轮副齿数传动轴12设在轴5、6中心连线的垂直平分线上，取传动轴12与主轴5之间的传动比i12-5=0.75；主轴5上的齿轮齿数z5=30；(设在第排)，齿轮模数m=2。由i12-5=求出z12=40 (设在第排),实际传动比i12-5=0.75；则两轴的中心距A12-5=mm因轴设在两轴的中心连线的垂直平分线上,所以轴12与轴6的中心距等于轴12主轴5的中心距A12-5,求得z6=30(设在第排)。i12-6= i12-5=0.754.确定传动轴13的位置及其与主轴7，8，9间的齿轮副齿数传动轴13的位置设在主轴7、8、9同心圆圆心上，可通过作图初定。若取m=2，z7=41(设在第排)，测量出A13-7=91mm由A13-7=mm求得=50(设在第排)，则传动轴13与主轴7之间的传动比：i13-7=传动轴13的转速：n13=n7i13-7=4700.82=385.4r/min因主轴8，9和主轴7的转速相同，所以i13-8= i13-9= i13-7=0.82，z8= z9 =z7=41(设在第排)。5.确定中间传动轴14的位置及其与中间传动轴11，12间的齿轮副齿数传动轴14设在轴11、12中心连线的垂直平分线上，取传动轴14与主轴11之间的传动比i14-11=1.25；齿轮模数m=2；设计主轴箱主要考虑齿轮排布是否干涉问题，在此考虑的基础上，设计时将传动轴11与传动轴14相啮合的一对齿轮排布在第一排，又因为上文已经将传动轴11与主轴4相啮合的一对齿轮排布在第一排，所以传动轴11与传动轴14相啮合的轴11上的齿轮齿数z11=40；(设在第排)由i14-11=求出z14=32 (设在第排),实际传动比i14-11=1.25；则两轴的中心距A14-11=mm因轴设在两轴的中心连线的垂直平分线上,所以轴14与轴12的中心距等于轴14主轴1的中心距A14-11,求得z12=40(设在第排)。i14-12= i14-11=1.256.确定中间传动轴15的位置及其与中间传动轴10，13间的齿轮副齿数传动轴15设在轴10、13中心连线的垂直平分线上，取传动轴15与主轴13之间的传动比i15-13=1.67；齿轮模数m=2；传动轴13上的齿轮的齿数z13=50由i15-13=求出z15=29.94,选取z15=30(设在第排),实际传动比i15-13=1.67；则两轴的中心距: A15-13=mm传动轴15的转速: n15=n13i15-13=385.41.67=643.618r/min因轴设在两轴的中心连线的垂直平分线上，所以轴15与轴10的中心距等于轴15轴13的中心距A15-13，即A15-10=80mm ,又因为传动轴10，15的转速n10,n15由上文算出,因此可得到传动轴15与10之间的传动比：i15-10=由公式A15-10=和i15-10=联合计算出z10=53 z15=27 (设在第排)实际传动比i15-10=1.967.确定合拢轴16的位置及其与中间传动轴14，15间的齿轮副齿数合拢轴16按原则上讲其应在传动轴14，15的中心连线的垂直平分线上，但考虑到齿轮传动的传动比和齿轮排布的排数，合拢轴16的位置不在传动轴14，15的中心连线的垂直平分线上。取驱动轴O与合拢轴的传动比：iO-16=1.5,则由总传动比i总=1.52求得i16-14=1.08，i16-15=0.74，选取驱动轴上的齿轮齿数zO=24,模数m=3 则轴16上的齿轮齿数z16，轴16的转速n16及中心距AO-16分别计算得到：z16=zOiO-16=241.5=36 n16=r/min AO-16=mm求轴14与16相啮合齿轮的齿数及中心距：取模数m=2，设计时将轴14与16相啮合齿轮排布在第一排，因为轴14上的第一排已有齿轮，因此轴14与16相啮合齿轮的14轴的齿数为以知的，即z14=32,z16=,选取z16=30，实际传动比i16-14=1.07中心距A16-14=mm 因为传动轴16与驱动轴O，中间传动轴14之间的距离已经确定，因此可通过作图确定传动轴16的位置。求轴15与16相啮合齿轮的齿数：因为轴15与16之间的传动比已经确定，又因为轴16的位置确定，所以轴16与轴15之间的距离也可确定，由传动树形图测量出轴15与16的中心距：A16-15=72 由公式:i16-15=和A16-15= 联合求得:z15=31,z16=41(设在第排)8.确定油泵轴17的位置及其与中间传动轴13间的齿轮副齿数油泵轴由传动轴13带动，将其安放在与传动轴同一水平线上，取油泵轴与传动轴13相啮合的一对齿轮传动比：i13-17=0.7,因为z13=50,由i13-17=计算出z17=35(设在第排),由A13-17=计算出中心距A13-17=85mmc. 验算各主轴转速n1=n2=r/minn3=n4=n5=n6=r/minn7=n8=n9=r/min转速相对损失在5%之内,符合设计要求。d. 叶片泵的设置由于叶片泵使用可靠，所以该主轴箱决定采用叶片泵进行润滑。油泵打出的油经分油器分向各个需润滑的部位，主轴箱体前后壁之间的齿轮用油盘润滑，箱体和后盖以及前盖的齿轮用油管润滑。该叶片润滑泵安装在箱体的前表壁上，采用油泵传动轴带动叶片转动的传动方式，计算出：n泵=r/min , n泵z在400-800r/min范围内，满足要求。3.4 多轴箱坐标计算、绘制坐标检查图坐标计算就是根据以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。其目的是为多轴箱箱体零件补充加工图提供孔的坐标尺寸，并用于绘制坐标检查图来检查齿轮排列、结构布置是否正确合理。3.4.1 选择加工基准坐标系XOY,计算主轴、驱动轴坐标加工基准坐标系在前文已经选择好了（请见图3-1），驱动轴及主轴的坐标在3.3.1这一节也计算好了（请见表3-2）3.4.2 计算传动轴的坐标图3-3坐标计算图ojia. 传动轴12的坐标计算：为便于计算，选取小坐标系ioj(图3-3)已知轴5和6的坐标：5（95，207.5），6（209，253），计算出A=114,L=122.930，I=61.465，J=33.469 cosa=tana= 算出x=13.505， Y=13.505+61.465=74.97cosa= 算出A1=69.534，所以还原到坐标系XOY中轴12的横坐标为:95+69.534=164.534。cosa= 算出K=36.104m=(A-A1)tana=44.476tana=17.945, A2=m+k=54.063所以还原到坐标系XOY中轴12的纵坐标为：253.5-54.063=199.437，即轴12坐标 (164.534,199.437)b. 传动轴11的坐标计算：已知轴3和4的坐标：3（223，82.5），4（95，82.5）因为轴11在主轴3和4 中心连线的垂直平分线上，且主轴3和4 在同一水平线上，所以传动轴11的横坐标为：95+0.5（223-95）=159，利用勾股定理求出轴11相对于主轴3和4中心连线的距离A=,所以传动轴11的纵坐标为：82.5+28.355=110.854，即轴11的坐标（159，110.855）c. 传动轴14的坐标计算：为便于计算，选取小坐标系ioj(图3-4),已知轴12和11的坐标：轴12（164.534，199.437），轴11（159，110.855）计算出oiL=A11-12=jA=88.582I=56.698J=43.377由cosa= 计算出X=56.808tana= 计算出Y=3.542cosa= 计算出A1=47.825则轴14的纵坐标为：199.437-47.825=151.611图3-4坐标计算图由sina= 计算出m=2.546A2=m+x=2.546+56.808=59.354则传动轴14的横坐标为：59.354+159=218.354即轴14的坐标（218.354，151.611）d. 传动轴13的坐标计算：图3-5坐标计算图已知主轴7和8的坐标：7（315，357.5），8（435，357.5）,测量R=91,计算出L=120,则I=60,因R=91是通过手工测量出的值,不够准确,通过计算机作图并测量出R=91.33,J=69，则轴13的横坐标为：315+60=375，纵坐标为：357.5-69=289.083即轴13的坐标（375，288.5）e. 传动轴10的坐标计算：为便于计算，选取小坐标系ioj(图3-6)，已知主轴1和2的坐标:1(435,125.5),2(343,82.5), R=70,计算出L=101.553，图3-6坐标计算图oijA=92，I=50.776，J=48.185由cosa= 求出 a=25otana= 计算出K=22.521cosa= 计算出A1=66.403所以还原到坐标系XOY中传动轴的横坐标为：435-66.407=368.597m= 计算出m=53.188, tana= 计算出B=11.964所以还原到坐标系XOY中传动轴10的纵坐标为：82.5+11.964+53.188=147.652ioRj即轴10的坐标（368.59