1E52FM左曲轴箱双面钻专用机床设计

1 引言1.1 课题的来源及研究意义毕业设计是完成工程技术人员基本训练的最后一个重要环节，目的是培养学生综合运用所学专业和基础知识、独立解决本专业一般工程技术问题的能力。在设计方案的选定、设计资料的收集、手册和国家标准、规范的运用，设计方案的应用、零件图及总装图的绘制等方面有一定较全面的锻炼，并使每个学生树立起正确的设计思路和良好的工作风。一个零件的同一面上，往往有多个孔，如果在普通机床上加工。通常要一个一个孔的钻，生产率低下，同时，各加工孔的形状和它的位置公差以及尺寸精度都难以保证，工人劳动强度大。特别是大批大量生产的工艺，更是大大地增加了生产周期，而且成本也很高。为了克服多孔零件普通机床加工不利的一面，行之有效的方案就是在普通机床的主轴上装上多头轴，但是对于大型箱体零件，采用变种方案也不行，而采用组合钻床才是最佳方案。组合机床是集机电于一体的综合自动化程度较高的制造技术和成套工艺装备,它的特征是高效、高质、经济实用,因而被广泛用于工程机械、交通、能源、军工、轻工、家电等行业。本文根据工厂需要,设计一台能高效、高精度的进行双面钻孔的专用组合机床。组合机床一般采用多轴、多刀、多工序、多面、多工位同时加工，是一种工序集中的高效率机床。组合机床加工，刀具是借助于钻摸板和镗模架，精加工机床采用高精度的导向，所以能稳定的保证产品质量。组合机床是一种高效率的机床，是机械制造业高速发展必不可少的设备之一。组合机床的重要性，在大批量生产的汽车制造业、柴油机制造业早已被人们所认识。为了保证产品的质量，实现产量翻番，一些中小批生产厂也越来越多的采用了组合机床。可以说大搞组合机床及其自动线是多快好省地发展机械工业的重要措施之一 1。12 组合机床发展的历史1.2.1 国外组合机床发展的历史1911 年，美国为了加工汽车零件研制了组合机床。在发展初期，各机床制造厂都执行自己的通用部件标准。为了方便用户使用和维护，提高互换性，1953 年美国福特汽车公司和通用汽车公司与美国机床制造厂协定，确定了组合机床通用部件标准化的原则，并规定了部件间联系尺寸。1973 年 ISO 公布了第一批组合机床通用部件标准，使机床制造标准化做了行业性的规定。在刚过去的 20 世纪中，对机械制造装备进行了多次更新换代。50 年代为“规模效益”模式，即少品种大批量生产模式；70 年代，是“精益生产”模式，以提高质量，减低成本为标志，80 年代较多的采用数控机床、机器人、柔性制造单元和系统等高技术的集成机械制造装备；90 年代，机械制造装备普遍具有“柔性化” 、 “自动化”和“精密化”的特点，适应多品种小批量和经常更新产品的需要。1.2.2 国内组合机床发展的历史我国组合机床制造业发展非常迅速，仅仅几十年的时间，某些技术指标项目已经赶上了世界先进水平。但我们面前的困难还很多，我们还必须继续地向着尚未研究过的或尚未深入研究过的各种具体的事物进行研究。 在改革开放以来，我国机械制造业迅猛发展。已经具备了成套生产加工各种精密的，高度自动化的以及高效率的组合机床和自动生产线，有些机床甚至已经接近世界先进水平。现在我国已经可以研制并生产出六轴五联动的系统，分辨率可以达到1 微米，适用于复杂型体的加工。组合机床未来的发展将更多的采用调速电动机和滚珠丝杠等传动，以简化结构、缩短生产节拍；采用数字控制系统和主轴箱、夹具自动更换系统，以提高工艺可调性；以及纳入柔性制造系统等。1.3 生产加工对象的介绍及用途1E52FM 汽油机是江苏林海动力机械集团生产的一款两冲程汽油机。江苏林海动力机械集团具有五十多条研制和生产小型动力及配套机械的历史，有着强大的产品开发研制的能力。先后研制开发了排量从 26ML 到 520ML 的各种类型的二冲程、四冲程汽油机，卧式、立式、风冷、强制风冷、水冷、油冷及各种启动方式和用途的汽油发动机以及各类配套动力机械。现在集团主要的产品有通用发动机及小型汽油发电机组、油锯、风力灭火器、割灌机等配套机械；大批量生产雅马哈摩托车及摩托车发动机等；此外 ATV、CUV 等特种车辆畅销国内外市场。1E52FM 是一款单缸汽油机，主要作为配套机械，适用在如油锯，割草机，小型水泵等小动力机械工件上，具有良好的市场效益。1E52FM 型汽油机的生产纲领是单班制年产 5 万台。属于大批量生产，在批量生产中为了提高生产率，必须注意缩短加工时间和辅助时间，而且尽可能使辅助和加工时间重合，使每个工位安装多个工件同时进行多刀加工，实行工序高度集中，因而广泛采用组合专用机床。组合机床是根据工件加工需要，以大量系列化、标准化的通用部件为基础，配以少量专用部件，对一种或数种工件按预先确定的工序进行加工的高效专用机床。专用机床能够对工件进行多刀、多轴、多面、多工位同时加工；可完成钻孔、扩孔、镗孔、攻螺纹、铣削、车孔端面等工序，随着组合机床技术的发展，其工艺范围日益扩大，如：焊接、热处理、自动测量和自动装配、清洗等非切削工序。组合机床是用已经系列化、标准化的通用部件和少量专用部件组成的多轴、多刀、多工序、多面或多工位同时加工的高效专用机床，生产效率比通用机床高几倍至几十倍。专用机床广泛应用于大批量生产的行业，如：汽车、拖拉机、电动机、内燃机、阀门、缝纫机等制造业。主要加工箱体类零件，如汽缸体、变速箱体、汽缸盖、阀体等；一些重要零件的关键加工工序，虽然生产批量不大，也采用组合机床来保证其加工质量。1.4 组合机床的组成组合机床与一般所指的专用机床的最大不同点，在于组合机床是由大量通用部件及少量专用部件所组成。因此，通用部件是组合机床发展的一个很重要的基础及标志。所谓组合机床通用部件，通常是泛指在组合机床及其自动线的设计与使用中，可以相互更换使用的一些专能部件。这些部件是经过试制与试验而最后定型的。因此，相对而言，它的结构较可靠，使用性能是较稳定的。同时还可以组织专业厂进行生产，使用厂可以像买标准设备一样在市场上买到。这样便可以大大缩短设备的设计与制造周期，降低设备的制造成本。通用部件之所以能相互更换使用，这就是由于各种通用部件之间均有着统一的联系尺寸标准。在组合机床的零件总数中，通用零部件所占有的比重是较大的。一般可达60-70%，最高者则可达到90%以上。不仅如此，而且它的种类也是很多的。大的通用部件可以是个床身、立柱、动力头及动力滑台等，小的通用部件则可以是个电气挡铁、液压元件（如单向阀）等。1.5 组合机床的特点和分类1.5.1 组合机床的特点组合机床是由大量的通用部件和少量专用部件组成的工序集中的高效率专用机床。它能够对一种（或几种）零件进行多刀、多轴、多面、多工位加工。在组合机床上可以完成钻孔、扩孔、铣削磨削等工序，生产效率高，加工精度稳定。组合机床与通用机床、其他专用机床比较，具有以下特点：（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7080%，因此设计和制造的周期短，投资少，经济效果好。（2） 由于组合机床采用多刀加工，并且自动化程度高，因此比通用机床生产效率高，产品质量稳定，劳动强度低。（3） 组合机床的通用部件是经过周密设计和长期生产实践考验的，又有厂成批制造，因此结构稳定、工作可靠，使用和维修方便。（4） 在组合机床上加工零件时，由于采用专用夹具、刀具和导向装置等，加工质量靠工艺装备保证，对操作工人水平要求不高。（5）当被加工产品更新时，采用其他类型的专用机床时，其大部分件要报废。用组合机床时，其通用部件和标准零件可以重复利用，不必另行设计和制造。（6）组合机床易于联成组合机床自动线，以适应大规模的生产需要。组合机床常用的通用部件有：机身、底座、立柱、动力箱、动力滑台，各种工艺切削头等。对于一些按循序加工的多工位组合机床，还具有移动工作台或回转工作台。动力箱、各种工艺切削头和动力滑台是组合机床完成切削主运动或进给运动的动力部件。其中还有能同时完成切削主运动和进给运动的动力头。机身、立柱、中间底座等是组合机床的支承部件，起着机床的基础骨架作用。组合机床的刚度和部件之间的精度保持性，主要是由这些部件保证。1.5.2 组合机床的分类组合机床的通用部件分大型和小型两大类。大型通用部件是指电机功率为1.5-30千瓦的动力部件及其配套部件。这类动力部件多为箱体移动的结构形式。小型通用部件是指电机功率甾.1-2.2千瓦的动力部件及其配套不见。这类动力部件多为套筒移动的结构形式。用大型通用部件组成的机床称为大型组合机床。用小型通用部件真诚的机床称为小型组合机床。按设计的要求本次设计的机床为大型通用机床。组合机床除分为大型和小型外，按配置形式又分为单工为和多工位机床两大类。单工位机床又有单面、双面、三面和四面几种，多工位机床则有移动工作台式、回转工作台式、中央立柱式和回转鼓轮式等配置型式。本次设计的机床为单工位双面铣床。1.6 组合机床通用部件分类1.6.1 按在组合机床中所起作用分a）动力部件 例如动力头和动力滑台等。b）支承部件 例如滑台，床身，立柱及中间底座等。c）输送部件 例如回转分度工作台，回转鼓轮，自动线工作回转台及零件输送装置等。d）控制部件 例如液压元件，控制板，按钮台及电气挡铁等。e）其他部件 例如机械扳手，气动扳手，排屑装置及润滑装置等。1.6.2 按动力部件分a）液压通用部件优点：1）结构简单、工作可靠；2）进给量可无级调整（利用节流挑速器） ；3）过载保护装置简单可靠；4）容易实现较复杂的工作循环 。缺点：1）进给稳定性受油温影响；2）掌握液压元件的制造比较慢一些；3）液压系统出现故障，寻找较困难。b）机械通用部件优点：1）进给量稳定，不受温度和气候影响；2）掌握制造较快；3）发生故障，易于寻找及消除。缺点：1）不采用先进技术，实现进给量无级调整困难；2）结构较复杂，使用电机较多。3）气动液压通用部件。1.6.3 按动力部件实现的进给方式分a）箱体移动式 它是通过动力部件沿床身导轨的移动来实现刀具进给运动的，通常习惯称为大型通用部件。b）套筒移动式 它是通过主轴套筒的移动来实现刀具进给运动的，通常习惯称为小型通用部。1.7 本设计主要研究内容本设计研究内容主要包括以下几个方面：a） 组合机床的主轴箱设计b） 组合机床主轴箱的装配1.8 设计任务通过本设计，使学生熟悉专用机床设计的一般过程，培养学生综合运用所学基础理论、专业知识和各项技能，着重培养设计、计算、分析问题和解决问题的能力，进而总结、归纳和获得合理结论，进行较为系统的工程训练，初步锻炼科研能力，提高论文撰写和技术表述能力，为实际工作奠定基础，达到人才培养的目的和要求。下面是原始数据和设计要求：a）工件材质： ADC12b）需要加工孔如图 1.1 所示；图 1.1设计要求：a）生产纲领：单班制年产 5 万台。b）根据总体设计所给参数进行右主轴箱设计2 组合机床的总体设计方案制定2.1 组合机床的总体设计方案在制定工艺方案时，必须认真分析被加工零件图，并深入现场了解零件的形状、大小、材料、硬度、刚性、加工部位的结构特点、加工精度、表面粗糙度，以及现场所采用的定位、夹紧方法、工艺过程、所采用的刀具及切削用量、生产率要求、现场的环境和条件等等。如条件允许，还应广泛收集国内外有关技术材料，制定出合理的工艺方案。零件加工工艺方案将决定组合机床的加工质量、生产率、总体布局和夹具结构等。指定工艺方案时，还要考虑下列几点基本原则： a） 选择合适、可靠的工艺方案b） 粗、精加工要合理安排c） 工序集中原则d） 定位基准及夹紧点的选择原则在确定工艺方案的同时，也就大体上确定了组合机床的 配置形式和结构方案。但还得考虑下列影响因素的影响。a）加工精度的影响工件的加工精度要求，往往影响组合机床的配置形式和结构方案，例如，加工精度要求高时，应采用固定夹具的单工位组合机床，加工精度要求较低时，可采用移动夹具的多工位组合机床；工件各孔间的位置精度要求高时，应采用在同一工位上对各孔同时精加工的方法；工件各孔间同轴度要求较高时，应单独进行精加工等等。b）工件结构状况的影响工件的形状、大小和加工部位的结构特点，对机床的结构方案也有一定的影响。例如，对于外形尺寸和重量较大的工件，一般采用固定夹具的单工位组合机床，对多工序的中小型零件，则宜采用移动夹具的多工位组合机床；对于大直径的深孔加工，宜采用具有刚性主轴的立式组合机床等等。c）生产率的影响生产率往往是决定采用单工位组合机床、多工位组合机床还是组合机床自动线的重要因素。例如，从其他因素考虑应采用单工位组合机床，但由于满足不了生产率的要求，就不得不采用多工位组合机床，甚至自动线来进行加工。而在选择多工位组合机床时，还要考虑：工位数不超过2-3个，并且能满足生产率要求时，应选用移动工作台时组合机床；工位数超过4个时才选用回转工作台或鼓轮式组合机床。d）现场条件影响使用组合机床的现场条件对组合机床的结构方案也有一定的影响。使用单位刃磨刀具、维修、调整能力以及车间布置的情况，都将会影响组合机床的结构方案。根据被加工零件的具体要求和生产纲领的需要，相应的机床设计也有区别，综合各种情况，决定选用具有固定夹具的卧式单工位组合机床，如图2.1所示：图2.1 卧式单工位组合机床单工位组合机床特别适用加工大、中型箱体类零件。在整个加工循环中，夹具和工件固定不动，通过动力部件使刀具从双面对工件进行加工。这类机床加工精度较高，但生产率低。根据对被加工零件的仔细分析和研究，决定采用左右两个主轴箱，在左主轴箱上钻八个孔，右主轴箱钻十四个孔，如图2.2所示：图2.2 主轴箱但根据加工对象的不同，右箱和右盖的孔位置并不一致，而且有些孔的位置甚至相冲突，故在右箱体上不可以直接拍布八个钻头。在.的老师指导下，并集合参考了一些书籍，决定对在右主轴箱上加工的十四个孔进行如下排布，如图2.2123.9106.735图 2.3右箱传动轴18带动主轴1,2,3转动，传动轴18带动21，再由传动轴21带动传动轴22，再由传动轴22带动主轴4传动。这样在加工时即可以保证加工零件的技术要求，还提高了加工零件的效率。由于加工出来的孔全是通孔，加工完成后还要进行攻丝，即粗加工后还需进行精加工，一般情况下，在大批量生产时，应将粗、精加工工序分开，以利于保证加工精度和保持精加工机床的工作进度，但由于生产纲领要求，所设计的组合机床加工量为中批量，所以在能够保证加工质量的前提下，也可将粗、精加工集中在同一机床上进行，这样就可利于减少机床台数，提高经济效益。为了提高机床生产率，减少机床台数，要求尽量贯彻工序集中的原则。但是，工序集中程度过高会使机床结构复杂，调整使用不便，可靠性下降，并有可能由于切削负荷过大而引起工件变形，降低加工精度。在对于工序集中是否过度的问题上，我们经过了仔细的研究，大量的钻、镗孔工序则不宜集中在同一主轴箱上完成，因为钻孔和镗孔的直径及加工时所采用的转速都相差很大，会导致主轴箱的设计困难，且钻孔的轴向力会影响镗孔的精度。但由于在加工时，两边的钻头数量大致一致，所以钻孔的轴向力大致相等，不会对精度有很大的影响，对随后要设计的主轴箱没有太大的影响。在设计夹具时，严格遵照定位基准及夹紧点的选择原则，保证能迅速可靠的加工出精基准，保证各加工表面有足够的加工余量，并尽量使主要加工表面加工余量均匀，保证各加工表面与不加工表面之间的相互位置精度。同时必须考虑定位准确、夹紧可靠，夹具结构简单、操作方便。因此，应选择毛坯上平整、光洁，尺寸较大，没有浇注系统、冒口的不加工表面或加工余量小的表面做粗基准。由于加工的为箱体类零件，故采用“一面两孔”为定位基准。最后考虑到该组合机床加工时放置在可以进行大规模的加工的厂房中，再结合机床制造的最低成本，机床的传动系统为液压传动系统。x2.2 组合机床的夹具设计夹具是机床和工件之间的联结装置，可以使工件相对于机床或刀具获得正确位置。机床夹具的好坏将直接影响工件加工表面的位置精度，所以机床夹具设计是装备设计中一项重要的工作，是加工过程中最活跃的因素之一。2.2.1 机床夹具的基本组成组合机床夹具的组成a）定位元件及定位装置b）夹紧元件及夹紧装置c）导向元件d）对刀元件及定向元件e）夹具体f）其他元件及装置2.2.2 机床夹具的类型a）按夹具的通用特性分1）通用夹具一般不需要调整就可以适用于相当广泛的一类工件的加工，称为通用夹具。例如车床上的卡盘，铣床上的平口钳等。它们不仅广泛应用于单件小批量生产中，在大批量生产中也常采用。2）专用夹具这类夹具是指专为某个零件的某一道工序专门设计的。专用夹具的设计和制造，工作量大，而且它的结构随着产品的更新而更新，因此，是一项周期长、投资较大的生产准备工作。3）可调夹具可调夹具是指通过调节或更换装在通用夹具基础件上的某些可调或可换元件，达到能适应加工若干不同种类工件的一类夹具。在中小批量生产中，使用可调夹具往往会获得最佳的经济效益。4）成组夹具成组夹具是根据成组加工工艺的原则，针对一组形状相近、工艺相似的零件而设计。也是具有通用基础件和可更换调整元件组成的夹具。 5）组合夹具这类夹具是由预先制造好的标准元件和部件，按照工序加工的要求组合装配起来的。使用完成可拆卸存放，其元件和部件可以重复使用。适用于新产品试制或小批量生产。但尺寸过小或过大的工件还没有相应的组合夹具标准件。位置精度要求过高的工作也不宜采用组合夹具。6）随行夹具这是一类在自动线和柔性制造系统中使用的夹具。它既要完成工件的定位和夹紧，又要作为运载工具将工件在机床间进行输送，输送到下一道工序的机床后，随行夹具应在机床上准确地定位和可靠地夹紧。b）按所使用的机床划分机床夹具也可按使用的机床来划分。如车床夹具、铣床夹具、镗床夹具、磨床夹具和钻床夹具等。2.2.3 工件的定位在制定工件的工艺规程时，已经初步考虑了加工工艺基准问题，有时还绘制了工序简图。设计夹具时原则上应该选择该工艺基准为定位基准。无论是工艺基准还是定位基准，均符合六点定位原理。六点定位原理是采用六个按一定规则布置的约束点，限制工件的六个自由度，使工件实现完全定位。每个点都必须起到限制一个运动自由度的作用，而绝不能用一个以上的点来限制同一个自由度。因此，这六个点绝不能任意布置。在加工中，有时为了使定位元件帮助承受切削力、加劲力，为了保证一批工件进给长度一致，减少机床的调整和操作，常常会对无位置尺寸要求的自由度也加以限制，只要这种定位方案符合六点定位原理，是允许的，有时也是必要的 3。2.2.4 专用夹具设计步骤a）明确设计任务与搜集设计资料b）拟订夹具总体方案，绘制结构草图1）确定工件的定位方案，计算定位误差。2）确定刀具的对刀或导向方式。3）确定夹具的夹紧方案，计算夹紧力。4）确定夹具其他部分的结构方案。5）确定夹具体结构形式和夹具的总体结构。根据夹具设计原理，进行各部分和总体的结构方案设计，最后绘出夹具结构草图。为了便于分析比较，应多考虑几个总体结构方案，分别绘出结构草图，从中选择最佳方案。c）绘制夹具总装配图d）绘制夹具零件图2.2.5 夹具的具体设计按照设计步骤所要求的进行计算分析，工件定位采用一面两孔进行定位，进行自由度计算， “一面”的采取可以限制3个自由度， “两孔”也可以可以限制3个自由度，两者自由度相加为3+3=6，不超过最大自由度限制，符合工件定位的六点定位原理。首先进行夹具体设计，考虑到机床为卧式机床，设置的夹具体应树直放置在基座上，通过参考有关的夹具系列的书籍，选用如此形状的夹具体，如图2.4所示：图 2.4 夹具体选定两孔为定位基准孔，安装工件时，将工件的基准孔插入安装在夹具体上的导柱上，再用四个移动座固定。具体的夹具如图2.5所示：图2.5 具体夹具图2.2.6 “三图一卡”的编制编制“三图一卡”的工作内容包括：绘制被加工零件图、加工示意图、机床联系尺寸图，编制生产率计算卡。 “三图一卡”是组合机床总体方案的具体表现。a）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，表明零件形状、尺寸、硬度、以及在所设计的组合机床上完成的工艺内容和所采用的定位基准、夹压点的图纸。而且同时它也是组合机床设计的主要依据，也是制造、验收和调整机床的重要技术条件。b）加工示意图加工示意图是被加工零件工艺方案在图样上的反映，表示被加工零件在机床上是加工过程，刀具的布置以及工件、夹具、刀具的相对位置关系，机床的工作行程以及工作循环等，是刀具、夹具、多轴箱、电气和液压系统设计选择动力部件的主要依据，是整台组合机床布局形式的原始要求，也是调整机床和刀具所必须的重要技术文件。在绘制加工示意图之前要进行一些相关的计算，主要从下面的几点来进行考虑：1）刀具的选择2）导向套的选择3）切削用量的初定4）切削转矩、轴向力和切削功率5）计算主轴直径6）刀具接杆的选取7）确定加工示意图的联系尺寸8）工作进给长度的确定9）绘制加工示意图的注意事项c）机床联系尺寸图机床联系尺寸图是用来表示机床的配置形式、机床各部件之间相对位置关系和运动关系的总体布局图。它是进行多轴箱、夹具等专用部件设计的重要依据。1）选用动力部件包括滑台的选用和动力箱的选用通常，根据滑台的驱动方式、所需进给力、进给速度、最大行程长度和加工精度等因素来选用合适的滑台。驱动方式的确定，确定轴向进给力，确定进给速度，确定滑台行程，精度的选择动力箱主要依据多轴箱所需的电动机功率选用。多轴箱所需的电动机功率为：P主 =P切 +P空 +P附 （2.1）当某一规格的动力部件的功率或进给力不能满足要求，但又相差不大时，不要轻易选用大一规格的动力部件，而应根据具体情况适当降低切削用量，或将刀具错开顺序加工，以降低功率和进给力。2）确定装料高度3）确定夹具轮廓尺寸工件的尺寸和形状是确定夹具底座尺寸的基本依据。确定夹具底座尺寸时应考虑工件的定位件、夹紧机构、刀杆导向装置的需求空间，并应满足排屑和安装的需要。一般情况下，加工示意图中已确定工件至导向套的距离和导向套的尺寸。夹具体底座高度应依据装料高度、夹具大小和中间底座高度而定，并充分考虑中间底座刚度，以便于布置定位元件和设置加紧机构，便于排屑为原则。4）中间底座轮廓尺寸中间底座的轮廓尺寸要满足夹具在其上面联接安装的需要。中间底座长度尺寸根据所选用动力部件及配套部件的位置关系确定。同时应考虑多轴箱处于终了位置时，多轴箱与夹具体之间应有适当距离，以便机床调整、维修。5）确定多轴箱轮廓尺寸d）生产率计算卡生产率计算卡是反映所设计机床的工作循环过程、动作时间、切削用量、生产率、负荷率等的技术文件。通过生产率计算率计算卡，可以分析所拟定的方案是否满足用户对生产率及负荷率的要求。机床的生产率Q 1（件/h）按下式计算Q1=60/T单 =60/（T 切 +T辅 ） （2.2）式中 T单 - 单件工时（min）T切 -机加工时间（min）,包括动力部件工作进给和死挡铁停留时间t 停 。即 T切 =L1/Vf1+L2/Vf2+t停 （2.3）3 组合机床主轴箱的设计3.1 多轴箱的功用及分类多轴箱是组合机床的重要部件。根据加工示意图所确定的工件加工孔数和配置、切削用量和主轴类型而设计，由通用零件组成。能将动力箱的动力，传递给主轴，使之按要求的转速和转向旋转，提供切削动力。多轴箱与动力箱一起安装于进给滑台上，可完成钻、扩、铰、镗孔等加工工序。多轴箱分为通用多轴箱和专用多轴箱两大类。专用多轴箱根据被加工工件的特点及其加工工艺要求进行设计。专用多轴箱基本上由专用零件组成，采用不需导向装置的刚性主轴来保证加工孔的位置精度。通用多轴箱按专用要求设计，由通用零件及少量专用零件组成，采用非刚性主轴，加工时，需由导向装置引导刀具来保证被加工孔的位置精度。动力部件（动力头或动力滑台）是通过主轴箱和被加工零件发生关系的，具体的说，主轴箱是使各主轴获得一定的位置和转速的。主轴的位置决定于被加工零件上的孔的具体位置；而通过按照一定速比布置在主轴箱里的传动齿轮将运动由驱动箱（减速箱输出轴或电机轴）传到主轴上，从而使主轴获得预定的转速。主轴箱通常安装在动力头（或减速箱）上，也可固定在滑台或床身上。其具体结构取决于被加工零件上的孔的数量、形状和分布位置，以及被加工零件的数量。由于被加工零件上的孔的相互位置、大小尺寸和数量的不同，要使主轴箱全部通用化是不可能的。因此，主轴箱作为一个部件来说，不是通用部件，而仅是按照零件加以分类，实现主轴箱零件的通用化。如主轴箱的箱体和前、后盖是按轮廓尺寸和外形分类的，以保证铸件的通用化；主轴是按用途分类的，分为钻孔、镗孔和攻丝用的几种；齿轮则按模数M、齿数Z和孔径d分类等。通过这些方法，使得主轴箱零件几乎全部通用化，从而可以采用这些通用化的零件配置成各种不同结构型式的主轴箱 4。3.2 多轴箱的通用零件多轴箱通用零件的编号方法如图3.1所示：图3.1多轴箱通用零件的编号编号中的T07表示多轴箱的通用零件；小组号分别用 1、2、3和4表示箱体类、主轴类、传动轴类和齿轮类零件；顺序号和零件顺序号表示的内容随类别号和小组号的不同而不同。a） 通用箱体类零件 通用箱体类零件包括多轴箱箱体、前盖、后盖、上盖和侧盖。多轴箱后盖与动力箱的结合面上联接螺孔、定位销孔的大小、位置应与动力箱联系尺寸相适应。b） 通用轴类零件1）通用主轴通用主轴分为钻削类和攻螺纹类两种主轴。钻削类主轴采用两端轴向定位方式，按支撑形式可分为圆锥滚子主轴，滚针轴承主轴，滚珠轴承主轴三种。圆锥滚子轴承主轴，前后支撑均为圆锥 滚子轴承，可承受较大的径向力和轴向力，轴承数量少，结构简单、装配调整方便，广泛用于扩、镗、铰孔和攻螺纹工序。滚珠轴承主轴，前支承为向心球轴承和推力球轴承的前边，承受的轴向力大，适用于钻孔工序。滚针轴承主轴，前后支承均为无内圈滚针轴承和推力球轴承，径向尺寸小。使用与主轴间距较小的多轴箱。根据与刀具的连接方式2）通用传动轴常用的通用传动轴按用途和支承形式可分为圆锥滚子轴承传动轴、滚针轴承和推力球轴承、润滑泵轴、手柄轴四种。3）通用齿轮4）润滑泵5）其他通用零件3.3 组合机床主轴箱的种类主轴箱可以分成通用的和专用的两大类。通用主轴箱的设计、制造和装配，基本上是采用标准的零件和部件，如齿轮、主轴、传动轴、隔套、轴承、箱体、前盖、后盖和润滑部件等。专用主轴箱的设计、制造和装配，基本上则是采用专用的零件，有时也采用一系列的标准的零件和部件等。a）通用主轴箱1）钻镗类主轴箱 该类主轴箱结构是标准的，组成主轴箱的零件大部分是通用零件，所以人们通常把这种主轴箱称为通用主轴箱。2）攻丝类主轴箱 这种主轴箱上安装攻丝用的行程控制机构，对于主轴数量较多的攻丝主轴箱，还应考虑安装制动器，以保证攻丝返回原位时获得准确的位置和规定的攻丝深度。这种主轴箱结构也是标准的。b）专用主轴箱1）具有刚性主轴的主轴箱 这种主轴箱主要用于不带导向时的镗孔。其结构是专用的，有各种不同的形式，结构上的特点是设计这种主轴箱时，轴承的选择和布置要保证主轴具有足够的刚性，这样才能保证孔精度。2）铣削主轴箱 这种主轴箱用来完成铣削加工，其结构也是专用的，它的轴承结构和刚性主轴轴承是相似的。3）可调主轴箱 这种主轴箱上的主轴位置是可调的，以适合多品种加工的需要。所采用的零件大部分是专用的 56。3.4 主轴结构形式的选择主轴结构形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。轴承形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，而用向心力轴承承受径向力。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。进行镗削加工的主轴，轴向切削力小，但不能忽略。有时由于工艺要求，主轴进退都要切削，两个方向都有切削力，一般选用前后支撑均为圆锥滚子轴承的主轴结构。这种轴承可承受较大的轴向力和径向力，且结构简单，轴承个数少，装配调整很方便，广泛用于扩孔、镗孔、铰孔、攻丝等加工，上述两种主轴结构的径向尺寸较大，如主轴孔间距较小，只好用滚针轴承和推力球轴承组成前后支承，此种结构无论架构刚度、轴承本身精度和装配工艺性都较差，除非必要，一般最好不选用。主轴结构型式的选择，除了轴承外，还应考虑轴头结构。攻丝主轴因靠模杆在主轴孔内作轴向运动，为获得良好的导向性，一般采用双键结构，轴向不定位。3.5 主轴直径和齿轮模数的选择初定主轴直径一般在编制“三图一卡”时进行的。传动轴直径可以参考主轴直径大小初步确定，也可以用下式估算M（30-32） (mm) 3*nzp（3.1）式中：P 齿轮传递功率（ KW） ；Z一对齿轮中小齿轮齿数；N小齿轮的转数（r/mm）目前大型组合机床通用多轴箱中常用的齿轮模数有2、2.5、3、3.5、4等几种，为了方便组织生产，在同一多轴箱中齿轮模数最好不多于两种。3.6 主轴箱的动力计算及动力箱的选择多轴箱所需的功率，应等于切削功率、空载消耗功率成正比的附加之和，即：P主 =P切 +P空 +P附 （3.2）式中：P 主 多轴箱总功率；P切 各主轴切削功率的总和；P 空 各轴空载消耗功率的总和；P 附 各轴附加功率的总和。传动系统确定前可按照下式初步计算多轴箱所需功率P 主P主 = 切p（3.3）式中：P 切 各主轴切削功率的总和；组合机床多轴箱传动功率。加工黑色金属时取 =0.8-0.9；加工有色金属时取 =0.7-0.8。当主轴轴书数较多，传动复杂时取小值，反之取大值。根据公式：切削功率P P切 = 10*VKN计算得 P切 = =1.5（KW）43.567本次设计中 取0.72，所以 P主 = = =2.2（KW）切p27.051根据上面的计算得到主轴箱功率选择电动机和动力箱。查表得，选择动力箱型号为TD25A型，电动机功率为2.2KW，电动机转速为 1420转/分，驱动轴转速为785转/分，驱动轴直径为30mm，驱动轴外伸长为45mm ，驱动轴高度为125mm，动力箱公称尺寸为320mm，宽度为320mm，高度为250mm，长度为320mm，电动机型号为Y100L1-4。3.7 分布形式组合机床加工的零件是多种多样的，结构也各不相同，但零件上孔的分布大体可归纳为几种类型。所以，多轴箱中主轴的分布也可以分为下列几种类型：a）同心圆分布b）直线分布c）任意分布在设计中尽可能使之形成同心圆分布，用同一根中间传动轴带多根主轴。3.8 传动系统的设计多轴箱的传动系统设计，就是通过一定的传动链把动力箱输出轴（亦称多轴箱驱动轴）传进来的动力和转速按要求分配到各主轴。传动系列设计的好坏，将直接影响多轴箱的质量、通用化程度、设计和制造工作量的大小及成本的高低。设计传动系统，应在保证主轴强度、刚度、转速和转向的前提下，力求使主要传动件（主轴、传动轴、齿轮等）的规格少，数量少，体积小；因此，在设计传动系统时，要注意下面几点：a） 尽量用一根中间传动轴带动多根主轴。当齿轮啮合中心不符合标准时，可用变为齿轮或略变传动比的方法解决。b）一般情况下，尽量不采用主轴带动主轴的方案，因为这会增加主动主轴的负荷。如遇到主轴分布密集而切削负荷又不大时，为了减少中间轴，也可用一根主轴带动 12 根或更多主轴的传动方案。c）为使结构紧凑，多轴箱体内的齿轮传动副的最佳传动比为 11.5，在多轴箱后盖内的第四排（或第五排）齿轮，根据需要，其传动比可以去大一些，但一般不超过 33.5。d）根据转速与转矩成反比的道理，一般情况下如驱动轴转速较高时，可采用逐步降速传动；如驱动轴转速较低时可以使速度升高一点在降速；这样可以使传动链前面几根轴、齿轮等在高速转速下工作，结构可小些。组合机床多轴箱的传动和结构与普通机床差异较大，其一是由于传动链较短，难分前后，另外，经常是以中间传动轴带动多根主轴。所以，合理安排结构往往成为设计的主要矛盾。如为了使主轴上的齿轮不过大，最后一级经常使用伸速传动。e）粗加工切削力大，主轴上的齿轮应尽量安排靠近前支承，以减少主轴的扭转变形。f）齿轮排数可以这样安排：不同轴上齿轮不相碰，可放在箱体内统一排上；不同轴上齿轮与轴或轴套不相碰，可放在箱体内不同排上；齿轮与轴相碰，可放在后盖内 710。3.9 拟定多轴箱传动系统的基本方法拟定多轴箱传动系统的基本方法是：先把所有主轴中心尽可能分布在几个同心圆上，然后在各个同心圆的圆心上分别设置中心传动轴；再把各组同心圆上的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；把最后的合拢传动轴与动力箱的驱动轴连接起来。这就是“从主轴的布置开始，最后引到驱动轴上” 。注意：驱动轴的中心必须处于多轴箱箱体宽度的中心线上，其中心高度则从选定的动力箱的联系尺寸图中查出。4 传动系统的计算4.1 确定出主轴直径主轴直径通常都是根据扭矩来计算的，计算时采用经验公式d=B (厘米) （4.1）4kpM式中 M 扭矩kpB 系数。根据主轴在 100厘米长度上允许最大扭转角的数值来选取B值。表 4.1 允许最大扭转角和B值参照表允许最大扭转角1/4 1/2 1 1 22 2 1B 0.73 0.62 0.52 0.47 0.44 0.42通常主轴允许最大扭转角为1/2度，即B取0.62故在本次设计中，主轴直径为d=B =0.62 =1.48 (cm)4kpM418.所以主轴的直径为1.5厘米。4.2 齿轮设计的具体计算根据已知条件，驱动轴转速n =785转/分，主轴转速 n =1274转/ 分。所以：转 主i = =1.62总 785124为了使多轴箱结构紧凑，排数适中，在本次设计设计中设计传动级数为二级传动，即：1.62=1.47*1.10。 由此可以得出：i =1.47 i =1.1012i =1.47,取m=2.5 ，为了便于生产加工，决定主轴上齿轮使用同样的规格，所以选取1小齿轮齿数z = z = z = 19,123驱动轴0和传动轴20的传动为i 0,20= =0.83294传动轴20和传动轴22的传动比为i 20，22 = =1.048传动轴22和传动轴21的传动比为i 22，21 = =1.0330传动轴21和传动轴18的传动比为i 21，18 = =1.0329所以主轴1与传动轴18之间的中心距为A1= = =58.75 (mm)。)(1zM主 2)89(*5.同理由于 主轴2和传动轴18的的模数和齿数都相同，所以中心距为A2=58.75 (mm)主轴和传动轴18的的模数和齿数也都相同，所以中心距为A3=58.75 (mm)4.3 主轴箱轮廓尺寸及相关系数动力部件的选择确定了主轴箱外形轮廓尺寸为 320250mm，根据动力箱输出轴高度为 125mm，故主轴箱最低主轴高度为 125mm，又根据工件定位的设计结果，工件定位中心到滑台距离为 100mm。4.4 强度校核本次设计的强度校核包括轴的校核和齿轮的校核。a）轴的校核：主轴的扭矩为 18.9 牛/米，查表得直径为 20mm 的轴能承受 25牛/米的扭矩，所以可以保证安全。主轴在钻孔加工的主轴箱中承受最大的扭矩，在主轴校核安全的前提下，因为其他轴的直径也为 20mm，所以也可以保证安全。b）齿轮的校核：根据机械设计中齿轮强度校核的方法来计算。在钻孔加工中，最大扭矩产生在主轴上的齿轮和与之相啮合的齿轮之间。两个齿轮齿数分别为 ZG01=32，Z 2=23，宽均为 24mm，模数为 2。大小齿轮转速分别为 744 转/分和1191 转/ 分，根据 H=ZEZHZ Z H （Mpa）21bdKT= = =1.35102G73对于铸铁和铸铁齿轮啮合，取弹性系数 ZE=189.9MPa。查表得断面重合度系数=0.807， =0.7684，对于压力角为 20 度的直齿轮 ， =0。故 = + =1.578,重1a2a ba12a合度 Zt=1.061，Z H=2.5。又 K=KAKVK K其中 KA =1.0；K V =1.05；K =1.2；K =1.1。则 K=1.386。根据上面 H 的公式得： H=189.9*1.061*2.5* = 1012.47 (Mpa)246*5803.135.1接触疲劳许用应力 H= 。nLimSz循环次数 NH=60 ，齿轮转速为 135 转/ 分。同侧齿面啮合次数 r=2，齿轮总工作h时间 tn=4600 小时。 NH=6.8448*107 次，Z H=1.1。又已知接触疲劳强度极限 HLim=120MPa，接触强度最小安全系数 SH=1.25。得 H=1071MPa,而 =1012.48MPa，H所以 H，故齿轮安全。5 组合机床主轴箱的装配5.1 主轴箱装配时经常遇到的一些问题a）主轴安装轴承的台屑不清楚，当其圆角半径 R 大于轴承的圆角半径 r 时，主轴与轴承靠不好，经常出现震摆超差。b）隔套公差不合理。c）隔套与齿轮相碰；齿轮与齿轮相碰；齿轮与箱体壁相碰；轴承外环相碰；向心轴承与推力轴承相碰；背帽相碰。d）主轴过细，很容易弯曲。e) 滚针套偏紧。f）应当在加工车间完成的孔，而要在装配时配作。 g）立式组合机床主轴箱的油位受主轴防油套高度的限制，油位太低；如果油位高于防油套高度则要漏油。5.2 主轴箱的装配a） 装配前，首先在平台上将主轴的前、后支承支撑在两块 V 形铁上，检查主轴的径向跳动。设计要求主轴的径向跳动为 0.04 毫米，根据实际装配经验证明，径向跳动在 0.06 毫米以内时，经过努力是可以达到最后的精度要求的。对每根主轴找精度时要注意记下最高点位置。b） 进行分类 配齿轮、配键、松紧要符合要求，不能太松。c） 进行部装 部装前要把主轴箱上的孔清理干净，如果有少量油漆灰尘之类的东西，就会造成主轴装配后出现较大的径向跳动。部件要由上而下按顺序进行。d）调整精度 经部装后，主轴的精度可能超差。根据实际装配经验证明，当超差不太大时，采取一定的办法调整之后，是可以达到最后精度要求的。1） 主轴的径向跳动如果超差，可以先调整轴承。如果经调整之后仍然超差，则可以把轴承拆下，将主轴的最高点转 180 度。如果还是超差，可再转 90 度。2） 主轴回转轴线的不平行度如果超差，可以刮主轴箱箱体上支承轴承的端面。实际上，主轴回转轴线的不平行度超差，是由于主轴箱箱体上的轴承孔和支承轴承的端面的不垂直度造成的。如果平行度超差很大，则须将主轴箱箱体进行返修。调整主轴的不平行度时，应该尽量使所有的主轴向同一个方向倾斜。这样，在总装时，可以通过刮主轴箱后盖上的集合面把主轴的不平行度总的调整过来。3） 主轴的径向精度 前面提到，装在滚锥轴承和滚珠轴承上的主轴，在一定的力的作用下是不允许有径向间隙的。如果有径向间隙，装在滚锥轴承上的主轴，可以通过拧主轴后端的背帽来清除。装在滚珠轴承上的主轴，径向间隙很难消除。e） 试车 精度经检查合乎要求后，开始试车一小时，试车时打开前盖检查传动轴上的背帽是否松动，轴是否窜动。调整好后，再继续试车四小时。最后检查一次精度，精度合格后即可转机床总装 1118。5.3 使用说明按下电源开关接通电源各滑台及夹紧装置，退到原位。装上工件后按自动按钮工件夹紧。两滑台快进。压下调速阀后转为快进，加工结束后压下行程开关转为快退，压下行程开