侧支架钻孔立式主轴箱设计

1、侧支架钻孔立式主轴箱设计摘 要组合机床是随着生产力的发展，由万能机床和专用机床发展来的。它是根据加工工件的具体需要，在大量的通用部件的基础上，结合实际情况配以部分专用部件，以此组成的一种加工效率很高的专用机床。此次小组的设计任务是设计一台侧支架钻孔组合钻床。这次设计的内容有侧支架钻孔机床三图一卡及立式滑台进给液压系统的设计、组合机床的简要设计，立式以及卧式主轴箱传动系统设计，侧支架钻孔夹具及其液压系统原理图的设计。我的任务是设计机床的立式主轴箱部分，用于加工侧支架的6个孔，并且同时并排加工两个零件，以提高加工效率。主轴箱是组合机床的重要部件之一，它是由各种通用部件组成，按照被加工零件的具体加工

2、要求，设计专门的组合来完成的。设计过程中需要准确合理的安排好每一根主轴以及传动轴的的位置，轴径以及转速。合理安排各主轴和传动轴上齿轮的模数以及齿数，选择合适的各级传动比，将动力和运动由电机或动力部件传给各工作主轴，使之得到要求的转速和转向从而实现对零件的加工。确定主轴和传动轴的支撑方式和预紧方法。同时还需要合理布置进油口、放油螺栓、及油管等的位置。本文依据主轴箱的设计原则完成了设计及计算，主要包含有对结构型式的选择及动力计算，主轴箱传动系统的设计与计算，主轴箱内主轴和传动轴的坐标计算,主轴箱总图设计。关 键 词：侧支架钻孔，组合机床，立式主轴箱，主轴，传动轴，传动系统DESIGN OF VER

3、TICAL HEADSTOCK USED IN THE DRILLING OF SIDE SUPPORTABSTRACTCombination machine tools comes by the development of universal machine tools and the designed to machine tool along with the development of productive forces development. It is according to the specific need to processing artifacts, on the

4、 basis of plenty of gm parts, combined with the actual situation with some special parts, so as to form a kind of high efficiency special machine tools.The aim of our teams current design is to design a Side stand boring modular machine tool. The content of this design has combination machine-tools

5、“a three charts card" and the designing of the hydraulic feed system of the vertical sliding table、the designing of Vertical and horizontal spindle box and their transmission system. side bracket drilling jig and the design of hydraulic system schematic diagram. My task is to design the vertica

6、l spindle box of machine parts, to machine the six holes of side stand machining two parts side by side at the same time, in order to improve machining efficiency. main shaft box is One of the important parts of a modular machine tool, it is by all sorts of general parts, according to the specific p

7、rocessing requirements of the parts processed, design special combination. Design process needs to be accurate and reasonable arrangements for the location, diameter of axle and rotational speed of each main shaft and drive shaft.Reasonable arrangement of each module on the main shaft and the shaft

8、gear and gear, choose appropriate transmission ratio, at all levels will power and motion by a motor or power components to each work spindle, to get required speed and steering so as to realize the parts processing. To determine the main shaft and the shaft support way and the pre-tightening method

9、s. At the same time also need reasonable decorate inlet, the position of the drain bolt, and tubing, etc.In this paper, based on the principles of the design of spindle box to complete the design and calculation, mainly includes the selection of structural type and dynamic calculation, the design of

10、 spindle box transmission system and computing, computing the coordinates of main shaft and the shaft in the headstock, the general layout design of spindle box.KEY WORDS: side bracket hole, combination machine tools, vertical spindle box, main shaft, drive shaft, the transmission system目 录前 言1第1章 组

11、合机床概述2§1.1 组合机床简介2§1.2 组合机床的特点3§1.3组合机床工艺范围及发展方向4§1.3.1 组合机床工艺范围4§1.3.2 组合机床发展方向4第2章 被加工零件工艺方案的制定6§2.1 零件分析6§2.1.1 零件的用途6§2.1.2 零件毛坯6§2.1.3 零件的技术要求6§2.2 立式钻孔工艺分析7§2.3 确定组合机床切削量及切削力8§2.3.1确定组合机床切削用量8§2.3.2确定组合机床轴向力、切削转矩以及切削功率8§2.4

12、主轴直径的确定和主轴箱所需动力计算10§2.4.1主轴直径的确定10§2.4.2动力箱的选用10§2.4.3生产率及负荷率计算11第3章 侧支架立式主轴箱的设计13§3.1 主轴箱的基本机构及表达方法13§3.1.1 主轴箱简介13§3.1.2 通用主轴箱的组成13§3.1.3 主轴箱上的通用零件14§3.2绘制主轴箱设计原始依据图15§3.3确定主轴结构型式及齿轮模数17§3.4主轴箱的传动系统设计与计算17§3.4.1对主轴箱传动系统的一般要求18§3.4.2传动系统的拟

13、定与计算18§3.4.3 干涉判断，绘制检查图25§3.4.4主轴箱坐标的计算26§3.5主轴箱总图设计34§3.5.1 绘制主轴箱总图及补充加工图34§3.5.2主轴箱补充加工图设计35结 论36参考文献37致谢38 IV前 言机械设计制造及其自动化专业毕业设计是在我们完成了大学四年的全部学习，掌握了，机械设计的一些基础知识，以及专业基础知识，专业知识的基础上进行的，这是对大学四年学习的一项深入性复习，给我们了一次实际锻炼机会，同时也为我们以后的实际工作甚至于之后更加深远的学习提供了一个很好的锻炼机会。因此，此次设计对我们大学四年学习生活以及

14、之后的工作生活都是具有深远意义的。此次设计，我们小组的任务是设计侧支架组合机床，我在其中担任立式主轴箱的设计部分。由于加工工件为8000件，属于大批量生产，同时六个孔的精度要求较高，因此在设计过程中就需要保证主轴箱的排除系统结构合理，以保证主轴位置足够精确并且传动足够稳定。设计过程要注意到许多问题，例如：为了保证主轴转速达到要求，必须尽量减小传动误差；要避免齿轮和主轴、传动轴之间 ，主轴和轴承以及轴承孔等的干涉；以及合理的布置操纵件如手柄轴的位置，以保证工人操作方便等等。完成注油杯、放油螺栓等附件的设计；注意油泵和主轴的转速和转向。应使设计达到最优化结果。我希望通过这次的毕业设计，能够使自己的

15、能力得到提升，不仅要提高自己对专业知识的掌握能力，更要锻炼自己发现问题，分析问题，最终解决问题的能力，为以后的工作和学习打下良好的基础。设计过程也让我懂得设计过程中的一些注意事项，这更加有助于我在今后的工作过程中少犯错误。同时，因为设计需要，查阅了大量的相关书籍，如组合机床设计简明手册、组合机床设计图册等，并且得到了指导老师和同组同学的竭力指导和大力帮助，因此我在此要先对他们表示我最真挚的感谢！ 由于个人能力有限，经验和水平不足，设计过程中难免会出现一些错误和疏漏之处，设计成果不可避免的会出现一些不成熟的地方，对此，还希望老师和同学们能够给予我批评和指正。第1章 组合机床概述§1.1

16、 组合机床简介组合机床是随着生产的发展，由万能机床和专用机床发展来的。它是根据加工工件的具体需要，在大量的通用部件的基础上，结合实际情况配以部分专用部件，以此组成的一种加工效率很高的机床。作为组成组合机床的基础，通用部件是根据各自所要求的功能按标准化、系列化、通用化原则设计和制造的独立部件，它在组成各种组合机床时能互相通用。组合机床的专用部件中也有许多零件是通用零件、标准件和独立部件。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(驱动钻削头)、动力箱(驱动多轴箱)、进给滑台(机械或者液压滑台)等为动力部件。用来安装动力部件的通用部件，如侧底座、

17、立柱、立柱底座等为支承部件。因此，组合机床的设计、制造、调整和重组都很方便。目前，我国组合机床中约有 70 90 的零部件是通用零部件和标准件。 组合机床可以完成对工件多刀、多轴、多面、多工位同时加工，工序集中程度高，加工时间和辅助时间缩短，并且能够重合，同时也很容易组成自动线。组合机床大多都配有液压、气压和电控等系统，生产过程为自动化或半自动化。因此，它的生产率和自动化程度都比较高，适宜于大批量生产。在组合机床上可完成钻孔、扩孔、铰孔、镗孔、攻丝、刮平面、各种车削、各种铣削、磨削及滚压等工序，还可完成打印、清洗、热处理、在线自动检查等非切削工序。其中应用最多的是平面加工和孔加工两类工序。组合

18、机床最适宜于加工各种大中型箱体类零件，如气缸体、气缸盖、变速箱箱体、电机座及仪表壳等零件。这些零件从平面到孔的全部加工工序几乎都可以在组合机床上完成。轴套类、盘类、叉架类和盖板类零件的部分或全部工序的加工，也可以在组合机床上完成。二十世纪70年代以来，随着密齿铣刀、可转位刀具、镗孔尺寸自动检测和刀具自动补偿技术的发展，组合机床的加工精度也得到了提高。铣削平面的平面度可达0.05mm1000mm，表面粗糙度可低达2.50.63m；镗孔精度可达IT76级，孔距精度可达0.030.02m 。§1.2 组合机床的特点组合机床是机械制造业高速发展必不可少的设备之一,是一种效率很高的机床，在实际

19、生产中应用很多。组合机床多用于箱体类或特殊形式的零件的加工过程。加工过程中工件一般不旋转，由刀具的旋转运动和刀具与工件之间的相对进给运动来实现钻、扩、锪、铰、镗孔、铣削端面、切削平面、切削内外螺纹以及加工圆和端面等等加工过程。组合机床是在专业机床和万能机床的基础上发展起来的，是由标准化的的通用部件和按照零件具体加工工艺要求设计的专用部件组成的专用机床。主要你分有：床身、动力头、主轴箱、夹具等。下面将组合机床和专用机床进行对比，以便更好的体现其优越性。对于专用机床来说，除了标准零件以外，其余零件都要一个一个地设计和制造，不但设计劳动量大，并且产品生产周期长。而且，由于零件为单件生产，不仅提高了制

20、造成本，而且生产使用过程中产生的问题也比较多。而对于一台组合机床来说，情况就大不一样了，组合机床是根据具体加工对象的加工要求，用标准化系列化的通用零部件，加上少量的专用部件或零件组成的，同时由于通用零部件占整台机床总零件数的70%90%，设计制造的周期大大地缩短了，同时也减少了制造中的问题，机床工作的可靠性得到了提高，机床制造的成本降低。具体来说，组合机床具有如下一些特点：1. 工作稳定可靠，使用、维修方便。通用化、系列化、标准化程度高，组合机床中有 70% 90% 的通用零、部件。这些零、部件是经过精心设计和长期生产实践考验的，可以组织批量生产或进行定制或外购。 2. 研制周期短、设计制造成

21、本低。组合机床设计过程的主要工作是选用通用零部件。 3. 结构模块化、组合化、配置灵活。大量的通用部件和少量专用部件可以灵活组合成各种类型的组合机床及自动线。当加工对象改变时，可以根据工件和工序要求，将原有的通用零、部件可以重新利用，组成新的组合机床。 4. 自动化程度很高，生产率高。组合机床多采用多刀、多轴、多面、多工位加工。 5. 组合机床加工工件时采用专用夹具、经常采用组合刀具和导向装置等，工序固定、工作自动循环，加工精度靠工艺装备保证，产品质量稳定。同时对操作工人技术水平要求低，劳动强度低。 6.组合机床主轴箱可以对箱体零件上一个面上的多个孔进行同时加工，能比较好的保证各个孔之间的位置

22、精度，同时减少工序间的工件搬运，改善劳动条件，降低劳动强度。7. 组合机床很容易组成自动线，实现联合操纵和控制。 8. 组合机床的通用部件不是为某一种机床设计的，而是具有较广的适应性，这样就使组合机床的结构较为复杂。9. 可变性差，改装时部分零件不能重复利用，且改装时劳动量大。§1.3组合机床工艺范围及发展方向§1.3.1 组合机床工艺范围组合机床的加工内容主要可以分为孔加工和平面加工两大类。孔加工内容有：钻孔、扩孔、铰孔、锪孔、镗孔、倒角、攻螺纹等。平面加工内容主要有：铣削端面、切削平面、车端面等。此外组合机床还可以进行尺寸检查和简单的装备工序。随着综合自动化技术的发展，

23、其工艺范围正扩大到行星铣削、拉削、推削、磨削、车外圆 、抛光、冲压以及焊接、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。组合机床最适合于加工气缸盖、气缸体、变速箱体、电机座及仪表壳等大中型箱体类零件，同时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。组合机床在汽车、拖拉机、柴油机、电机、仪器仪表、军工等大批大量生产中得到广泛应用；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.已推广使用。§1.3.2 组合机床发展方向由于组合机床是针对某一零件的加工过程来设计的，因此它的柔性相对较差。但是现代制造业对机床的要求是除了要提高单品种大批量生

24、产方式的生产率，还要求机床在工件集合形状和机构产生变化，批量大小产生变化的情况下，都能适应零件加工要求。也就是说，组机床必须在保证高的社会生产率的前提下，保证有足够的加工灵活性。伴随着着电子信息技术和控制理论的发展，数控机床在加工制造中占的比重越来越大，与此同时，数控机床也为组合机床的柔性化指出了发展的方向。组合机床对于制造业的根本贡献在于提出了在多轴、多刀、多工序的条件下对工件进行多面、多件、多工位的同时加工的概念，这是实现工序集中的最好途径，这为以后机床提高生产率指明了方向。随着现代制造业的发展，数控机床已和多轴多面加工的原理紧紧的联系在一起了，组合机床和数控机床已没有了严格的区分，这在很

25、大程度上提高了机床的生产率和灵活性。随着社会的发展，现代设计对于零件的精度要求越来越高，特别是高次曲线及高次曲面要素在零件中的大量应用，使得传统的机床无法胜任，而在数控机床中用差补法就能较容易的加工出高次曲线及高次曲面，如果在机床中引入三维坐标测量仪，就能对加工进行闭环控制，提高对其的加工精度。除了要朝柔性化的方向发展外，组合机床的发展还要考虑如下几个问题：1. 提高生产率。其主要方法是改善机床布局，增加同时工作的刀具减少加工余量，提高切削用量，提高工作可靠性及缩短辅助时间等，为了减少自动线停车损失。2. 扩大工艺范围。现在组合机床及其自动线一般已不仅用来完成一个工件加工过程中的几道工序，而是

26、更多的用来完成工件的全部加工工序。3. 为了使组合机床及其自动线能够保证足够的加工精度，广泛采用自动测量和刀具补偿技术以提高加工精度。4. 提高自动化程度，重点在于解决工件的夹压自动化和装卸自动化。5. 为适应中小批量生产的需要，提高组合机床及其自动化的可调性。6. 为适应小型精密零件的加工需要，创制小型组合机床。这种机床多由超小型气动液压动力头配置，体积小，效率高，并且加工精度很高。7. 发展专能机床及其自动线。将组合机床作为通用品种进行批量制造，用户可以根据自己的加工需要，配备不同的专用的刀具及工艺装备。第2章 被加工零件工艺方案的制定§2.1 零件分析§2.1.1 零

27、件的用途侧支架是拖拉机全桥式车架的重要组成部分。车架是介于行走系和拖拉机体之间的骨架。它支撑着机体，并连接着行走系，使之成为一个整体。而侧支架是连接车架上的纵深和车轴，使车架成为一个整体的关键零件。它的45的孔连接托轮轴，使得托轮得以固定(托轮的作用：用来托住履带的上方部分，防止履带下垂过大而出现振跳现象，并防止履带侧向滑落)。因此侧支架是一个较重要的零件。§2.1.2 零件毛坯侧支架的生产纲领为80000件年，属于大批量生产。材料为45钢，硬度为HB156-227，毛坯的制造形式为铸造。§2.1.3 零件的技术要求 如图2-1所示，侧支架的技术要求：图2-1 侧支架零件图

28、1. 孔45表示的相对摆差0.05。2. E面对F面得垂直度0.4/250.3. 45中心线对B面垂直度0.6/100.4. EF加工表面允许有孔眼，尺寸10.0，深度5，距离零件或孔边缘>5，每面不多于5个，孔眼尺寸较允许尺寸略大些。可进行焊补和修正。5. 20孔在距离底面范围内直径允许减少至19.9.6. 20孔各孔中心线相互位置公差不得超过0.25.7. E，F面表面粗糙度不大于Ra12.5.8. R铣表面粗糙度不大于Ra6.3.§2.2 立式钻孔工艺分析设计中，该工序任务是钻六个¢20的孔，如图2-1所示。 图2-1 零件图设计只需六个¢20孔，由于

29、其精度要求不高，采用一般的钻削加工都能满足加工要求。可以采用多把刀同时加工完成的方式，这样大大提高了劳动生产率。钻削加工时为满足生产率的要求，两个工件同时加工，一次完成所有孔的加工。工序：钻6个20的孔。定位和夹紧：本工序采用两个平面和一个外圆面组合定位，使工件完全定位，外圆用V形块夹紧，中央部分液压缸压板压紧，如图2-2所示。在组合钻床上加工。图2-2工序图§2.3 确定组合机床切削量及切削力§2.3.1确定组合机床切削用量切削用量的选择合理与否，将会影响到组合机床的加工精度，生产率，刀具耐用度等，同时对机床的布局形式及正常工作均有很大影响。选定切削用量时应注意以下事项：

30、a)尽量做到合理利用所有刀具，充分发挥其性能；b)应考虑刀具的使用寿命；c)应注意零件批量的影响；(d)切削用量的选择应有利于主轴箱的设计，而且要考虑所选动力滑台的性能。查阅资料可得出¢20孔的相关参数：切削速度v=10-18mmmin；进给量：f=0.08-0.16mmr。根据组合机床总体设计结果，可取切削速度v=12.57mmmin,进给量f=0.12mmr切削速度v=12.57mmin,进给量f=0.12mmr.§2.3.2确定组合机床轴向力、切削转矩以及切削功率确定切削转矩、轴向力和切削功率是为了给后续设计过程中确定主轴及其它传动件尺寸、选择滑台及设计卡具、选择主电

31、动机(一般是选择动力箱的驱动电机)提供依据。主轴转速： （2-1）由上述可知，式中， v=12.57mmin，f=0.12mmr因此， 轴向力： （2-2）式中：D钻头直径(mm)；f系数；抗拉强度(kg/)。扭矩：式中：D钻头直径(mm)；f系数；抗拉强度(kg/)； 切削功率： （2-3）式中：M扭矩(N·mm)；v切削速度(m/s)。§2.4 主轴直径的确定和主轴箱所需动力计算§2.4.1主轴直径的确定刚度条件计算时主轴的直径为 （2-4）式中：d轴直径(mm)；T轴所承受的转矩()； B系数，当材料的剪切弹性模量G=8.1MPa,刚性主轴 ，B=2.316

32、；非刚性主轴，B=1.948；传动轴，B=1.638 所以，主轴轴径 初取主轴轴径为25mm，主轴外伸长度为100mm。主轴的联接采用刚性联接，也称为连杆联系。§2.4.2动力箱的选用动力箱主要依据主轴箱所需的电动机功率来选用。主轴箱所需的电动机功率为 由计算知动力箱切削功率为=0.44kw，可根据轴的直径及转速查表得出，一般取所传递功率的1%。主轴箱传动系统设计之前，无法确定时，则可由下式估算式中，主轴箱传动效率，加工黑色金属时=0.8-0.9，有色金属=0.7-0.8；主轴数多，传动复杂时取小值，传动简单时取大值。本设计中取0.8。所以，所选电动机功率为主轴箱所需总进给力为选用动

33、力箱型号为TD63,电动机型号为Y160M-6，电动机功率为7.5kw，电动机转速970rmin，输出轴转速485rmin；动力箱输出轴至箱底面高度为190mm。§2.4.3生产率及负荷率计算通过生产率和负荷率的计算，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。 (a)理想生产率： Q=A/t式中，A年生产纲领(件)； t年工作时间(h)；双班制工作时 =3900h；A=N(1+)(1+) =80000×(1+2%)×(1+1%)=82416件式中，年生产零件备品率，取2%； 年生产零件废品率，取1%；所以， Q=82416÷3900=21.

34、13件h(b)实际生产率： =L/v f=40/24=1.67min=1+0.05+0.015+0.075+0.03+0.05+0.5=1.72minQ1=60÷(1.67+1.72)=17.70件h(c)机床负荷率： = Q=17.70÷21.13=83.8%机床负荷率一般以65%75%为宜，机床复杂时取小值，反之取大值。第3章 侧支架立式主轴箱的设计主轴箱是组合机床的重要部件之一，主轴箱的设计也是组合机床设计的重要内容。主轴箱设计的步骤大致为：根据“三图一卡”，绘制主轴箱设计原始依据图；确定主轴结构形式及齿轮模数；拟定主轴箱传动系统；计算主轴及传动轴坐标；绘制坐标检查图

35、；绘制主轴箱总图及零件图。§3.1 主轴箱的基本机构及表达方法§3.1.1 主轴箱简介主轴箱是组合机床的重要专用部件。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。主轴箱是用于布置(按照所要求的坐标位置)机床工作主轴及其传动零件和相应的附加机构的，它通过按一定的速比排布齿轮，把动力从动力部件动力头、动力箱、电动机等，传递给各工作主轴，使之获得所要求的转速和转向等。主轴箱和动力箱一起安装在进给滑台上，用以完成钻、扩、绞、镗孔等加工工序。主轴箱按其结构特点可以分为通用主轴箱和专用主轴箱两大类。通用主轴箱可以利用通用的箱体和传动件，而专用主轴

36、箱往往需要加强主轴系统刚性，并且，主轴及某些传动件必须专门设计，因此专用主轴箱通常是指“刚性主轴箱”，即采用不需刀具导向装置的刚性主轴和用精密滑台导轨来保证加工孔的位置精度。通用主轴箱则采用标准主轴，借助导向套引导刀具来保证被加工孔的位置精度。通用主轴箱又分为大型主轴箱和小型主轴箱，这两种主轴箱的设计方法基本相同。§3.1.2 通用主轴箱的组成大型通用主轴箱的主要组成有：主轴，传动轴，传动齿轮、箱体类零件、动力箱或电机齿轮以及叶片泵，分油器，注油杯，排油塞，防油套等。在主轴箱箱体的内腔，可安装厚度24mm的齿轮三排，或厚度32mm的齿轮两排；在后盖内，可安装一排(后盖厚度为90mm、

37、100mm时)或两排(后盖厚度为125mm时)齿轮。§3.1.3 主轴箱上的通用零件1. 通用箱体类零件通用箱体类零件主要包括主轴箱箱体、前盖、后盖、上盖和侧盖等。材料分别为：箱体：HT200；前、后盖：HT150，上盖：HT150。主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。主轴箱箱体的标准厚度为180，立式组合机床的前盖由于要兼做油池，在卧式厚度(55mm)的基础上加为70 ；基型后盖厚度为90，变型后盖厚度有50、100、125等三种类型，可根据主轴箱内传动系统安排和动力箱与主轴箱的连接情况合理选用。2. 通用轴类零件1) 通用主轴 通用

38、主轴一般可以分为钻削类和攻螺纹类两类，由于设计内容为钻床，因此下面主要讲钻削类主轴。钻削类主轴采用两端轴向定位方式，按支承形式的不同可分为圆锥滚子主轴，滚针轴承主轴和滚珠轴承主轴三类。圆锥滚子轴承主轴，前后支承均为圆锥滚子轴承，可承受较大的径向力和轴向力，结构简单、装配调整方便，广泛应用于扩、镗孔、绞孔和攻螺纹工序。滚珠轴承主轴，前支承为向心球轴承和推力轴承，后支承为向心球轴承或圆锥滚子轴承，前支承的推力球轴承设置在深沟球轴承的前边，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。主轴材料一般为40Cr钢，热处理C42；用滚针轴承的主轴材料为2

39、0Cr钢，热处理S0.5-1，C59。由上可知，本次设计过程采用滚珠轴承比较合适。2) 通用传动轴 常用的通用传动轴按其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传动轴、润滑泵轴、手柄轴等四种。通用传动轴材料一般用45钢，热处理T215；滚针轴承的材料为20Cr钢，热处理S0.5-1，C59.3 通用齿轮通用齿轮包括动力箱齿轮，齿宽32mm，轴向总宽度84mm；电动机齿轮，齿宽32mm；传动齿轮，齿宽有24mm、32mm两种。标准齿轮为不变位齿轮。材料为45钢，齿部高频淬火G54. 4润滑泵规格较大的通用主轴箱常采用R12-1A叶片泵进行润滑。润滑泵泵出的油经分油器至各润滑点

40、。R12-1A叶片润滑泵的每转排油量为6ml，推荐转速为550-800r/min，转速过低，将会导致吸油困难。5其他通用零件除上述零件以外，主轴箱上还有隔套、键套、防油套、注油杯、定位销以及锁紧螺母、防松垫圈等一系列的通用零件，这些零件均已达到经标准化或通用化，无需额外设计。§3.2绘制主轴箱设计原始依据图主轴箱设计原始依据图是根据“三图一卡”绘制的，其主要内容如下：1)根据机床联系尺寸图，绘制主轴箱外形图，并标注轮廓尺寸和驱动轴O1、定位销孔的位置。2)根据联系尺寸图和加工示意图，画出工件与主轴箱的对应位置尺寸，标注所有主轴的坐标值及工件轮廓尺寸。在原始依据图中应注意：主轴箱与工件

41、的摆放位置，一般情况下，工件在主轴箱前面。图中，主轴箱的两定位销孔中心连线为横坐标，因为工件和加工孔对称，选择箱体中垂线为纵坐标。3)标注各主轴的转速及旋转方向。绝大部分主轴为逆时针(面对主轴看)，故逆时针转向不标，只标顺时针转向主轴。4)列表说明各主轴的工序内容、切削用量以及主轴的外伸尺寸。5)表明动力部件(包括主电机)的型号及其性能参数。6)工艺上的要求。例如，当立式多工位回转工作台机床的夹具与工作台使用锥销定位时，则应在立式主轴箱对应于工作台回转中心的位置上，增加一个装配工艺孔。本设计中，从“三图一卡”中可以得到：(1)主轴箱外轮廓尺寸1000x800mm；(2)工件轮廓尺寸和各孔位置尺

42、寸；(3)工件和主轴的相对位置尺寸。根据这些尺寸数据可绘制出主轴箱设计原始依据图和附表。附表：(a)被加工零件 名称：75拖拉机侧支架 材料：45 硬度：HB156-227(b)主轴外伸尺寸及切削用量 主轴外伸长度为100mm 切削用量：f=0.12mmr， =f·n=24mmmin(c)动力部件TD63型动力箱电机功率7.5kw，转速970rmin，驱动轴转速485rmin，驱动轴到滑台表面距离为190mm.因此，可初步绘制出原始依据图，如图3-1所示。图3-1组合机床立式主轴原始依据图表3-1 主轴外伸尺寸及切削用量轴号主轴外伸尺寸工序内容切削用量DdLnv(mmmin)f(mm

43、r)1、2、3、4、5、67、8、9、10、11、123826115钻¢20孔20012.570.12§3.3确定主轴结构型式及齿轮模数一般情况下，主轴的结构形式主要根据工件加工工艺、刀具和主轴的连接结构和刀具的进给抗力及切削转矩等一系列依据来确定。由于钻削加工主轴需承受较大的单向轴向力，因此最好选用向心球轴承和推力球轴承组合的支承结构，并且要使推力球轴承配置在主轴前端；如主轴前进和后退两个方向都要进行切削时，可选用前后支承都是圆锥滚子轴承的主轴结构，以使其能够承受两个方向的轴向力；如果主轴孔间距较小，可选用滚针轴承和推力球轴承组合的支承结构，但这种结构的主轴精度和装配工艺

44、性均较差，除非必要时最好不选用。本设计立式钻孔，可采用第一种主轴结构型式，即向心球轴承和推力球轴承组合的支承结构。齿轮模数一般用类比法确定，本设计采用下式估算 （3-1）式中，m所估算的齿轮模数(mm)；P齿轮所传递的功率(kw)； z一对啮合齿轮中的小齿轮齿数；n小齿轮的转速(rmin)。主轴箱中的齿轮模数常用2、2.5、3、3.5、4几种。本设计中考虑到各加工孔之间的距离相对较小，初定模数m=3mm.§3.4主轴箱的传动系统设计与计算传动系统的设计是主轴箱设计中最关键的一环。所谓传动系统，就是用一定的传动链，按要求把动力从动力部件的驱动轴传递到主轴上去，同时满足主轴箱其他结构的要

45、求。由于主轴箱具有以下特点：针对某零件的特定工序恒速加工，传动链短；多主轴同时加工，传动链分支多。因此，主轴箱的传动设计，以获得需要的主轴转速和旋向为原则，不存在类似通用机床前缓后急的最小传动比限制，甚至可用升速传动副驱动主轴。§3.4.1对主轴箱传动系统的一般要求1. 从面对主轴的位置看去，所有主轴(除非特殊要求外)应逆时针方向旋转。2. 在保证主轴的强度、刚度、转速和旋向的前提下，应力求使主轴、传动轴和齿轮的数量和规格最少。尽可能用一根传动轴同时带动多根主轴，并将齿轮布置在同一排位置上。当齿轮啮合中心距不符合标准时，可采用齿轮变位的方案来凑中心距。3. 尽量避免主轴兼做传动轴用，

46、以免增加主轴负荷，影响加工质量。4. 主轴箱内齿轮传动副的最大传动比，最小传动比；最佳传动比为，以使主轴箱结构紧凑；后盖内的齿轮传动比；除传动链的最后可采用升速传动外，应尽可能避免升速传动，以避免空转功率损失。5. 用于粗加工主轴上的齿轮，应尽可能设置在前端第排，以减少主轴的扭转变形；精加工主轴上的齿轮，应设置在第排，以减少主轴端的弯曲变形。6. 同一主轴箱内，如有粗、精加工主轴，最好从动力箱驱动轴后，就分两条路线传动，以免影响精加工主轴的加工精度。7. 驱动轴直接带动的传动轴数不要超过2根，以免给装配带来困难。8. 最佳传动比为11.5,但允许用到33.5。9. 刚性镗削主轴上的齿轮，其分度

47、圆直径要尽可能大于被加工孔的直径，以减少振动。10. 尽可能避免升速传动，必要的升速最好放在传动链的最末一、二级，以减少功率损失。§3.4.2传动系统的拟定与计算主轴的分布尽管有各种各样类型，但通常采用的经济而有效的传动是：用一根传动轴带动多跟主轴。因此，设计传动系统时，首先把所有主轴分成尽可能少的若干组同心圆，然后在各个同心圆的圆心上分别设置中心传动轴，来带动各自一组的主轴，接着再用尽可能少的传动轴把各组轴与动力部件驱动轴联接起来。这就是“从主轴的布置开始，最后再引到动力部件的驱动轴上”。注意：驱动轴的中心必须处于主轴箱箱体宽度的中心线上，其中心高则从选定的动力箱的联系尺寸图中查出

48、。1. 主轴分布设置系统主轴分布类型一般有“同心圆分布”、“直线分布”、“任意分布”三种。如图3-2所示，六根主轴不可能按一个“同心圆分布”布置，因为水平方向距离很大，所以采用两个“同心圆分布”排列，左边三根主轴是一组，右边是一组，两根传动轴又呈直线分布，用一根轴带动这两根轴就可以了。 图3-2主轴分布图 2. 传动树形图的拟定在保证各轴、齿轮、轴承孔不干涉，并满足各主轴、驱动轴转动方向均为逆时针旋向的条件下，合理布置各轴位置。因此传动系统的传动树形图如图3-3所示。图3-3立式主轴箱传动系统的传动树形图3传动计算(1) 齿轮模数的确定所以，取m=2,驱动轴上取m=3。传动的基本公式： （3-

49、2） （3-3） （3-3） （3-4）式中：主动轮齿数；从动轮齿数；主动轮转速(n/min)；从动轮转速(n/min)； 中心距(mm)；m模数(mm)表3-1 电机参数型号形式电机型号电机功率(KW)(mm)电动机转速(r/min)输出轴转速TD63Y160M67.5490970485(2)下面用上面的公式来设计传动系统0轴上取,1) 取 所以，由表3-1知0轴转速为485r/min2) 取 m3故21轴的转速为：3) 取 m3 4) m35)取 m2.56)取 m2计算后可排出传动系统图，上面标有轴号以及每对齿轮的齿数和模数如图3-4所示(3)齿轮传动比验算： 三个主轴的转速与设计转速相

50、差很小，传动比误差在允许范围之内所以传动系统的设计可行。 图3-4 传动系统图 (4)估算轴径刚度条件计算时主轴的直径为 （3-5）式中，d轴直径(mm)； T轴所承受的转矩()； B系数， B=1.948(主轴)，B=1.638(传动轴)。式中，T轴所承受的转矩(); P功率(k w); n转速(r/min).已知封齿轮机械传功效率为0.97，滚动轴承传动效率为0.99主轴112： 所以取主轴直径d=25mm。传动轴1316： 所以取传动轴直径d=30mm。传动轴17、18： 所以取传动轴直径d=30mm。传动轴19、20： 所以取传动轴直径d=30mm。传动轴21、22： 所以取传动轴直径

51、d=30mm。传动轴23、24： 所以取传动轴直径d=30mm。传动轴25： 所以取传动轴直径d=30mm。初步进行轴径验证，计算依据： （3-7）式中，d轴的直径(mm)；M轴所传递的扭矩(kg·mm)；轴的抗扭截面模数()，实心轴的；许用剪切应力()；B系数。当材料的剪切弹性模数时，B值如下： 1/4 1/2 1B 7.3 6.2 5.2通过计算 ，并查轴能承受的扭矩表，确定各轴轴径初步满足安全要求。§3.4.3 干涉判断，绘制检查图经初步判断，可知在齿轮的齿数、模数设计及坐标确定的过程中，并没有采用凑中心距的做法，即各个齿轮均为标准齿轮，不需变位。现绘制传动关系的检查

52、图，它是坐标计算完毕进行的。根据多年来主轴箱设计的实践证明，除传动系统很简单的主轴箱以外，一般地都要画一张检查图，用以检查下述各项：1. 坐标计算的正确性；2. 零件间有无干涉(齿轮与齿轮、齿轮与隔套或轴、齿轮与箱体、轴承与轴承、主轴防油套与防油套等)；3. 附加机构的位置是否合适；4. 其他项目。图3-5 检查图可知传动系统设计的比较合理，没有干涉的出现，此方案合理。§3.4.4主轴箱坐标的计算 坐标计算是主轴箱设计的重要环节之一。它主要包括计算主轴和传动轴的坐标位置两部分内容。为了保证组合机床的加工精度(被加工孔的位置精度)，同时确保齿轮正确的啮合关系。主轴箱坐标计算必须确保正确

53、，否则，将会给生产造成损失，轻则返工，重则会使主轴箱报废。主轴箱计算的顺序和方法：1. 主轴箱坐标系原点的确定为了计算主轴箱各点的坐标，对于每个主轴箱都必须选择一个坐标原点，当主轴箱直接安装在动力滑台或床身上时，一般选取主轴箱体底平面与通过其定位销孔的垂直线交点为坐标原点。对于安装在动力箱或动力头上的主轴箱，一律选取主轴箱体的定位销孔为坐标原点。 2. 坐标计算的顺序主轴箱坐标的计算顺序是：先计算主轴坐标，然后计算与这些主轴直接啮合的传动轴坐标，再按顺序计算其余轴的坐标。计算过程中要随时将计算出来的各轴坐标填入专门的表格中，以备后用。3. 主轴坐标的计算主轴坐标的计算是按主轴箱设计原始依据和被加工零件工序图进行的。为了确保主轴坐标的正确性，一般再按被加工零件图进行一次验算。主轴坐标的计算精度，要求精确到小数点后第三位数字。4. 传动轴坐标的计算传动轴坐标计算是主