卧式双面组合钻床右主轴箱设计

1、1. 绪 论 1.1 课题背景及目的组合机床（图1.1）是以通用部件为基础，配以按工件特定形状和加工工艺设计的专用部件和夹具，组成的半自动或自动专用机床。图1.1组合机床一般用于加工箱体类或特殊形状的零件。加工时，工件一般不旋转，由刀具的旋转运动和刀具与工件的相对进给运动，来实现钻孔、扩孔、锪孔、铰孔、镗孔、铣削平面、切削内外螺纹以及加工外圆和端面等。有的组合机床采用车削头夹持工件使之旋转，由刀具作进给运动，也可实现某些回转体类零件（如飞轮、汽车后桥半轴等）的外圆和端面加工。组合机床具有如下的特点：(1)主要用于棱体其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

2、刀同时自动加工。(3)加工精度稳定。因为工序固定，可选用成孰的通用部件、精密夹具和自动工作循环来保证加工精度的一至性。(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，通用零部件占7090%，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。因结构是横块化、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。1.2 国内外研究状况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。

3、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。二十世纪70年代以来，随着可转位刀具、密齿铣刀、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有所提高。铣削平面的平面度可达0.05毫米1000毫米，表面粗糙度可低达2.50.63微米；镗孔精度可达IT76级，孔距精度可达0.030.02微米。专用机床是随着汽车工业的兴起而发展起来的。在专用机床中某些部件因重复使用，逐步发展成为通用部件，因而产生了组合机床。最早的组合机床是1911年在美国制成的，用于加工汽车零

4、件。初期，各机床制造厂都有各自的通用部件标准。为了提高不同制造厂的通用部件的互换性，便于用户使用和维修，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商，确定了组合机床通用部件标准化的原则，即严格规定各部件间的联系尺寸，但对部件结构未作规定。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。动力部件是为组合机床提供主运动和进给运动的部件。主要有动力箱、切削头和动力滑台。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。输送部件是用以输送工件或主轴箱至加工工位的部件，主要有分度回转工作台、环形

5、分度回转工作台、分度鼓轮和往复移动工作台等。控制部件是用以控制机床的自动工作循环的部件，有液压站、电气柜和操纵台等。辅助部件有润滑装置、冷却装置和排屑装置等。为了使组合机床能在中小批量生产中得到应用，往往需要应用成组技术，把结构和工艺相似的零件集中在一台组合机床上加工，以提高机床的利用率。这类机床常见的有两种，可换主轴箱式组合机床和转塔式组合机床。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 论文构成及研究内容目前，组合机床主要用于平面加工和孔加工两类工序。其中孔

6、加工包括钻、扩、铰、镗孔以及倒角、切槽、攻螺纹等。随着综合自动化的发展，其工艺范围正在扩大到车外圆、行星铣削、拉削等工序。此外还可以完成焊接、热处理、自动装配和检索、清洗等非切削工作。组合机床在汽车、拖拉机、柴油机、电机、仪器仪表、军工等行业大批大量生产中以获得广泛的应用；在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、电机座等。我国组合机床技术的发展起步比较晚，但通过不断引进大量先进的技术和设备，经过科技人员的积极消化和吸收，与时俱进，努力奋斗，使我国的组合机床技术有了迅速发展。本次毕业设计题目为卧

7、式双面23轴组合钻床右主轴箱设计，主要有以下几部分组成：绪论、总体结构设计、多轴箱设计。另外论文还包括总体结构图和主要零件的结构图。本次设计研究的主要是卧式双面23轴组合钻床右主轴箱设计，本次设计重点放在多轴箱的结构设计上，同时介绍齿轮位置的设计和齿轮轴以及其它部件的选用。2. 加工工艺分析加工对象：后端面材料牌号：HT250材料硬度：HB190-240加工内容：在后端面上钻扩7个孔生产批量：1万台/年工艺方案的拟定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、结合机床常用工艺方法、充分考虑各种影响因素，并

8、经过技术经济分析后拟定出先进、合理、经济、可靠的工艺方案。本工序在前后端面上钻孔、倒角：在后端面上钻扩7个孔（图2.1）：钻28.5深15.5mm（通孔）11×90°，钻38.5深23.5沉孔11×90°，锪孔2-15深4.5（平底孔）。图2.1本工序中满足工艺方案基本原则：粗精加工分开原则；工序集中原则（适当考虑相同类型工序的集中；有相对位置精度要求的工序应集中加工）。满足在制定加工一个工件的几台成套机床或流水线的工艺方案时，应尽可能使精加工集中在所有粗加工之后，以减少内应力变形影响，有利于保证加工精度。3.多轴箱的基本结构及表达方法多轴箱是组合机床的

9、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。多轴箱一般具有多根轴同时对一列孔系进行加工。但也有单轴的，用于镗孔居多。多轴箱按结构特点分为通用（即标准）多轴箱和专用多轴箱两大类。前者结构典型，能利用通用的箱体和传动件；后者机构特殊，往往需要加强主轴系统刚性，而使主轴及某些传动件必须专门设计，故专用多轴箱通常指“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。通用多轴箱则采用标准主轴，借助导向套引导刀具的设计方

10、法基本相同。处于本设计的考虑，下面仅介绍大型通用多轴箱的设计。3.1 多轴箱的组成大型通用多轴箱由箱体、主轴、传动轴、齿轮和附加机构等组成，其基本结构包括：箱体、前盖、后盖、上盖、侧盖等箱体类零件；主轴、传动轴、手柄轴、传动齿轮、动力箱或电动机齿轮13等传动类零件；叶片泵、分油器、注油标、排油塞、油盘（立式多轴箱不用）和防油套等润滑及防油元件。在多轴箱箱体内腔，可安排两排32mm宽的齿轮或三排24mm宽的齿轮；箱体后壁与后盖之间可安排一排或两排24mm宽的齿轮。3.2 多轴箱总图绘制方法特点(1)主视图 用点划线表示齿轮节圆，标注齿轮齿数和模数，两啮合齿轮相切处标注罗马字母，表示齿轮所在排数。

11、标注个轴轴号及主轴和驱动轴、液压泵轴的转速和转向。(2)展开图 每根轴、轴承、齿轮等组件只画轴线上边或下边（左边或右边）一半，对于结构尺寸完全相同的轴组件只画一根，但必须在轴端注明相应的轴号；齿轮可不按比例绘制，在图形一侧用数码箭头标明齿轮所在排数。3.3 多轴箱通用零件多轴箱通用零件包括：通用箱体类零件、通用主轴、通用传动轴、通用齿轮和套。为节约时间，把握设计重点，其详细不在此列说。4.多轴箱的设计目前多轴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，按事先编制的程序，通过人机交互方式，可迅速、准确的设计传动系统，绘制多轴箱总图、零件图和箱体补充加工图，打

12、印出轴孔坐标及组件明细表。一般设计发的顺序是：绘制多轴箱设计原始依据图；确定主轴结构、轴颈及齿轮拟定传动系统；计算主轴、传动轴坐标（也可用计算机计算和验算箱体轴孔的坐标尺寸）、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。具体内容和方法简述如下。4.1 绘制多轴箱设计原始依据图多轴箱设计原始依据图是根据“三图一卡”绘制的。其主要内容及注意事项如下：(1)根据机床联系尺寸图，绘制对轴箱外形图，并标注轮廓尺寸及动力箱驱动轴的相对位置尺寸。(2)根据联系尺寸图和加工示意图，标注所有主轴位置尺寸及工件与主轴、主轴与驱动轴的相关位置尺寸。在绘制主轴位置时，要特别注意：主轴和被加工零件在机床上是

13、面对面安放的，因此，多轴箱主视图上的水平方向尺寸与零件工序图上的水平方向尺寸正好相反。其次，多轴箱上的坐标尺寸基准和零件工序图上的基准经常不重合，应根据多轴箱与加工零件的相对位置找出统一基准，并标出其相对位置关系尺寸，然后根据零件工序图各孔位置尺寸，算出多轴箱上各主轴坐标值。(3)根据加工示意图标注各主轴转速及转向主轴逆时针转向（面对主轴看）可不标，只注顺时针转向。(4)标明动力部件型号及其性能参数等。图4.1所示为卧式双面23轴组合钻床右主轴箱设计原始依据图。 图4.1 多轴箱设计原始依据图注：1. 被加工零件编号及名称：YTR3105.020101 气缸体。材料及硬度：HT250，1902

14、40HBS。 2. 主轴外尺寸及切削用量（表4.1）。 3. 动力部件1TD32，电动机功率2.2KW，电动机转速1430r/min，输出轴转速715r/min。表4.1 主轴外尺寸及切削用量轴号主轴外伸尺寸（mm）切削用量D/dL工序内容n(r/min)v(m/min)f(mm/min)4，550/30115钻8.5深15.543011.4850232/20115 钻8.5深23.543011.48503,650/30115 钻8.5深23.5430 11.48 501732/20115锪15深4.532011.785050/301154.2 主轴、齿轮的确定及动力计算 主轴型式和直径、齿轮

15、模数的确定(1)主轴形式的确定 主轴的型式和直径，主要取决于工艺方法、刀具主轴连接结构、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主轴；主轴间距较小时常选用滚针轴承主轴。主轴1、2、3、4、5、6、7钻孔采用滚珠轴承主轴。主轴直径按加工示意图所示主轴类型及外伸尺寸可初步确定。传动轴的直径也可参考主轴直径大小初步选定。待齿轮传动系统设计完后再检验某些关系轴颈。(2)主轴直径的确定 主轴1、2、3、4、5、6、7按加工示意图所示主轴类型及外伸尺寸初步确定为20mm。(3)齿轮模数的确定 齿轮模数m（单位为mm）一般用类比法确定，也可按公式估算。本次设计多采用

16、类比法。同时为了便于生产，同一多轴箱中的模数规格一般不多余两种。现本设计中采用的模数为2、3mm。 多轴箱所需动力的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。传动系统确定后，多轴箱所需功率P按下列公式计算： P = P + P + P= P + P + P式中P切削功率，单位KW； P空转功率，单位KW； P与负荷成正比的功率损失，单位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表获得；每个轴上的空转功率按1中的表46确定；每个轴上的功率损失，一般可取所传递功率的1%。(1)切削功率的计算 主轴1、7加工的工序内容和切削用量一样，主轴1、7的切削功率一样。主轴1、7的

17、切削转矩T=10 DfHB。进给量f50mm/min(50÷250)mm/r = 0.2mm/min布氏硬度HBHB（HBHB）240（240190）223.33切削转矩T10 DfHB10×15×0.2×223.3310××171.62×0.276×25.6712156.76N·mm主轴1、7的切削功率P0.312KW主轴2、3、4、5、6加工的工序内容和切削用量一样，主轴2、3、4、5、6的切削功率一样。主轴2、3、4、5、6的切削转矩T=10 DfHB。进给量f50mm/min50÷430

18、mm/r = 0.116mm/min布氏硬度HBHB（HBHB）240（240190）223.33切削转矩T10 DfHB10×8.5×0.116×223.3310×58.33×0.179×25.672680.22N·mm主轴2、3、4、5、6的切削功率P0.118KW(2)空转功率的计算 主轴1的空转功率按1中的表46得：P0.018KW。主轴7的空转功率查1中的表46得：P0.042KW。主轴2的空转功率查1中的表46得：P0.030KW。主轴3、6、4、5的空转功率按1中的表46得：P0.067KW。传动轴的总空转功率

19、查1中的表46得： P=PP+P+P+P 0.047+0+0.074+0.030+0.074 0.225KW(3)损失功率的计算 每根轴上的功率损失，一般可取所传递功率的1%，故可忽略不计多轴箱所需功率PP + P + P1.214+0.583+01.797KW4.3 多轴箱传动设计 拟定传动路线 把主轴1、2视为一组直线分布主轴，在两主轴中心连线的垂直平分线上设中心传动轴8；把主轴3、4视为一组直线分布主轴，在两主轴中心连线的垂直平分线上设中心传动轴9；把主轴5、6视为一组直线分布主轴，在两主轴中心连线的垂直平分线上设中心传动轴10；把主轴6、7视为一组直线分布主轴，在两主轴中心连线的垂直平

20、分线上设中心传动轴11；中心传动轴8和中心传动轴11与驱动轴0连接起来，形成多轴箱传动树形图（图4.2）。图中主轴17为“树梢”，驱动轴0为“树根”，各分叉点为传动轴811，轴8、9、10、11即为中心传动轴也为合拢传动轴；各轴间的传动副为“树枝”，箭头表示运动传递方向（路线）。运用传动树形图对多轴箱进行传动方案设计较为清晰、简便。4.3.2 确定驱动轴、主轴坐标尺寸 根据原始依据图4.1，算出驱动轴、主轴坐标尺寸，如表4.2所示。表4.2 驱动轴、主轴坐标值坐标销0驱动轴0主轴1主轴2主轴3X0.0000.000146.000109.000140.000Y0.00061.000-26.000

21、86.000158.000坐标主轴4主轴5主轴6主轴7X98.000-98.000-102.000-149.000Y220.000220.000136.000-26.0004.3.3 确定传动轴位置及齿轮齿数(1)确定传动轴8的位置及其与主轴1、2间的齿轮副齿数 传动轴8中心取在主轴1、2的垂直平分线上，取中心距AA81mm，从而确定传动轴8的位置。取模数m2，传动比uu0.458。按公式求得：zz26 zzz2655 （设在第排）把z z，z z设在第排 nn(430×)r/min197r/min轴0到轴8传动副的确定，中心距A90mm，模数m3，传动比u2.335。按公式得： z

22、42 zz18 （设在第排）(2) 确定传动轴11的位置及其与主轴6、7间的齿轮副齿数 传动轴11中心取在主轴6、7的垂直平分线上，取中心距AA94mm，从而确定传动轴11的位置。取模数m2，传动比uu0.493。按公式求得：zz31 zzz3163 （设在第排）把z z，z z设在第排 nn(430×)r/min212r/min轴0到轴11传动副的确定，中心距A90mm，模数m3，传动比u2.170。按公式得： z40 （设在第排） (3)确定传动轴9的位置及其与轴2、3、4间的齿轮副齿数 取z=40，则有中心距A=86mm , A=85mm 。从而确定传动轴9的位置。轴2到轴9传

23、动副的确定，取模数m2，则有z=40，按公式得: nn=430×=290 r/min （设在第排）轴9到轴4的传动副的确定，取模数m2，按公式得: Zn=290×=45轴9到轴3的传动副的确定，取模数m2，已知A=72mm按公式得: = =又z+ z=72，则有z=29，z=43 。 （设在第排） (4)确定传动轴10的位置及其与轴5、6间的齿轮副齿数 取z=31 u=1，则有n= n=430 r/min。 （设在第排）已知主轴5、6的转速分别为n=450 r/min，n=230 r/min。取模数m2，按公式得: Zn=430×=39轴5到轴10的传动副的确定，取模数m2，按公式得: Zn=250×=23 （设在第排）将传动设计的全部齿轮齿数、模数及所在排数，按规定格式标在传动系统图（图001）中。最后计算各主轴的实际转速如表4.3所示（与原始依据图的要求基本一至，转速相对损失在5以内）；润滑泵转速也符合要求。表4.3各主轴实际转速