毕业设计（论文）-钻曲轴法兰螺栓底孔专用机床设计说明书

目录TOC\o"1-9"\h\u6545设计总说明 114272INTRODUCTION 2236411.绪论 423242.设计任务 5186512.1任务的内容与要求 5326723.夹具的初步设计 514003.1夹紧装置应具备的根本要求 541373.2夹紧力方向和作用点的选择 629024.专用机床的总体设计 7144034.1确定切削用量以及选择刀具 7178064.1.1确定工序间的余量 7212914.1.2选择切削用量 7298974.1.3确定需要的切削力、切削扭矩、切削功率和刀具耐用度 7122205.机床总体设计――三图一卡 8250675.1被加工零件工序图 869065.2加工示意图 8222485.3选择刀具、对刀装置 9112645.3.1刀具选择 960165.3.2钻套高度和排屑间隙 9174945.4初定主轴的类型、尺寸和外伸长度 983835.5确定动力部件的工作循环及其工作行程 1040895.6机床联系尺寸图 10280005.7动力部件的选择 11272885.8机床装料高度确实定 12119275.9多轴箱的轮廓尺寸 12317045.10机床生产率计算卡 1491576.多轴箱设计 16109116.1专用机床多轴箱的用途及分类 16207656.2通用多轴箱的组成和通用部件 16183496.3多轴箱的通用零件 1752046.4多轴箱结构型式的选择和动力计算 1746226.4.1绘制多轴箱设计原始依据图 18204176.4.2主轴外伸尺寸及切削用量 1931246.4.3动力部件 19265306.4.4主轴结构型式的选择 1937656.5主轴分布类型及传动系统设计与计算 20272296.5.1主轴分布类型 20117626.5.2传动系统的设计与计算 20292606.6强度校核 2377036.6.1主轴的强度校核 2378096.6.2齿轮的强度校核 26228656.7多轴箱的坐标计算 30241677.专用机床多轴箱装配图设计 31126807.1通用多轴箱总图设计 31184737.1.1主视图和侧视图 31283317.1.2展开图 31114307.2主轴和传动轴 31194868.三维实体造型设计 32224489.总结 372163210.参考文献 3810028鸣谢 39设计总说明本论文主要说明钻曲轴法兰螺栓底孔专用机床设计的根本过程和要求。专用机床一般采用多轴、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，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。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。因此专用机床兼有低本钱和高效率的优点,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。论文主要内容包括四大局部:〔1〕、制定工艺方案通过了解被加工零件的加工特点、精度和技术要求、定位夹紧情况、生产效率及机床的结构特点等，确定在专用机床上完成的工艺内容及加工方法，并绘制被加工零件工序图。〔2〕、专用机床的总体设计确定机床各部件之间的相互关系，选择通用部件和刀具的导向，计算切削用量及机床生产效率、绘制机床的尺寸联系图及加工示意图。〔3〕、专用机床部件设计包括专用多轴箱的设计，传动布局合理，轴与齿轮之间不发生干预，保证传动的平稳性和精确性。专用主轴设计，轴承的选用及电机的选择等。〔4〕、专用夹具的设计定位加紧装置为手动控制。保证夹紧过程可靠，夹紧力的大小适当，振动小，不会产生过大的夹紧变形。且操作简单方便、省力、平安、结构性好，夹紧装置的结构力求简单，紧凑，便于制造和维修另外，本文还涉及到大量的设计和计算，包括：〔1〕、主轴的选择和传动布置，以保证加工过程中被加工零件的精度；〔2〕、传动轴的设计和校核，以保证轴的刚度；〔3〕、齿轮的设计、计算、对齿轮的强度和刚度进行校核；多轴箱局部是本次设计的重要环节，本次设计中它的设计既要保证工作台的运动的合理、平衡和准确，又要满足工作要求。在本文中的大量设计、计算使它在理论上满足了设计和工作的要求。关键字：专用机床；设计；过程；功能INTRODUCTIONThisthesismainlyelucidatesthebasicprocessandrequirementsthatdesignofthespecialpurposemachine.Combinationmachineisdesignedaccordingthefundamental,Specialpurposemachinetoolscommonlyusedmulti-spindle,multi-tool,process,surfaceortransferprocessingwayatthesametime.Itsproductionefficiencyseveraltimesormorehigherthanthegeneralmachinetoolsandiscommonlyusedinprocessingboxorspecialshapeparts.Whentheworkpiecesaregenerallynotrotate,thebytherotationofthetoolmovementandrelativefeedmovementofcuttingtoolandworkpiece,toimplementadrilling,reaming,counterboring,reaming,boring,millingplane,cylindricalinternalandexternalscrewthreadandcuttingprocessingandface,etc.Duetogmpartshavestandardizationandseriation,canbeflexiblyconfiguredaccordingtoneed,toshortendesignandmanufacturingcycle.Sospecialpurposemachinetoolhasboththeadvantagesoflowcostandhighefficiency,iswidelyusedinlarge,massproduction,andcanbeusedtoformautomaticproductionline.Themainpartincluding:FormulatingtechnologicalplanWe,velearnedthecharacteristicofthepartdesigned,accuracyandspecification,locatingandfixing,productivityandmachiningstructurebythepractice.Thenthetechnologicaloperationandworkordercanbedeterminedwhichcanbefinishedincombinationmachine.SpecialpurposemachineframedesignTodeterminestheinterrelationofthedifferentpartinthemachiningtool,selectgeneralpartsandtooloriented.Thencomputecutfeedandproductivityfinallydrawasketchmapofthemachine.SpecialpurposemachinepartsdesignIncludingheadstock、propertransmissionlayout、shaftandgearmovefreelywithoutinterferencewhichensurethestabilityandaccuracyduringtransmission,thendesigndedicatedselectbearingsandengineetc.(4)Hydraulicpressureequipmentdesignslipwayandlocatingandfixingdeviceareallcontrolledbyhydraulicpressure.Itadoptsmanyhydrauliccontrolvalves,whichensurethestability,circulationandaccuracy.Inaddition,thethesisdealswithamountofcomponentsdevicesandcalculations,including:Choiceofthemainshaftanddisposaloftransmission,bydoingsotoensuretheaccuracyofcomponentsmachininginprocesswhenthemainshaftrotating;Thedeviceandcheckofthetransmissionshaft,soitcanassuretherigidityoftheshaftisallowable;(3)Geardeviceandcalculations,checktheperformanceinthestrengthandrigidityofit;headstockisaveryimportantpartinthisthesis,thedesignofitherenotonlyensurestherationality、equipoiseandstabilityofthemotionoftheslipway,butalsosatisfiestherequirementsofdifferentworkenvironment.Somanydesignandcalculationsaboutitinthisthesissuggeststhissystemfullymeetstherequirementsindesignandworktheoretically.Keywords:spcialpurposemachine;design;process;function.加工曲轴法兰底盘螺栓孔专用机床设计毕业设计说明书1.绪论在现代制造业加工中，加工的方法有多种，如铸造，锻轧，焊接，切削加工等各种特种加工。加工零件时,有时候通用机床满足不了要求,或者说是不能很好地满足要求,通俗来说就是，有些特殊的零件，通用机床加工不了，但是有一些虽然能加工，但是精度或者粗糙度等等不能满足要求。有些可以保证精度，但经济本钱高，效率低，这时候也要用到专用机床。这说明专用机床在一些专用零件的加工上站这很重要的地位的。纵观机床的开展史，最原始的机床是在木料钻孔的钻床。当加工对象有木料过渡到金属时，逐渐出现了其他机床，车床、刨床等。到了18世界末，瓦特创造了蒸汽机，蒸汽机提供了新的巨大能源，出现了各种新型的机床。十九世纪末，出现了皮带拖动的机床。二十世纪以来，齿轮的出现，使得机床发生了根本性变革。随着电气，液压等科技技术的出现在机床上，使得机床有了很迅速的开展，各种各样的通用机床出现了。除此之外，更加专业化的各种各样的专用机床出现了。由于专机的工艺、布局、机构以及性能等都是针对特定的被加工零件设计的,因此易使机床结构简单、自动化和多刀加工,提高了生产率。专用机床一般采用多面、多刀、多工位、多轴等等同时加工，在很大程度上使得生产率提高，效率比通用机床好很多，而且加工出来的零件精度一般比通用机床的高。另外，一件件的通用部件组成了专用机床，绝大多数的通用组件已经被系列化、标准化了，可根据需要灵活的组装起来，能缩短设计时间。因此，专用机床可以广泛应用在大批量的生产线中。同时机床还可以组成自动生产线，使得工人的工作变得更轻松，效率更高。汽车制造业的逐步兴起，专用机床随之而开展起来了。由于有一些在专用机床的部件被重复使用，因此这些部件慢慢的开展成为通用部件，这些促使组合机床逐步开展了。在美国1911年时，制造出了世界上最早的专用机床的组合机床是，广泛用于汽车零件的加工。初段时期，每个机床制造厂都有自己的通用部件的标准。为了让户使用、维修过程的方便，各个机械制造厂把通用部件的互换性提高了，美国通用汽车公司、美国福特汽车公司在1953年与美国机床制造厂进行协商，从而使得组合机床得通用部件得以标准化原那么，即严格规定了各部件之间的联系尺寸，但是没有规定部件的结构。现代工业运用领域中，尤其是在中国这样的的制造业大国里，大多数机器零部件的制造都是用机床大批量完成的，组合机床在集成制造业中的应用越来越广泛了，而且能把生产力大大提高，因此研究与设计组合机床是具有重要的现实意义。组合机床的组成是根据加工工件的需要，把根底的通用部件和少量专用部件加以组成的。换句话说，组合机床是就是通用部件和专用部件的有机结合。通用部件全部都已经标准化、系列化，可根据需要灵活的配置，从而缩短了设计和制造的周期，因此，专用机床不仅本钱低，而且效率高的，故可以应用在大批、大量的生产中，并可以根据需要组成自动生产线。所以，对专用机床的研究具有重要的意义。专用机床部件的分类和组合机床是相类似的。通用部件在其功能上可分为支承部件、动力部件、控制部件、辅助部件和输送部件等五类。动力部件是为组合机床提供主运动和进给运动的部件。主要有动力滑头、动力箱和切削头。支承部件是用于安装动力滑台、输送部件的通用部件，由中间底座、侧底座、可调支架、支架、立柱底座和立柱等组成。输送部件是用于输送工件或者主轴箱到预定工位的部件，是由环形分度回转工作台、分度回转工作台、往复移开工作台和分度鼓轮等组成。辅助部件是附属于动力部件并且配合一起才起作用的部件，是由排屑、冷却、气动、液压等装置组成的。2.设计任务任务的内容与要求根据钻曲轴法兰底盘螺栓孔工序的原始数据，按照具体要求，参考零件图,大量生产。〔1〕.综合运用所学知识,搜集有关资料,独立完成专用机床及夹具设计,(拟定组合机床设计方案,确定切削用量和选择刀具,绘制被加工零件工序图,加工示意图,机床联系尺寸图,填写机床生产率计算卡,选通用部件和设计专用部件,绘制专用部件和专用夹具装配图及非标零件图等).〔3〕.设计方案和计算正确,表达合理,图纸符合制图标准,翻译一篇有关的外文资料,认真写好毕业设计说明书(约10000字).该课题主要按照可完成工序内容进行该组合机床总体设计、分系统机械结构设计、主要零件设计。具体有：1．拟定自动化方案，确定总体布局；2．方案分析及方案设计；3．总体设计〔布局、主要参数、运动方案和原理、驱动及控制方案等〕；4．机械结构装配设计；5．主要零部件结构设计。3.夹具的初步设计3.1夹紧装置应具备的根本要求(1)夹紧过程可靠，不改变工件定位后所占据的正确位置。(2)夹紧力的大小适当，既要保证工件在加工过程中其位置稳定不变，振动小，又要使工件不会产生过大的夹紧变形。(3)操作简单方便，省力，平安。(4)结构性好，夹紧装置的结构力求简单，紧凑，便于制造和维修。3.2夹紧力方向和作用点的选择(1)夹紧力应朝向主要定位基准。(2)夹紧力的作用点应落在定位元件的支承范围内，并靠近支承元件的几何中心。(3)夹紧力的方向应有利于减小夹紧力的大小。(4)夹紧力的方向和作用点应施加于工件刚性较好的方向和部位。(5)夹紧力作用点应尽量靠近工件加工外表。为提高工件加工部位的刚性，防止或减少工件产生振动，应将夹紧力的作用点尽量靠近加工外表。(6)自由度的分析：1)工序定位装置分析：a)为了保证螺栓孔与中心孔中心线C的同轴度要求及位置精度要求，那么应限制元件的Z方向的移动，转动，和Y方向的移动三个自由度；b〕为了保证主轴和连杆轴的同轴度要求，需要限制X方向的移动，转动，和Y方向的转动三个自由度。综上所述，限制工件的六个自由度。2)定位元件限制自由度分析：a)用两个V型块定位限制工件的四个自由度即X的移动，X的转动，Y的移动，Y的转动；b)用支承钉定位，通过支撑钉接触限制Z转动的自由度c)用支撑钉定位，通过支撑钉接触限制Z移动的自由度由此可知，选择定位元件实现了平安定位。图3-1夹紧简图4.专用机床的总体设计4.1确定切削用量以及选择刀具4.1.1确定工序间的余量为了稳定保证加工精度和加工的顺利进行，必须要合理地确定工序间余量。4.1.2选择切削用量是否合理地选择切削用量，会影响专用机床的生产率、加工精度、刀具耐用度、正常工作及机床的布局型式等。由于加工直径d=14.45mm和d=13.75mm两类孔，都在12-22范围内，加工工件硬度在197-250HBS硬度以内，根据?组合设计机床?表3-7得，钻头的进给量f=0.2mm/r,钻头速度，根据得，那么钻速273r/min.4.1.3确定需要的切削力、切削扭矩、切削功率和刀具耐用度计算切削力、切屑扭矩、切屑功率的时候，孔的直径大小有两种，但由于两种孔径相差比拟少，在计算时候选择加工直径14.45的孔的刀具为计算直径，对计算结果影响不大，还满足要求。mm孔的选择14m的刀具，13.75mm孔的选择13.5mm刀具。根据?切屑用量简明手册?表2-32的公式：主切削力式中――决定于被加工材料和切削条件的系数d――刀具直径――进给量――总修正系数查?切屑用量简明手册?表2-32:查?切屑用量简明手册?表2-3的公式得：切削功率P==0.356kw根据?组合机床设计?式3-4得，钻头的耐用度为5.机床总体设计――三图一卡5.1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，表示一台组合机床或自动线完成的工艺内容、加工部位尺寸、精度、外表粗糙度及技术要求、加工用定位基准、夹压部件及被加工零件的材料、硬度、重量和在本道工序加工前毛坯或半成品情况的图纸。它不能用用户提供的产品图纸代替，而须在原零件图根底上，突出本机床或自动线的加工内容，加上必要的说明而绘制的。它是组合机床设计的主要依据。也是制造、使用、检验和调整机床的重要技术文件。图5-1曲轴工序图5.2加工示意图零件加工的工艺方案要通过加工示意图反映出来。加工示意图表示被加工零件在机床上的加工过程，刀具、辅具的布局状况以及工件、夹具、刀具等机床各部件间的相对位置关系，机床的工作行程以及工作循环等。因此，加工示意图是组合机床设计的主要图纸之一，在总体设计中占据重要部位。它是刀具、辅具、夹具、多轴箱、液压电气装置设计及通用部件选择的主要原始资料，也是整台组合机床布局和性能的原始要求，同时还是调整机床、刀具及试车的依据。图5-2加工示意图5.3选择刀具、对刀装置5.3.1刀具选择考虑到工件的材料工件加工尺寸精度外表粗糙度、切削的排除及生产率要求等因素，采用直柄麻花钻加工。专用机床上钻孔，大多采用高速钢钻头在结构钢上钻，根据?机械制造技术根底课程设计指导教程?表3－3得，选择直径为13.5mm和14mm的直柄短麻花钻。钻套高度和排屑间隙根据?组合机床设计?表3-17得，钻套高度与孔距精度、工件材料、孔加工深度、刀具刚度、工件外表形状等因素有关。一般情况下孔距精度在±0.25mm或自由尺寸时，钻套高度H=〔1.5-2〕d.钻套底部与工件间的距离称为俳屑间隙为h。h应适中选取，h值可按以下选取：h=(0.3-0.7)d;加工钢时，h=〔0.7-1.5〕d.本次钻套高度为30mm，排屑间隙为12mm。5.4初定主轴的类型、尺寸和外伸长度综合考虑加工精度和具体工作条件，由于是用于与刀具连接的铣工序，主轴为刚性主轴。根据计算出来的切削扭矩M=12.48N.m，根据?组合机床设计?表3-21、表3-19和表3-22得，选取得B=7.3,初步确定主轴直径为：d≥B·=24.1mm选定主轴直径为25mm，初定采用长主轴主轴直径38/26，主轴外伸115mm。5.5确定动力部件的工作循环及其工作行程动力部件的工作循环是指：加工的时侯动力部件从原始的位置开始运动到加工终了的位置又返回到原始的位置的动作过程。它一般包括快速引进、工作进给、快速退回等动作的。〔1〕工作进给长度应等于工件加工部位长度与刀具切入长度和切出长度之和。切入长度根据工件端面误差情况在5～10毫米之间选择，取10毫米，切出长度在采用一般简单刀具时，参照?组合机床设计?表3-24，钻孔切出长度=1/3d+(3-8〕=10。〔2〕快速退回长度等于快速引进与工作进给长度之和。快速引进是指动力部件把多轴箱连同刀具从原始位置送进到工作进给开始位置。在采用固定式夹具的专用机床上，快速退回行程长度须保证所有刀具均退至夹具导套内而却不影响工件装卸，所以取液压滑台的长度为快速退回长度为400mm。图5-2加工示意图5.6机床联系尺寸图机床的联系尺寸用来表示机床各个组成部件之间的相互装配联系和运动关系，用来检验机床各部件的相对位置及其尺寸联系是否满足加工要求；通用部件的选择是否合理；并进一步开展多图5-3机床尺寸联系图轴箱、夹具等专用部件、零件的设计提供依据。如图5-3所示。5.7动力部件的选择动力部件是通用部件中最根本的部件。第一种动力部件是传递切削主运动的部件，它包含了动力箱、完成各种专能工艺的切削头〔单轴头〕，如铣削头、镗削头、转削头、镗孔车端面头等等。第二种是传递进给运动的部件，它包含了液压滑台和机械滑台等。第三种是转塔动力部件，它包含了多轴转塔头和单轴转塔头等。根据切削功率选择机床电动机时，还要考虑机床的传动效率，?金属切削原理与刀具?公式4.1-4，电动机功率根据查阅?组合机床设计?表2-15，选用1TD40型动力箱，选用电动机Y132S-6，功率N=3.0千瓦，动力箱输出转速，动力箱与动力滑台结合面尺寸：长500毫米，宽500毫米；动力箱和多轴箱结合面之间的尺寸为：宽度为395毫米，高度为320毫米，动力箱的输出轴距箱底面高度为160毫米。为了节省时间和提高生产率，法兰底盘六个孔同时加工，根据计算得出的切削力，算出轴向切削合力，出于与电机箱的配套关系，查阅?组合机床设计?表2－4，选用1HY40A－I型液压滑台。台面宽400mm，台面长800mm，行程长400mm，导轨采用“矩－矩〞的型式，滑台和滑座总高度为320mm，滑座长度为1240mm，允许的最大进给力为20000N，快速行程速度为8m/min，工进速度为12.5～500mm/s。其相关参数如附表1：图5-4液压滑台附表1〔mm)型号型式BB1B2B3LL1L2L3Hb1nmde1HY40IA4004009660.540080012407732035523M1640-120夹具轮廓尺寸确实定专用机床的夹具是保证零件顺利加工和保证加工精度的重要专用部件。为了确定的夹具轮廓尺寸：主要是指夹具底座的长度、宽度和高度。这些尺寸确实定，除了首先要考虑工件轮廓尺寸、形状、具体结构外，还须考虑能够布置下保证加工要求的定位、限位、夹紧机构，而且还要考虑夹具底座和机床其他部件的连接、固定所需要的尺寸,夹具底座轮廓尺寸取1174X280X411。5.8机床装料高度确实定装料高度是指机床上夹具体的工件的定位基准到地面之间的垂直距离。我国过去一直设计的组合机床一般取装料高度为850mm。为提高通用部件及支承部件的刚度，新公布的组合机床标准推荐装料高度为1060mm，与国际标准〔ISO〕一致。本专用机床中，多轴箱的主轴高度110mm，液压滑台高度320mm，选取侧底座高度560mm，夹具底座高度411mm，综合以上因素，装料高度取为1016mm。5.9多轴箱的轮廓尺寸根据?组合机床设计?这本书查的，标准通用的钻削类多轴箱厚度有两种规格的尺寸,卧式为325mm,立式为340mm,其中最重要的是要确定多轴箱的宽度B、高度H和最低主轴高度h1。多轴箱的宽度B,高度H的大小主要与被加工零件孔的位置分布有关,可很据下式来确定:b――工件在宽度方向上两个相距最远的孔的距离〔mm〕b1－－为最边缘主轴中心距箱外壁的距离〔mm〕h――工件在高度方向上两相距最远的孔的距离〔mm〕h1――最低的主轴高度〔mm〕式中h和b为。多轴箱里的齿轮排布必须要有足够空间，否那么会干预，所以取b≥70～100mm。多轴箱最低主轴高度h1是与工件最低孔位置，滑台滑座总高度，机床装料的高度，侧底座的高度，滑座与侧底座之间的调整垫的高度等尺寸之间的关系来确定的。由于本次选择的是卧式机床，h1要保证润滑油不至于从主轴衬套处泄漏箱外，通常推荐h1＞85～140毫米。b=100mm，h=110，取b1=180mm，h1=170mm，算得B=450mm，H=460mm。根据算得的结果,参照?组合机床设计?表4－1，选取滑台台面宽度400mm相应的多轴箱高500mm，宽500mm。如图5-5所示。图5-5多轴箱轮廓尺寸5.10机床生产率计算卡由于已经选好了机床的循环所要求的切削用量、工作行程长度、动力部件的快速和工进速度等，这样就可以算出机床的生产率，并可以编制生产计算卡，就可以把机床的加工过程、完成每一动作所需的时间、切削用量、机床生产率及机床负载率等反映出来。如表5-1所示。实际生产率指完成年生产纲领A〔包括备品和废品率在内〕所要求的机床生产率。全年工时总数K和实际生产率直接关系，很据以往的经验，单班制时生产总数k取2350小时，两班制生产总数K取4600小时。现要求年生产纲领为40000件，那么指所设计机床每小时实际可以生产的零件数量。式中――生产一个零件所需的时间〔分〕，它可根据以下计算：式中、――是刀具第一进给行程长度〔毫米〕；、--是刀具第二进给行程长度(毫米)；――是刀具第一进给量〔毫米〕；--第刀具二工作进给量〔毫米〕；――是动力滑台停留在死挡铁上的时间，一般是指加工到终点位置，即无进给状态下旋转5-10r所需的时间〔分〕；――分别为动力部件快进、快退行程长度〔毫米〕；――动力部件快速行程速度〔米/分〕；――是直线移动或回转工作台一次工位转换的时间,一般可取0.1min〔分〕；――工件装、卸的时间，由以往经验得,取0.5-1.5min。由以上分析取L1=L2=30mm,==0.2x273r/min=54.6r/min,=10x0.15/15=0.1min，,=8m/min=0，=0.844min计算得出机床负载率根据以往的经验得，机床比拟适宜的负荷率为，故该机床的切削用量和设计方案合理。表5-1机床生产率计算卡6.多轴箱设计6.1专用机床多轴箱的用途及分类多轴箱是连接刀具的局部并且是专用机床最为重要的组件之一，它的组成是通用组件。多轴箱顾名思义是由轴组成的，其结构是根据被加工零件的加工要求和刀具的类型等相关来设计的，它所需要的转速和转向是电动机通过动力箱传递的。多轴箱在其结构的大小方向上分两类；大型多轴箱和小型多轴箱。大型多轴箱分为两种：通用〔亦称标准〕多轴箱和专用多轴箱。专用多轴箱的是为了加工某种工件而专门设计的。6.2通用多轴箱的组成和通用部件通用多轴箱的根本组成和根本结构如图6-1所示： 图6-1多轴箱根本结构多轴箱的通用零件是构成标准多轴箱的根底，主要由箱体，传动轴，主轴，轴套和齿轮构成。6.3多轴箱的通用零件1〕箱体很据?组合机床设计?的经验得。箱体用灰铸铁铸造，材料的强度为HT200，前、后、侧盖的牌号为HT150-33，多轴箱箱体的形状和尺寸，应按标准GB36681—83选择。通用多轴箱箱体厚度为180mm，用于卧式的多轴箱前盖厚度为55mm，用于立式的多轴箱前盖兼作油池，加厚为70mm，基型后盖一般取厚度为90mm，另外的三种后盖的厚度可根据实际多轴箱的内部结构和一些传动零件而选定，可取50mm、100mm和150mm三个的任意一个。〔2〕选择轴类零件根据这次设计的需要，主轴选择钻削主轴，而不采用攻丝主轴。钻削主轴于轴承之间的配合可分为三种：A主轴的前支承后支承均为滚锥轴承;B主轴的前支承是由止推轴承和滚珠轴承组成，后支承是滚珠或滚锥轴承;C主轴的前支承和后支承均由止推轴承和无内环滚针轴承组成。很据?组合机床设计?的经验得，滚针主轴的材料是：20Cr钢，并进行热处理S0.5-C59，其他主轴的材料是：40Cr钢，热处理为C42。通用传动轴与轴承之间的配合大致可分为：1．滚针传动轴2．滚锥传动轴3．埋头传动轴4．手柄轴5．油泵传动轴6．攻丝用蜗杆轴。通用的传动轴在其用途上可分为42种。普通传动轴共有39种，油泵传动轴一种，攻丝用蜗杆轴两种。这里的通用传动轴材料一律为45号钢，进行调质处理T215。〔3〕通用齿轮多轴箱用的通用齿轮，有传动齿轮，动力头齿轮和电机齿轮三种。三种齿轮的材料均为45号钢，齿轮的热处理为齿部进行高频淬火G54.6.4多轴箱结构型式的选择和动力计算6.4.1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〞整理编绘出来的，其内容包括多轴箱设计的原始要求和条件。在绘制此图时从“三图一卡〞中可知：多轴箱轮廓尺寸500×500毫米。工件轮廓尺寸及各孔位置尺寸。工件与多轴箱相对位置尺寸。图6-2原始依据图根据这些数据可编制多轴箱设计原始依据图。见图6-2和附表。附表：被加工零件名称：曲轴法兰材料：球墨铸铁硬度：HB197～2596.4.2主轴外伸尺寸及切削用量表6-1主轴的参数主轴直径〔毫米〕主轴外伸尺寸D/d(毫米〕L=115(毫米〕V(米/分〕n(转/分〕f(毫米/转〕2538/264.4100动力部件1TD40-Y132S-6型动力箱功率3.0千瓦，动力箱输出到驱动轴的转速为480r/min，驱动轴到滑台外表的垂直距离为160mm。6.4.4主轴结构型式的选择主轴结构型式由零件加工工艺决定，而且考虑主轴的工作条件和受力情况。轴承型式是主轴部件结构的主要特征，由于本工序进行的是钻螺栓孔，主轴的轴向切削力较大，采用推力球轴承承受轴向力，而用角接触球轴承承受径向力。由于钻螺栓孔时有单向的轴向力产生，所以要主轴前端安装一对推力球轴承。计算多轴箱的动力计算多轴箱的动力时，要同时计算进给力和多轴箱所需的功率。多轴箱所需的功率，应等于切削功率，空载消耗功率及与负载成正比的附加功率之和，即：式中：——多轴箱总功率；——各主轴切削功率的总和；——各轴空载消耗功率的总和；——各轴附加功率的总和。式中可根据各主轴的切削用量查?组合机床切削力及功率计算图?得到。可查?组合机床设计?表4—4，与负载成正比的附加功率，一般取所传递功率的1%。和的计算都需在传动结构确定以后才能进行。传动系统确定前可按下式初步估算多轴箱所需的功率式中：——主轴切削功率的总和；——组合机床多轴箱传动效率。=0.8-0.9，本次设计的多轴箱需同时钻法兰底盘六个孔，需要6跟主轴，由于主轴越多值取越小，故取=0.8。切削功率为：kw6.5主轴分布类型及传动系统设计与计算6.5.1主轴分布类型由于同时加工六个孔，加工的六个孔在同一圆周上，可以用一根传动轴带动6根主轴进行加工，所以本次设计的多轴箱有6根圆周分布的主轴。6.5.2传动系统的设计与计算多轴箱的传动系统，就是动力箱输出轴〔亦称多轴箱驱动轴〕通过一定的传动链把的转速和动力按已设好的需要分配到各个主轴。设计的多轴箱的传动系统，会影响多轴箱的工作质量，通用化程度，还会影响设计本钱等等。1.传动系统的一般要求设计传动系统，为了保证主轴能够正常的状态下工作，而且还要保持足够的强度、刚度和转速等，为了经济效益和提高效率等，传动件，如主轴、传动轴、齿轮等的能省那么省，因此，要注意一下几点：〔1〕中间传动轴的数量能省那么省，最好的是：一根中间传动轴带动多根主轴同时加工。这样既能减轻主轴的负担，又能节省材料，提高经济效益。〔2〕为了齿轮传动更加紧凑，的齿轮传动副的最正确传动比要设在1～1.5左右，在多轴箱后盖内的第Ⅳ排齿轮传动副，根据实际情况，可取大些的传动比，最好不超过3～3.5。〔3〕转速和转矩成反比，当驱动轴转速较高时，一般用逐步降速来传动；反之，可先升速再降速再降速。总之，就要根据实际情况设计传动系统。〔4〕粗加工时，切削力相比照拟大，为了减少主轴的扭转变形，轴上的齿轮应该设计靠近前支承除此之外，还是要合理的设计分配各主轴，传动轴的数量尽量少；采用粗加工和精加工合一的多轴箱，要分开粗、精传动路线。2.传动系统设计方法轴围绕圆周分布，用一根中间传动轴带动6根主轴确定驱动轴的转速，转向及其在多轴箱上的位置。驱动轴的转向方向可以任意选择；驱动轴转速由动力箱型号定为480r/min。其水平方向位置为距主轴地面160mm，垂直方向在动力箱的中线上。用最少数量的齿轮和中间传动轴把驱动轴和各主轴连接起来。润滑油泵的安排。油泵轴的位置要尽可能靠近油池，离油面高度不大于400~500mm；油泵为叶片泵，油泵转速在400~800r/min。3.拟定多轴箱传动方案由于采用6主轴，主轴转速均为273r/min，驱动轴转速为480r/min，由图6-3可算出驱动轴到主轴1〔或2〕的总传动比，由于驱动轴到主轴的总传动比为，传动比不符合合理范围内，考虑到主轴是围绕着一个尺寸比拟小的圆分布的，应在驱动轴与主轴之间增加一中间传动轴，如以下图：图6-3多轴箱轴的安排4.传动系统设计，驱动轴8与中间传动轴7要降速传动比，传动轴7与主轴要升速传动比=1.51。由于是6根主轴，主轴规格相同，轴上传动齿轮规格也相同。5.传动轴直径确实定传动轴要满足强度和刚度的要求。强度是表示：在反复载荷和扭载荷作用下不发生疲劳破坏。疲劳强度一般不失是主要矛盾，除了载荷很大的情况外，可以不必验算轴的强度。刚度是表示：轴在载荷下发生的变形。所以，为了保证精度，要校核轴的刚度。传动轴7的扭矩为：根据?组合机床设计?表3-19公式，传动轴B=5.2，所以d≥B·=31.9mm，由于降速比为2.67，所以取相对大传动轴直径为40mm。6.确定齿轮齿数和模数各齿轮的转速：驱动轴8与传动轴7的传动比为i=1/2.67，传动轴7与6根主轴的传动比i=1.52由于驱动轴上的齿轮齿数有一定限制〔〕，通过查?金属切削机床?表7-21，，传动轴7与主轴要升速传动比=1.51得，主轴齿数为23.根据?组合机床设计?§4-2公式式中N－－齿轮传递功率〔千瓦〕Z――一对齿轮中小齿轮的齿数n――小齿轮的转速〔转/分〕驱动轴与传动轴7的齿轮组：，取模数为3两轴中心距：mmmm传动轴7与主轴传动时，，模数m取2，传动轴7与传动轴8的传动比i=1.52，设齿数和为58，两轴中心距A=mm.驱动轴与油泵传动轴的传动：多轴箱工作时,要求齿轮工作时不能搅起油池底的沉积物,齿轮顶圆到油池底的距离大于30～50mm,对于圆柱齿轮传动,圆柱齿轮浸入油中至少应有一个齿高,且不得小于10mm。驱动轴与油泵传动轴之间传动比依照中心距A=64mm,模数m=3，驱动轴齿轮齿数，驱动轴转速根据，得出，根据传动比,计算出，查?组合机床设计?表4-2得，油泵传动轴直径d=20mm7.齿宽确实定?机械设计?齿轮宽度计算公式计算后再做适当圆整，为了齿轮配合工作时不会因为装配产生的轴向位错而减少啮合齿宽，根据经验得，一般小齿轮的齿宽要人为的加宽5至10厘米。其中圆柱齿轮的齿宽系数查?机械设计?表10-7有：驱动轴与传动轴的传动：，圆整后取=25mm,=30mm。传动轴与主轴的传动：，圆整后取=20mm,=25mm。油泵齿轮：，圆整后取B=24mm。6.6强度校核6.6.1主轴的强度校核轴的计算方法主要有三种方法：扭转强度计算，按弯扭合成强度计算，按扭转刚度校核计算。a.按扭转强度条件验算按扭转强度计算只需要知道转矩大小，方法简便。它主要用于以下情况：1〕传递转矩或以转矩为主的传动轴;2〕初步估算轴径以便进行结构设计查?材料力学I?式3.11得，轴的扭转强度条件为：根据?机械设计课程设计?公式3-11得， ,其中为齿轮的传动效率，为一对轴承的效率。 查?机械设计?表15-3得到＝25～45MPa，，所以强度符合要求b.按弯扭合成强度条件计算弯扭合成强度条件为：=≤[-1]式中：——轴的计算应力，单位为MPaM——轴所受的弯矩，单位为N﹒mmT——轴所受的扭矩，单位为N﹒mmW——轴的抗弯截面系数，单位为[-1]——对称循环变应力时轴的许用弯曲应力，单位为N﹒mm。受力分析：齿轮圆周力齿轮径向力Fr=tan=840×tan20°＝306N水平面内的支反力===(840+306)/2=573N垂直面内的支反力，N﹒mmN﹒mmN﹒mmN﹒mm根据?机械设计?表15-1查得[-1]＝60MPa=43.5MPa≤[]=60MpPa[]，所以强度符合要求。c.按扭转刚度校核计算轴的扭转刚度条件为≤[]/m=5.73×10/m式中T--轴所受的扭距N.mmG--轴的材料的剪切弹性模量，对于钢材G=8.1×104MpaIp--轴截面的极惯性矩,对于圆轴Ip=d/32本设计中，对于主轴，=1/2=0.5/m，对于传动轴，=1/m所以主轴满足设计要求。图6-4分析图6.6.2齿轮的强度校核A.计算齿根弯曲疲劳强度:齿轮传动时齿根所受的弯矩最大，因此齿轮齿根为危险面。由?机械设计?第十章“齿轮传动〞齿轮危险面的弯曲强度条件式有==[F]式中Y为载荷作用于齿轮顶时应力校正系数b为齿轮宽度,m为齿轮模数K为齿轮强度载荷系数，K=KKKK，各参数均可查表获得.K为齿轮间载间荷分布系数,取K=1.05算得K=1.0×1.3×1.1×1.05=1.5为齿轮所受的圆周力：=2000T/D=2000×9549式中：T——为转距N·m,1)校核第一对齿轮由上式计算可得：=2000×9549×2.36/〔560×54〕＝1164.16N因为第一对齿轮小齿轮齿数18,查?机械设计?表10-5可得外齿轮齿形系数Y=2.91，外齿轮修正系数Y=1.53,查?机械设计?表10-7得Φd=0.5，b=Φd×d=27==112.5MP查?机械设计?图10-20可查得[]Y=450MP所以＜[F]故齿轮弯曲疲劳强度到达设计要求。2)校核第二对齿轮第二对齿轮小齿轮齿数为z=21,查?机械设计?表10-5可得Y=2.76,Y=1.56同理得F=1489N=101.8MPa＜[F]故齿轮弯曲疲劳强度到达设计要求。校核第三对齿轮第三队齿轮小齿轮齿数z=23,查?机械设计?表10-5得，Y=2.66,Y=1.54=＜[F]，故齿轮弯曲疲劳强度到达设计要求。b.齿轮齿面接触疲劳强度的计算:齿轮齿面接触疲劳强度可由下式校核式中：是弹性影响系数，单位为，查?机械设计?表10-6,=188.0K为载荷系数，K=KKKK=1.0×1.3×1.1×1.05=1.5Ft为齿轮所受的圆周力：Ft=2000T/D=2000×9549u为大齿轮与小齿轮的齿数比，；b为齿轮设计工作宽度，b=Φ×；为小齿轮的分度圆直径。4)校核驱动轴与传动轴齿轮这对齿轮的小齿轮为驱动轴齿轮，其直径=3×21=63mm,b=Φd×=31.5mm,(查?机械设计?表10-7得Φd=0.5)Ft=2000×9549×2.36/〔480×3×21〕=1490.5N=560MPa查?机械设计?图10-21可查得=580MP故＜，所以齿轮齿面接触疲劳强度到达设计要求。5)校核传动轴7与主轴齿轮这对齿轮的小齿轮为主轴，其直径=46,b=Φd×=23mm,=2000×9549×0.36/〔273×46〕＝457N得σH=333.1MPa故H＜，所以齿轮齿面接触疲劳强度到达设计要求。6)校核传动轴7轴与传动轴8这对齿轮的小齿轮亦为油泵轴齿轮，其直径=66,b=Φd×=33Ft=2000×9549×0.825/〔141×66〕＝1693.1N得σH=416.6MPa故H＜，所以齿轮齿面接触疲劳强度到达设计要求。〔3〕轴承的校验由于主轴承受很大的轴向力，故设计采用一推力球轴承置于主轴前支承处，主轴承受轴向的切削力1417N。轴承的根本额定动载荷计算如下：其中各参数：P当量动载荷,P=XFr＋YFan轴承转速，即主轴转速，故n=273r/minLn＇预期计算寿命，查?机械设计?表13-3可得,根据本次的设计任务取h.指数，对于球轴承，=3;对于滚子轴承，=10/3.对于只承受纯轴向载荷Fa的推力球轴承，有P=Fa,但在实际中，许多支承还会出现如冲击力、不平衡作用力、惯性力等的附加载荷.为此，根据经验乘上一个载荷系数fP,所以P=FafP,fP可由表13-6查得fp=1.2～1.8,取fp=1.5,故P=FafP=1417×1.5=2125.5N得此外，主轴还受一定的径向载荷，根据前面算出的切削径向力为1088N。本设计采用一对角接触球轴承承受径向载荷和少量的轴向载荷，根据其设置位置,主轴刀具到前端轴承距离为535mm，前端轴承到后端轴承距离为125mm，那么根据扭距关系前端轴承的载荷后端轴承载荷为查?机械零件手册?，根据其轴径选用代号为7205的角接触球轴承。6.7多轴箱的坐标计算计算多轴箱坐标，由于已经知道驱动轴的位置还有驱动轴和传动轴和传动轴于主轴的齿轮配合配合关系,根据公式就可以算出各轴之间的距离，然后就可以完整的标注出轴、孔以及齿轮的位置了，最后绘制坐标检查图,然后全面检查传动系统。如以下图6-5所示。图6-5多轴箱坐标图由于设计多轴箱的2根主轴位于同一水平线上，因此根据坐标对称，可算主轴的坐标以及其他传动轴的坐标油泵轴9X=191.5