臥式雙面組合鉆床右主軸箱設(shè)計(jì)

1、1. 緒 論 1.1 課題背景及目的組合機(jī)床（圖1.1）是以通用部件為基礎(chǔ)，配以按工件特定形狀和加工工藝設(shè)計(jì)的專用部件和夾具，組成的半自動或自動專用機(jī)床。圖1.1組合機(jī)床一般用于加工箱體類或特殊形狀的零件。加工時，工件一般不旋轉(zhuǎn)，由刀具的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動和刀具與工件的相對進(jìn)給運(yùn)動，來實(shí)現(xiàn)鉆孔、擴(kuò)孔、锪孔、鉸孔、鏜孔、銑削平面、切削內(nèi)外螺紋以及加工外圓和端面等。有的組合機(jī)床采用車削頭夾持工件使之旋轉(zhuǎn)，由刀具作進(jìn)給運(yùn)動，也可實(shí)現(xiàn)某些回轉(zhuǎn)體類零件（如飛輪、汽車后橋半軸等）的外圓和端面加工。組合機(jī)床具有如下的特點(diǎn)：(1)主要用于棱體其零件和雜件的孔面加工。(2)生產(chǎn)率高。因?yàn)楣ば蚣校啥嗝?、多工位、多軸、多

2、刀同時自動加工。(3)加工精度穩(wěn)定。因?yàn)楣ば蚬潭?，可選用成孰的通用部件、精密夾具和自動工作循環(huán)來保證加工精度的一至性。(4)研制周期短，便于設(shè)計(jì)、制造和使用維護(hù)，成本低。因?yàn)橥ㄓ没⑾盗谢?、?biāo)準(zhǔn)化程度高，通用零部件占7090%，通用件可組織批量生產(chǎn)進(jìn)行預(yù)制或外購。(5)自動化程度高，勞動強(qiáng)度低。(6)配置靈活。因結(jié)構(gòu)是橫塊化、組合化。可按工件或工序要求，用大量通用部件和少量專用部件靈活組成各種類型的組合機(jī)床及自動線；機(jī)床易于改裝：產(chǎn)品或工藝變化時，通用部件一般還可以重復(fù)利用。1.2 國內(nèi)外研究狀況組合機(jī)床一般采用多軸、多刀、多工序、多面或多工位同時加工的方式，生產(chǎn)效率比通用機(jī)床高幾倍至幾十倍。

3、由于通用部件已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化和系列化，可根據(jù)需要靈活配置，能縮短設(shè)計(jì)和制造周期。因此，組合機(jī)床兼有低成本和高效率的優(yōu)點(diǎn)，在大批、大量生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用，并可用以組成自動生產(chǎn)線。二十世紀(jì)70年代以來，隨著可轉(zhuǎn)位刀具、密齒銑刀、鏜孔尺寸自動檢測和刀具自動補(bǔ)償技術(shù)的發(fā)展，組合機(jī)床的加工精度也有所提高。銑削平面的平面度可達(dá)0.05毫米1000毫米，表面粗糙度可低達(dá)2.50.63微米；鏜孔精度可達(dá)IT76級，孔距精度可達(dá)0.030.02微米。專用機(jī)床是隨著汽車工業(yè)的興起而發(fā)展起來的。在專用機(jī)床中某些部件因重復(fù)使用，逐步發(fā)展成為通用部件，因而產(chǎn)生了組合機(jī)床。最早的組合機(jī)床是1911年在美國制成的，用于加工汽車零

4、件。初期，各機(jī)床制造廠都有各自的通用部件標(biāo)準(zhǔn)。為了提高不同制造廠的通用部件的互換性，便于用戶使用和維修，1953年美國福特汽車公司和通用汽車公司與美國機(jī)床制造廠協(xié)商，確定了組合機(jī)床通用部件標(biāo)準(zhǔn)化的原則，即嚴(yán)格規(guī)定各部件間的聯(lián)系尺寸，但對部件結(jié)構(gòu)未作規(guī)定。通用部件按功能可分為動力部件、支承部件、輸送部件、控制部件和輔助部件五類。動力部件是為組合機(jī)床提供主運(yùn)動和進(jìn)給運(yùn)動的部件。主要有動力箱、切削頭和動力滑臺。支承部件是用以安裝動力滑臺、帶有進(jìn)給機(jī)構(gòu)的切削頭或夾具等的部件，有側(cè)底座、中間底座、支架、可調(diào)支架、立柱和立柱底座等。輸送部件是用以輸送工件或主軸箱至加工工位的部件，主要有分度回轉(zhuǎn)工作臺、環(huán)形

5、分度回轉(zhuǎn)工作臺、分度鼓輪和往復(fù)移動工作臺等?？刂撇考怯靡钥刂茩C(jī)床的自動工作循環(huán)的部件，有液壓站、電氣柜和操縱臺等。輔助部件有潤滑裝置、冷卻裝置和排屑裝置等。為了使組合機(jī)床能在中小批量生產(chǎn)中得到應(yīng)用，往往需要應(yīng)用成組技術(shù)，把結(jié)構(gòu)和工藝相似的零件集中在一臺組合機(jī)床上加工，以提高機(jī)床的利用率。這類機(jī)床常見的有兩種，可換主軸箱式組合機(jī)床和轉(zhuǎn)塔式組合機(jī)床。組合機(jī)床未來的發(fā)展將更多的采用調(diào)速電動機(jī)和滾珠絲杠等傳動，以簡化結(jié)構(gòu)、縮短生產(chǎn)節(jié)拍；采用數(shù)字控制系統(tǒng)和主軸箱、夾具自動更換系統(tǒng)，以提高工藝可調(diào)性；以及納入柔性制造系統(tǒng)等。1.3 論文構(gòu)成及研究內(nèi)容目前，組合機(jī)床主要用于平面加工和孔加工兩類工序。其中孔

6、加工包括鉆、擴(kuò)、鉸、鏜孔以及倒角、切槽、攻螺紋等。隨著綜合自動化的發(fā)展，其工藝范圍正在擴(kuò)大到車外圓、行星銑削、拉削等工序。此外還可以完成焊接、熱處理、自動裝配和檢索、清洗等非切削工作。組合機(jī)床在汽車、拖拉機(jī)、柴油機(jī)、電機(jī)、儀器儀表、軍工等行業(yè)大批大量生產(chǎn)中以獲得廣泛的應(yīng)用；在一些中小批量生產(chǎn)的企業(yè)，如機(jī)床、機(jī)車、工程機(jī)械等制造業(yè)中也已推廣應(yīng)用。組合機(jī)床最適宜于加工各種大中型箱體類零件，如汽缸蓋、汽缸體、變速箱體、電機(jī)座等。我國組合機(jī)床技術(shù)的發(fā)展起步比較晚，但通過不斷引進(jìn)大量先進(jìn)的技術(shù)和設(shè)備，經(jīng)過科技人員的積極消化和吸收，與時俱進(jìn)，努力奮斗，使我國的組合機(jī)床技術(shù)有了迅速發(fā)展。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)題目為臥

7、式雙面23軸組合鉆床右主軸箱設(shè)計(jì)，主要有以下幾部分組成：緒論、總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、多軸箱設(shè)計(jì)。另外論文還包括總體結(jié)構(gòu)圖和主要零件的結(jié)構(gòu)圖。本次設(shè)計(jì)研究的主要是臥式雙面23軸組合鉆床右主軸箱設(shè)計(jì)，本次設(shè)計(jì)重點(diǎn)放在多軸箱的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上，同時介紹齒輪位置的設(shè)計(jì)和齒輪軸以及其它部件的選用。2. 加工工藝分析加工對象：后端面材料牌號：HT250材料硬度：HB190-240加工內(nèi)容：在后端面上鉆擴(kuò)7個孔生產(chǎn)批量：1萬臺/年工藝方案的擬定是組合機(jī)床設(shè)計(jì)的關(guān)鍵一步。因?yàn)楣に嚪桨冈诤艽蟪潭壬蠜Q定了組合機(jī)床的結(jié)構(gòu)配置和使用性能。因此，應(yīng)根據(jù)工件的加工要求和特點(diǎn)，按一定的原則、結(jié)合機(jī)床常用工藝方法、充分考慮各種影響因素，并

8、經(jīng)過技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析后擬定出先進(jìn)、合理、經(jīng)濟(jì)、可靠的工藝方案。本工序在前后端面上鉆孔、倒角：在后端面上鉆擴(kuò)7個孔（圖2.1）：鉆28.5深15.5mm（通孔）11×90°，鉆38.5深23.5沉孔11×90°，锪孔2-15深4.5（平底孔）。圖2.1本工序中滿足工藝方案基本原則：粗精加工分開原則；工序集中原則（適當(dāng)考慮相同類型工序的集中；有相對位置精度要求的工序應(yīng)集中加工）。滿足在制定加工一個工件的幾臺成套機(jī)床或流水線的工藝方案時，應(yīng)盡可能使精加工集中在所有粗加工之后，以減少內(nèi)應(yīng)力變形影響，有利于保證加工精度。3.多軸箱的基本結(jié)構(gòu)及表達(dá)方法多軸箱是組合機(jī)床的

9、重要專用部件。它是根據(jù)加工示意圖所確定的工件加工孔的數(shù)量和位置、切削用量和主軸類型設(shè)計(jì)的傳遞各主軸的動力部件。其動力來自通用的動力箱，與動力箱一起安裝于進(jìn)給滑臺，可完成鉆、擴(kuò)、鉸、鏜孔等加工工序。多軸箱一般具有多根軸同時對一列孔系進(jìn)行加工。但也有單軸的，用于鏜孔居多。多軸箱按結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分為通用（即標(biāo)準(zhǔn)）多軸箱和專用多軸箱兩大類。前者結(jié)構(gòu)典型，能利用通用的箱體和傳動件；后者機(jī)構(gòu)特殊，往往需要加強(qiáng)主軸系統(tǒng)剛性，而使主軸及某些傳動件必須專門設(shè)計(jì)，故專用多軸箱通常指“剛性主軸箱”，即采用不需刀具導(dǎo)向裝置的剛性主軸和用精密滑臺導(dǎo)軌來保證加工孔的位置精度。通用多軸箱則采用標(biāo)準(zhǔn)主軸，借助導(dǎo)向套引導(dǎo)刀具的設(shè)計(jì)方

10、法基本相同。處于本設(shè)計(jì)的考慮，下面僅介紹大型通用多軸箱的設(shè)計(jì)。3.1 多軸箱的組成大型通用多軸箱由箱體、主軸、傳動軸、齒輪和附加機(jī)構(gòu)等組成，其基本結(jié)構(gòu)包括：箱體、前蓋、后蓋、上蓋、側(cè)蓋等箱體類零件；主軸、傳動軸、手柄軸、傳動齒輪、動力箱或電動機(jī)齒輪13等傳動類零件；葉片泵、分油器、注油標(biāo)、排油塞、油盤（立式多軸箱不用）和防油套等潤滑及防油元件。在多軸箱箱體內(nèi)腔，可安排兩排32mm寬的齒輪或三排24mm寬的齒輪；箱體后壁與后蓋之間可安排一排或兩排24mm寬的齒輪。3.2 多軸箱總圖繪制方法特點(diǎn)(1)主視圖 用點(diǎn)劃線表示齒輪節(jié)圓，標(biāo)注齒輪齒數(shù)和模數(shù)，兩嚙合齒輪相切處標(biāo)注羅馬字母，表示齒輪所在排數(shù)。

11、標(biāo)注個軸軸號及主軸和驅(qū)動軸、液壓泵軸的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向。(2)展開圖 每根軸、軸承、齒輪等組件只畫軸線上邊或下邊（左邊或右邊）一半，對于結(jié)構(gòu)尺寸完全相同的軸組件只畫一根，但必須在軸端注明相應(yīng)的軸號；齒輪可不按比例繪制，在圖形一側(cè)用數(shù)碼箭頭標(biāo)明齒輪所在排數(shù)。3.3 多軸箱通用零件多軸箱通用零件包括：通用箱體類零件、通用主軸、通用傳動軸、通用齒輪和套。為節(jié)約時間，把握設(shè)計(jì)重點(diǎn)，其詳細(xì)不在此列說。4.多軸箱的設(shè)計(jì)目前多軸設(shè)計(jì)有一般設(shè)計(jì)法和電子計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)法兩種。計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)多軸箱，由人工輸入原始數(shù)據(jù)，按事先編制的程序，通過人機(jī)交互方式，可迅速、準(zhǔn)確的設(shè)計(jì)傳動系統(tǒng)，繪制多軸箱總圖、零件圖和箱體補(bǔ)充加工圖，打

12、印出軸孔坐標(biāo)及組件明細(xì)表。一般設(shè)計(jì)發(fā)的順序是：繪制多軸箱設(shè)計(jì)原始依據(jù)圖；確定主軸結(jié)構(gòu)、軸頸及齒輪擬定傳動系統(tǒng)；計(jì)算主軸、傳動軸坐標(biāo)（也可用計(jì)算機(jī)計(jì)算和驗(yàn)算箱體軸孔的坐標(biāo)尺寸）、繪制坐標(biāo)檢查圖；繪制多軸箱總圖，零件圖及編制組件明細(xì)表。具體內(nèi)容和方法簡述如下。4.1 繪制多軸箱設(shè)計(jì)原始依據(jù)圖多軸箱設(shè)計(jì)原始依據(jù)圖是根據(jù)“三圖一卡”繪制的。其主要內(nèi)容及注意事項(xiàng)如下：(1)根據(jù)機(jī)床聯(lián)系尺寸圖，繪制對軸箱外形圖，并標(biāo)注輪廓尺寸及動力箱驅(qū)動軸的相對位置尺寸。(2)根據(jù)聯(lián)系尺寸圖和加工示意圖，標(biāo)注所有主軸位置尺寸及工件與主軸、主軸與驅(qū)動軸的相關(guān)位置尺寸。在繪制主軸位置時，要特別注意：主軸和被加工零件在機(jī)床上是

13、面對面安放的，因此，多軸箱主視圖上的水平方向尺寸與零件工序圖上的水平方向尺寸正好相反。其次，多軸箱上的坐標(biāo)尺寸基準(zhǔn)和零件工序圖上的基準(zhǔn)經(jīng)常不重合，應(yīng)根據(jù)多軸箱與加工零件的相對位置找出統(tǒng)一基準(zhǔn)，并標(biāo)出其相對位置關(guān)系尺寸，然后根據(jù)零件工序圖各孔位置尺寸，算出多軸箱上各主軸坐標(biāo)值。(3)根據(jù)加工示意圖標(biāo)注各主軸轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)向主軸逆時針轉(zhuǎn)向（面對主軸看）可不標(biāo)，只注順時針轉(zhuǎn)向。(4)標(biāo)明動力部件型號及其性能參數(shù)等。圖4.1所示為臥式雙面23軸組合鉆床右主軸箱設(shè)計(jì)原始依據(jù)圖。 圖4.1 多軸箱設(shè)計(jì)原始依據(jù)圖注：1. 被加工零件編號及名稱：YTR3105.020101 氣缸體。材料及硬度：HT250，1902

14、40HBS。 2. 主軸外尺寸及切削用量（表4.1）。 3. 動力部件1TD32，電動機(jī)功率2.2KW，電動機(jī)轉(zhuǎn)速1430r/min，輸出軸轉(zhuǎn)速715r/min。表4.1 主軸外尺寸及切削用量軸號主軸外伸尺寸（mm）切削用量D/dL工序內(nèi)容n(r/min)v(m/min)f(mm/min)4，550/30115鉆8.5深15.543011.4850232/20115 鉆8.5深23.543011.48503,650/30115 鉆8.5深23.5430 11.48 501732/20115锪15深4.532011.785050/301154.2 主軸、齒輪的確定及動力計(jì)算 主軸型式和直徑、齒輪

15、模數(shù)的確定(1)主軸形式的確定 主軸的型式和直徑，主要取決于工藝方法、刀具主軸連接結(jié)構(gòu)、刀具的進(jìn)給抗力和切削轉(zhuǎn)矩。如鉆孔時常采用滾珠軸承主軸；擴(kuò)、鏜、鉸孔等工序常采用滾錐主軸；主軸間距較小時常選用滾針軸承主軸。主軸1、2、3、4、5、6、7鉆孔采用滾珠軸承主軸。主軸直徑按加工示意圖所示主軸類型及外伸尺寸可初步確定。傳動軸的直徑也可參考主軸直徑大小初步選定。待齒輪傳動系統(tǒng)設(shè)計(jì)完后再檢驗(yàn)?zāi)承╆P(guān)系軸頸。(2)主軸直徑的確定 主軸1、2、3、4、5、6、7按加工示意圖所示主軸類型及外伸尺寸初步確定為20mm。(3)齒輪模數(shù)的確定 齒輪模數(shù)m（單位為mm）一般用類比法確定，也可按公式估算。本次設(shè)計(jì)多采用

16、類比法。同時為了便于生產(chǎn)，同一多軸箱中的模數(shù)規(guī)格一般不多余兩種。現(xiàn)本設(shè)計(jì)中采用的模數(shù)為2、3mm。 多軸箱所需動力的計(jì)算多軸箱的動力計(jì)算包括多軸箱所需要的功率和進(jìn)給力兩項(xiàng)。傳動系統(tǒng)確定后，多軸箱所需功率P按下列公式計(jì)算： P = P + P + P= P + P + P式中P切削功率，單位KW； P空轉(zhuǎn)功率，單位KW； P與負(fù)荷成正比的功率損失，單位KW。每根主軸的切削功率，由選定的切削用量按公式計(jì)算或查表獲得；每個軸上的空轉(zhuǎn)功率按1中的表46確定；每個軸上的功率損失，一般可取所傳遞功率的1%。(1)切削功率的計(jì)算 主軸1、7加工的工序內(nèi)容和切削用量一樣，主軸1、7的切削功率一樣。主軸1、7的

17、切削轉(zhuǎn)矩T=10 DfHB。進(jìn)給量f50mm/min(50÷250)mm/r = 0.2mm/min布氏硬度HBHB（HBHB）240（240190）223.33切削轉(zhuǎn)矩T10 DfHB10×15×0.2×223.3310××171.62×0.276×25.6712156.76N·mm主軸1、7的切削功率P0.312KW主軸2、3、4、5、6加工的工序內(nèi)容和切削用量一樣，主軸2、3、4、5、6的切削功率一樣。主軸2、3、4、5、6的切削轉(zhuǎn)矩T=10 DfHB。進(jìn)給量f50mm/min50÷430

18、mm/r = 0.116mm/min布氏硬度HBHB（HBHB）240（240190）223.33切削轉(zhuǎn)矩T10 DfHB10×8.5×0.116×223.3310×58.33×0.179×25.672680.22N·mm主軸2、3、4、5、6的切削功率P0.118KW(2)空轉(zhuǎn)功率的計(jì)算 主軸1的空轉(zhuǎn)功率按1中的表46得：P0.018KW。主軸7的空轉(zhuǎn)功率查1中的表46得：P0.042KW。主軸2的空轉(zhuǎn)功率查1中的表46得：P0.030KW。主軸3、6、4、5的空轉(zhuǎn)功率按1中的表46得：P0.067KW。傳動軸的總空轉(zhuǎn)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)損失功率的計(jì)算 每根軸上的功率損失，一般可取所傳遞功率的1%，故可忽略不計(jì)多軸箱所需功率PP + P + P1.214+0.583+01.797KW4.3 多軸箱傳動設(shè)計(jì) 擬定傳動路線 把主軸1、2視為一組直線分布主軸，在兩主軸中心連線的垂直平分線上設(shè)中心傳動軸8；把主軸3、4視為一組直線分布主軸，在兩主軸中心連線的垂直平分線上設(shè)中心傳動軸9；把主軸5、6視為一組直線分布主軸，在兩主軸中心連線的垂直平分線上設(shè)中心傳動軸10；把主軸6、7視為一組直線分布主軸，在兩主軸中心連線的垂直平

20、分線上設(shè)中心傳動軸11；中心傳動軸8和中心傳動軸11與驅(qū)動軸0連接起來，形成多軸箱傳動樹形圖（圖4.2）。圖中主軸17為“樹梢”，驅(qū)動軸0為“樹根”，各分叉點(diǎn)為傳動軸811，軸8、9、10、11即為中心傳動軸也為合攏傳動軸；各軸間的傳動副為“樹枝”，箭頭表示運(yùn)動傳遞方向（路線）。運(yùn)用傳動樹形圖對多軸箱進(jìn)行傳動方案設(shè)計(jì)較為清晰、簡便。4.3.2 確定驅(qū)動軸、主軸坐標(biāo)尺寸 根據(jù)原始依據(jù)圖4.1，算出驅(qū)動軸、主軸坐標(biāo)尺寸，如表4.2所示。表4.2 驅(qū)動軸、主軸坐標(biāo)值坐標(biāo)銷0驅(qū)動軸0主軸1主軸2主軸3X0.0000.000146.000109.000140.000Y0.00061.000-26.000

21、86.000158.000坐標(biāo)主軸4主軸5主軸6主軸7X98.000-98.000-102.000-149.000Y220.000220.000136.000-26.0004.3.3 確定傳動軸位置及齒輪齒數(shù)(1)確定傳動軸8的位置及其與主軸1、2間的齒輪副齒數(shù) 傳動軸8中心取在主軸1、2的垂直平分線上，取中心距AA81mm，從而確定傳動軸8的位置。取模數(shù)m2，傳動比uu0.458。按公式求得：zz26 zzz2655 （設(shè)在第排）把z z，z z設(shè)在第排 nn(430×)r/min197r/min軸0到軸8傳動副的確定，中心距A90mm，模數(shù)m3，傳動比u2.335。按公式得： z

22、42 zz18 （設(shè)在第排）(2) 確定傳動軸11的位置及其與主軸6、7間的齒輪副齒數(shù) 傳動軸11中心取在主軸6、7的垂直平分線上，取中心距AA94mm，從而確定傳動軸11的位置。取模數(shù)m2，傳動比uu0.493。按公式求得：zz31 zzz3163 （設(shè)在第排）把z z，z z設(shè)在第排 nn(430×)r/min212r/min軸0到軸11傳動副的確定，中心距A90mm，模數(shù)m3，傳動比u2.170。按公式得： z40 （設(shè)在第排） (3)確定傳動軸9的位置及其與軸2、3、4間的齒輪副齒數(shù) 取z=40，則有中心距A=86mm , A=85mm 。從而確定傳動軸9的位置。軸2到軸9傳

23、動副的確定，取模數(shù)m2，則有z=40，按公式得: nn=430×=290 r/min （設(shè)在第排）軸9到軸4的傳動副的確定，取模數(shù)m2，按公式得: Zn=290×=45軸9到軸3的傳動副的確定，取模數(shù)m2，已知A=72mm按公式得: = =又z+ z=72，則有z=29，z=43 。 （設(shè)在第排） (4)確定傳動軸10的位置及其與軸5、6間的齒輪副齒數(shù) 取z=31 u=1，則有n= n=430 r/min。 （設(shè)在第排）已知主軸5、6的轉(zhuǎn)速分別為n=450 r/min，n=230 r/min。取模數(shù)m2，按公式得: Zn=430×=39軸5到軸10的傳動副的確定，取模數(shù)m2，按公式得: Zn=250×=23 （設(shè)在第排）將傳動設(shè)計(jì)的全部齒輪齒數(shù)、模數(shù)及所在排數(shù)，按規(guī)定格式標(biāo)在傳動系統(tǒng)圖（圖001）中。最后計(jì)算各主軸的實(shí)際轉(zhuǎn)速如表4.3所示（與原始依據(jù)圖的要求基本一至，轉(zhuǎn)速相對損失在5以內(nèi)）；潤滑泵轉(zhuǎn)速也符合要求。表4.3各主軸實(shí)際轉(zhuǎn)速