專用主軸箱鉆、擴(kuò)、鉸組合機(jī)床左多軸箱設(shè)計(jì)
專用主軸箱鉆、擴(kuò)、鉸組合機(jī)床左多軸箱設(shè)計(jì),專用,主軸,組合,機(jī)床,軸箱,設(shè)計(jì)
本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
題目：專用主軸箱鉆、擴(kuò)、鉸組合機(jī)床
左多軸箱設(shè)計(jì)
專用主軸箱鉆、擴(kuò)、鉸組合機(jī)床左多軸箱設(shè)計(jì)
摘 要
本文介紹了一種鉆、擴(kuò)、鉸三工位組合機(jī)床左多軸箱的設(shè)計(jì)，對(duì)其設(shè)計(jì)過(guò)程進(jìn)行了詳細(xì)的介紹，主要內(nèi)容有:依據(jù)被加工工件孔的特點(diǎn)確定切削參數(shù)，根據(jù)所定參數(shù)計(jì)算其運(yùn)動(dòng)參數(shù)和動(dòng)力參數(shù)，并對(duì)主軸的軸徑、支承方式和所用的軸承等進(jìn)行選型；接著選擇動(dòng)力箱和主箱體的型號(hào)、確定主軸和動(dòng)力輸入軸的坐標(biāo)，再根據(jù)主軸及動(dòng)力輸入軸的坐標(biāo)進(jìn)行傳動(dòng)方案的設(shè)計(jì)、傳動(dòng)齒輪的確定；最后計(jì)算各傳動(dòng)軸、主軸的坐標(biāo)，驗(yàn)算齒輪的中心距，計(jì)算齒輪的載荷，設(shè)計(jì)變位齒輪，對(duì)傳動(dòng)軸、軸承以及齒輪等重要零部件進(jìn)行校核。
關(guān)鍵詞：多軸箱；組合機(jī)床；傳動(dòng)齒輪；傳動(dòng)軸；
The Design of Left Multi-axle Box On Combination Machine That With A Boring Expanding Reaming of Three-sided
Abstract
In this paper, propose the design of left multi-axle box on combination machine that with a drilling, expanding reaming three-sided platform ,and illustrate its design process in details. The main contents include: determine the cutting parameters based on the characteristics of the workpiece hole. caculate their movement parameters and dynamic parameters according to parameters set. And select the main shaft, supporting methods and the use of bearings, etc; then choose the model of driving box and spindle box, determine the location of spindle and the drive shaft, and then design the transmission plan as well as confirm the transmission gear according to the location of spindle and the driving shaft. finally, calculate coordinates of every transmission axis and spindle, check the central distance of gear, design change gear and check drive shaft, bearings and gears and other important parts.
Key Words: combination machine; multi-axle box; gear;drive shaft;
主 要 符 號(hào) 表
B 寬度
H 高度
d 直徑
v 速度
n 轉(zhuǎn)速
P 功率
T 扭矩
F 力
m 模數(shù)
Z 齒數(shù)
t 時(shí)間
L 長(zhǎng)度
HB 硬度
R 中心距
f 進(jìn)給量
i 傳動(dòng)比
目 錄
1 緒論 1
1.1引言 1
1.2組合機(jī)床概述 1
1.2.1.組合機(jī)床的特點(diǎn) 2
1.2.2組合機(jī)床的工藝范圍及配置形式 2
1.3組合機(jī)床的發(fā)展現(xiàn)狀和動(dòng)向 4
1.4本課題主要研究?jī)?nèi)容及意義 5
1.4.1研究的內(nèi)容及指標(biāo)： 5
1.4.2 研究本課題的意義 6
2 多軸箱的原始數(shù)據(jù)計(jì)算 8
2.1待加工件的特點(diǎn)及設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo) 8
2.2 組合機(jī)床切削用量選擇的特點(diǎn)、方法及注意問(wèn)題 8
2.2.1組合機(jī)床切削用量選擇的特點(diǎn) 8
2.2.2組合機(jī)床切削用量選擇方法及應(yīng)注意的問(wèn)題 8
2.3 切削參數(shù)的確定 9
2.3.1鉆工位切削參數(shù) 9
2.3.2 擴(kuò)工位切削參數(shù) 11
2.3.3 鉸工位切削參數(shù) 11
2.4 機(jī)床動(dòng)力參數(shù)的確定 12
2.4.1 鉆工位動(dòng)力參數(shù)計(jì)算 12
2.4.2 擴(kuò)工位動(dòng)力參數(shù) 12
2.4.3 鉸工位動(dòng)力參數(shù) 13
2.5 動(dòng)力部件的選?。?13
2.6 軸的初步選定 14
2.7 箱體尺寸的確定 16
3 多軸箱傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 17
3.1多軸箱傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的準(zhǔn)則 17
3.2方案的制定、比較 18
3.2.1 方案的制定 18
3.2.2方案比較 19
3.3 傳動(dòng)件的確定 20
3.3.1鉆工位齒輪的確定 20
3.3.2 擴(kuò)工位齒輪的確定 22
3.3.2 鉸工位齒輪的確定 23
3.4 坐標(biāo)的計(jì)算 24
3.4.1 坐標(biāo)的計(jì)算 24
3.4.2 驗(yàn)算中心距誤差 28
3.4.3 變位齒輪的計(jì)算 28
4 傳動(dòng)元件的校核 30
4.1 軸的扭轉(zhuǎn)度校核： 30
4.2 軸的彎扭強(qiáng)度校核及軸承、齒輪的強(qiáng)度校核 31
4.2.1強(qiáng)度校核理論 31
4.2.2 具體計(jì)算: 33
5 結(jié)論 42
致謝 43
參考文獻(xiàn) 44
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）知識(shí)產(chǎn)權(quán)聲明 45
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）獨(dú)創(chuàng)性聲明 46
50
1 緒論
1.1引言
最早的組合機(jī)床是1911年在美國(guó)制成的，用于加工汽車零件。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(guó)福特汽車公司和通用汽車公司與美國(guó)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(duì)部件結(jié)構(gòu)未作規(guī)定。
隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，注定了專用機(jī)床的重要性將會(huì)越來(lái)越大。同時(shí)隨著科技的進(jìn)步，汽車工業(yè)也跟著發(fā)展到了一個(gè)新的高度，專用機(jī)床也就相應(yīng)的發(fā)展起來(lái)，并被廣泛的應(yīng)用于不同的工業(yè)生產(chǎn)中。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。因此，組合機(jī)床的設(shè)計(jì)也就成為一個(gè)相當(dāng)重要的課題。
組合機(jī)床的多軸箱是工序集中的、高效的組合機(jī)床的重要專用部件之一,是用于布置(按所要求的坐標(biāo)位置)機(jī)床工作主軸及其傳動(dòng)零件和相應(yīng)的附加機(jī)構(gòu)的。組合機(jī)床多軸箱的設(shè)計(jì)是組合機(jī)床設(shè)計(jì)的重要部分，因?yàn)橹鬏S箱系統(tǒng)的優(yōu)劣和箱體加工方式、方法直接影響機(jī)床的可靠性、耐用性、經(jīng)濟(jì)性、準(zhǔn)確性。
1.2組合機(jī)床概述
組合機(jī)床一般采用多軸、多刀、多工序或多工位同時(shí)加工的方式，生產(chǎn)效率比通用機(jī)床高幾倍甚至幾十倍。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)，在大批量生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用，并可用以組成自動(dòng)生產(chǎn)線。
組合機(jī)床適用于大批量生產(chǎn)，一般用于加工箱體類或特殊形狀的零件。加工時(shí)，工件一般不旋轉(zhuǎn)，由刀具的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和刀具與工件的相對(duì)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，來(lái)實(shí)現(xiàn)鉆孔、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(dòng)，也可實(shí)現(xiàn)某些回轉(zhuǎn)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)床較之通用機(jī)床大大的提高了加工效率、縮短了加工時(shí)間，但同時(shí)也使組合機(jī)床的設(shè)計(jì)周期和設(shè)計(jì)任務(wù)隨著增加了不少。
通用部件按功能可分為動(dòng)力部件、支承部件、輸送部件、控制部件和輔助部件五類。動(dòng)力部件是為組合機(jī)床提供主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的部件。主要有動(dòng)力箱、
切削頭和動(dòng)力滑臺(tái)。
支承部件是用以安裝動(dòng)力滑臺(tái)、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(tái)、環(huán)行分度回轉(zhuǎn)工作臺(tái)、分度鼓輪和往復(fù)移動(dòng)工作臺(tái)等。
控制部件是用以控制機(jī)床的自動(dòng)工作循環(huán)的部件，有液壓站、電氣柜和操縱臺(tái)等。輔助部件有潤(rùn)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(tái)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(jiàn)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(lái)的發(fā)展將更多的采用調(diào)速電動(dòng)機(jī)和滾珠絲杠等傳動(dòng)，以簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，縮短生產(chǎn)節(jié)拍；采用數(shù)字控制系統(tǒng)的主軸箱、夾具自動(dòng)更換系統(tǒng)，以提高工藝可調(diào)性；及納入柔性制造系統(tǒng)等。
1.2.1.組合機(jī)床的特點(diǎn)：
(1) 主要用于棱體類零件和雜件的孔面加工。
(2) 生產(chǎn)率高。因?yàn)楣ば蚣?，可多面、多工位、多軸、多刀同時(shí)自動(dòng)加工。
(3) 加工精度穩(wěn)定。因?yàn)楣ば蚬潭?，可選用成熟的通用部件，精密夾具和自動(dòng)工作循環(huán)來(lái)保證加工精度的一直性。
(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?，系?
化，標(biāo)準(zhǔn)化程度高，通用零件占70%～90%，通用件可組織批量生產(chǎn)進(jìn)行預(yù)制或外購(gòu)。
(5) 自動(dòng)化程度高，勞動(dòng)強(qiáng)度低。
(6) 配置靈活。因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)模塊化、組合化?？砂垂ぜ蚬ば蛞螅么罅客?
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(dòng)線；機(jī)床易于改裝；產(chǎn)品或工藝變化時(shí)，通用部件一般還可以重復(fù)利用。
1.2.2組合機(jī)床的工藝范圍及配置形式
(1) 組合機(jī)床的工藝范圍[2]
目前，組合機(jī)床主要用于平面加工和孔加工兩類工序。平面加工包括銑平面、刮平面、車端面；孔加工包括鉆、擴(kuò)、鉸、鏜孔以及倒角、切槽、攻螺紋、滾壓孔等。隨著綜合自動(dòng)化的發(fā)展，其工藝范圍正擴(kuò)大到車外圓、行星銑削、拉削、推削、磨削等工序。此外，還可以完成焊接、熱處理、自動(dòng)裝配和檢測(cè)、清洗和零件分類及打印等非切削工作。
組合機(jī)床在汽車、拖拉機(jī)、柴油機(jī)、電機(jī)及軍工及縫紉機(jī)、自行車等輕工業(yè)大批大量生產(chǎn)中已得到廣泛應(yīng)用；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)座及儀表殼等零件；也可用來(lái)完成軸套類、輪盤(pán)類、叉架類和蓋板類零件的部分或全部工序的加工。
(2) 組合機(jī)床的配置形式
組合機(jī)床的通用部件分為大型和小型兩大類。用大型通用部件組成的機(jī)床稱為大型組合機(jī)床。用小型通用部件組成的機(jī)床稱為小型組合機(jī)床。大型組合機(jī)床和小型組合機(jī)床在結(jié)構(gòu)和配置形式等方面有較大的差別。
(3) 大型組合機(jī)床的配置形式
大型組合機(jī)床的配置形式可分為單工位和多工位兩大類，而每類形式中又有多種配置形式。
按工序集中程度和不同批量生產(chǎn)的需要還有其他幾種配置形式：
1) 工序高度集中的組合機(jī)床,在基本配置形式的基礎(chǔ)上，增設(shè)動(dòng)力部件來(lái)加工工件的更多表面。這些形式都是結(jié)合工件的特定情況配置的。
2) 用于大批大量生產(chǎn)的組合機(jī)床為提高生產(chǎn)率，除縮短加工時(shí)間，盡量使輔助時(shí)間加工時(shí)間重合外，還可考慮在每個(gè)工位上安裝，從而加工不同的表面。
3) 轉(zhuǎn)塔頭式及轉(zhuǎn)塔動(dòng)力箱式組合機(jī)床有單軸和多軸兩類，并有通用化、系列化標(biāo)準(zhǔn)。通過(guò)帶有各種工藝性能的單軸（或多軸）轉(zhuǎn)塔頭或轉(zhuǎn)塔動(dòng)力箱轉(zhuǎn)位，實(shí)現(xiàn)對(duì)工件的順序加工。單軸轉(zhuǎn)塔主軸設(shè)置在轉(zhuǎn)塔體上，工位數(shù)有4～8個(gè)或更多，轉(zhuǎn)塔可布置成臥式和立式；多軸轉(zhuǎn)塔主軸則設(shè)置在多軸箱（或單軸箱）上；工位數(shù)3，4，6個(gè)，可以完成工件一個(gè)面上的主要加工工序。
轉(zhuǎn)塔式組合機(jī)床可以完成一個(gè)工件的多工序加工，并可減少機(jī)床臺(tái)數(shù)和占地面積，由于轉(zhuǎn)塔式的各工位主軸順序加工，使得各工位在切削時(shí)間上不重合，機(jī)床的生產(chǎn)率較低，適宜于中小批量生產(chǎn)場(chǎng)合。
除上述各種配置形式外，還可采用可調(diào)式組合機(jī)床，以適應(yīng)幾種工件的輪番生產(chǎn)；采用自動(dòng)換刀式和自動(dòng)更換主軸箱式組合機(jī)床，以適應(yīng)孔數(shù)較少的工件和孔數(shù)較多外形式尺寸較大的工件；采用工件能在機(jī)床上對(duì)工件多次安裝與采用多工位回轉(zhuǎn)工作臺(tái)或移動(dòng)工作臺(tái)相結(jié)合的方式的組合機(jī)床，使一臺(tái)組合機(jī)床能對(duì)工件進(jìn)行多次加工；還可以采用將若干種加工工藝相近似的工件合并加工的成組加工組合機(jī)床，以增大中批量生產(chǎn)的加工能力。
(4) 小型組合機(jī)床配置形式
小型組合機(jī)床也是由大量通用零部件組成，其配置特點(diǎn)是：常用兩個(gè)以上具有主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的小型動(dòng)力頭分散布置，組合加工。動(dòng)力頭有套筒式、滑臺(tái)式,配置靈活性大，操作使用方便，易于調(diào)整和改裝。
組合機(jī)床的配置形式是多種多樣的，同一零件的加工可采用幾種不同的配置方案。在確定組合機(jī)床配置形式時(shí)，應(yīng)對(duì)幾個(gè)可行的方案進(jìn)行綜合分析，從機(jī)床負(fù)荷率，能達(dá)到的加工精度，使用和排屑的方便性，機(jī)床的可調(diào)性，機(jī)床部件的通用化程度，占地面積等方面作比較，選擇合理的機(jī)床總體布局方案。組合機(jī)床系指以通用部件為基礎(chǔ)，配以少量專用部件，對(duì)一種或若干種工件按預(yù)先確定的工序進(jìn)行加工的機(jī)床。
1.3組合機(jī)床的發(fā)展現(xiàn)狀和動(dòng)向
世界上第一臺(tái)組合機(jī)床于1908年在美國(guó)問(wèn)世，30年代后組合機(jī)床在世界各國(guó)得到迅速發(fā)展。至今，它已成為現(xiàn)代制造工程（尤其是箱體零件加工）的關(guān)鍵設(shè)備之一。
近年來(lái)，隨著數(shù)控技術(shù)，電子技術(shù)，計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，組合機(jī)床的服務(wù)對(duì)象已經(jīng)由過(guò)去的農(nóng)用機(jī)械，載貨汽車向以轎車工業(yè)為重點(diǎn)的轉(zhuǎn)移，組合機(jī)床行業(yè)開(kāi)展了針對(duì)轎車零件關(guān)鍵工藝研究開(kāi)發(fā)的科研攻關(guān)，采取引進(jìn)技術(shù)，合作生產(chǎn)和自行開(kāi)發(fā)相結(jié)合；組合機(jī)床也由過(guò)去的剛性組合機(jī)床向具有一定柔性，可實(shí)現(xiàn)多品種加工方向的變化,同時(shí)又應(yīng)用數(shù)控技術(shù)發(fā)展了三坐標(biāo)加工單元等數(shù)控組合機(jī)床,把純剛性的設(shè)備變?yōu)榭勺兛烧{(diào)的裝備；組合機(jī)床的加工精度由半精加工向精加工方向轉(zhuǎn)化,還開(kāi)發(fā)了針對(duì)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)五大件加工的關(guān)鍵工藝設(shè)備，使行業(yè)在精加工機(jī)床的品種上有了較大擴(kuò)充，為提供成套設(shè)備創(chuàng)造了條件；組合機(jī)床制造技術(shù)由過(guò)去的以機(jī)加工為主的單機(jī)及自動(dòng)化向綜合成套方向轉(zhuǎn)換，加強(qiáng)了相應(yīng)配套技術(shù)與產(chǎn)品的研究開(kāi)發(fā)；組合機(jī)床的控制技術(shù)由傳統(tǒng)的程序控制技術(shù)向數(shù)控，計(jì)算機(jī)管理與監(jiān)控方向發(fā)展；組合機(jī)床行業(yè)企業(yè)生產(chǎn)的組合機(jī)床的控制技術(shù)，已完成了由接觸繼電器控制向可編程控制的轉(zhuǎn)變，大大的提高了組合機(jī)床的可靠性，故障率大為降低；組合機(jī)床的開(kāi)發(fā)已經(jīng)又過(guò)去的人工設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)向計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，大力推行CAD，為提高設(shè)計(jì)速度，保證設(shè)計(jì)質(zhì)量，縮短供貨周期創(chuàng)造了有利的條件。
現(xiàn)代制造工程從各個(gè)角度對(duì)組合機(jī)床提出了愈來(lái)愈高的要求，而組合機(jī)床也在不斷吸取新技術(shù)成果而完善和發(fā)展。
(1) 高速化：由于機(jī)構(gòu)各組件分工的專業(yè)化，在專業(yè)主軸廠的開(kāi)發(fā)下，主軸高速化日益普及。過(guò)去只用于汽車工業(yè)高速化的機(jī)種（每分鐘1.5萬(wàn)轉(zhuǎn)以上的機(jī)種），現(xiàn)在已成為必備的機(jī)械產(chǎn)品要件。
(2) 精密化：由于各組件加工的精密化，微米的誤差已不是問(wèn)題。以電腦輔助生產(chǎn)系統(tǒng)的發(fā)展帶動(dòng)數(shù)控控制器的功能越來(lái)越多。
(3) 高效能：對(duì)機(jī)床高速及精密化要求的提高導(dǎo)致了對(duì)加工工件制造速度的要求提高。同時(shí)，由于產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)激烈，產(chǎn)品生命周期縮短，模具的快速加工已成為縮短產(chǎn)品開(kāi)發(fā)時(shí)間所必須具備的條件。對(duì)制造速度的要求致使加工模具的機(jī)床向著高效能專業(yè)化機(jī)種發(fā)展。
(4) 系統(tǒng)化：機(jī)床已逐漸發(fā)展成為系統(tǒng)化產(chǎn)品。現(xiàn)在可以用一臺(tái)電腦控制一條生產(chǎn)線的作業(yè)，不但可縮短產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)時(shí)間，還可以提高產(chǎn)品的加工精度和產(chǎn)品質(zhì)量。
(5) 復(fù)合化：產(chǎn)品外觀曲線的復(fù)雜化致使模具加工技術(shù)必須不斷升級(jí)，機(jī)床五軸加工、六軸加工已日益普及，機(jī)床加工的復(fù)合化已是不可避免的發(fā)展趨勢(shì)。
本行業(yè)雖然取得了較大的進(jìn)步與發(fā)展,但是, 在制造技術(shù)高速發(fā)展的今天, 由于基礎(chǔ)比較薄弱, 從整體看, 與國(guó)外先進(jìn)水平、與國(guó)內(nèi)用戶的要求都還存在著一定的差距, 主要表現(xiàn)在: 產(chǎn)品可靠性較差, 難以適應(yīng)轎車工業(yè)等大批量生產(chǎn)的要求; 可調(diào)可變性、柔性較差, 缺少必要的適應(yīng)多品種加工的新品種; 系列化、通用化、模塊化程度低, 致使制造周期過(guò)長(zhǎng), 滿足不了用戶要求; 科學(xué)管理、成本控制水平不高, 在市場(chǎng)上缺乏競(jìng)爭(zhēng)力; 生產(chǎn)周期長(zhǎng)、拖期交貨現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生, 在用戶中信譽(yù)度還不高等等。
80年代以來(lái)，國(guó)外組合機(jī)床技術(shù)在滿足精度和效率要求的基礎(chǔ)上，正朝著綜合成套和具備柔性的方向發(fā)展。組合機(jī)床的加工精度、多品種加工的柔性以及機(jī)床配置的靈活多樣方面均有新的突破性進(jìn)展, 實(shí)現(xiàn)了機(jī)床工作程序軟件化、工序高度集中、高效短節(jié)拍和多種功能的自動(dòng)監(jiān)控。組合機(jī)床技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)是:
1) 泛應(yīng)用數(shù)控技術(shù)。
2) 展柔性技術(shù)。
3) 展綜合自動(dòng)化技術(shù)。
4) 一步提高工序集中程度。
1.4本課題主要研究?jī)?nèi)容及意義
1.4.1研究的內(nèi)容及指標(biāo)：
a. 本次設(shè)計(jì)主要的研究?jī)?nèi)容包括：
(1) 運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)：根據(jù)給定的被加工零件，確定機(jī)床的切削用量，通過(guò)分析比較擬定傳動(dòng)方案和傳動(dòng)系統(tǒng)圖，確定傳動(dòng)副的傳動(dòng)比及齒輪的齒數(shù)，并計(jì)算主軸的實(shí)際轉(zhuǎn)速與標(biāo)準(zhǔn)的相對(duì)誤差。
(2) 動(dòng)力設(shè)計(jì)：根據(jù)給定的工件，初算傳動(dòng)軸的直徑、齒輪的模數(shù)；確定動(dòng)力箱；計(jì)算多軸箱尺寸及設(shè)計(jì)傳動(dòng)路線。完成裝配草圖后，要驗(yàn)算傳動(dòng)軸的直徑，齒輪模數(shù)否在允許范圍內(nèi),還要驗(yàn)算主軸主件的靜剛度。
(3) 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：進(jìn)行主運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)軸系、變速機(jī)構(gòu)、主軸主件、箱體、潤(rùn)滑與密封等的布置和機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì),即繪制裝配圖和零件工作圖。
(4) 編寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)
評(píng)價(jià)機(jī)床性能的優(yōu)劣，主要是根據(jù)技術(shù)—經(jīng)濟(jì)指標(biāo)來(lái)判定的。技術(shù)先進(jìn)合理，亦即“質(zhì)優(yōu)價(jià)廉”才會(huì)受到用戶的歡迎，在國(guó)內(nèi)和國(guó)際市場(chǎng)上才有競(jìng)爭(zhēng)力。機(jī)床設(shè)計(jì)的技術(shù)—經(jīng)濟(jì)指標(biāo)可以從滿足性能要求、經(jīng)濟(jì)效益和人機(jī)關(guān)系等方面進(jìn)行分析。
b. 本設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容包括：
(1) 被加工零件孔的直徑及相對(duì)坐標(biāo)尺寸見(jiàn)零件示意圖；
(2) 被加工零件的材料為HT200；
(3) 工件定位面比工作臺(tái)面高110毫米，工作臺(tái)每工位移動(dòng)行程300毫米；
(4) 工件對(duì)稱中心線與工作臺(tái)中心線重合（鉆孔工位）；
(5) 熟悉組合機(jī)床的基本形式；
(6) 確定切削用量、計(jì)算切削力、選擇動(dòng)力箱型號(hào)；
(7) 設(shè)計(jì)多軸箱裝配圖及主要零件圖、變位齒輪圖；
1.4.2 研究本課題的意義
機(jī)床工業(yè)是現(xiàn)代工業(yè)特別是現(xiàn)代制造業(yè)的基礎(chǔ)，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有重要的戰(zhàn)略地位。機(jī)床工業(yè)與一個(gè)國(guó)家的工業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力、制造業(yè)發(fā)展水平緊密相關(guān)，本國(guó)的機(jī)床工業(yè)水平越高，工業(yè)和制造業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力越強(qiáng)。對(duì)我國(guó)而言，機(jī)床工業(yè)不僅僅具有重要的經(jīng)濟(jì)意義，而且還具有重要的國(guó)防戰(zhàn)略意義。研究機(jī)床工業(yè)的特點(diǎn)，有助于我們了解機(jī)床工業(yè)的特殊規(guī)律，從而找到適合我國(guó)國(guó)情的機(jī)床工業(yè)發(fā)展之路。我國(guó)工業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力和制造業(yè)發(fā)展水平不高，一定程度上是與我國(guó)機(jī)床工業(yè)發(fā)展水平不高相聯(lián)系的，加快我國(guó)機(jī)床工業(yè)的發(fā)展，提高我國(guó)機(jī)床工業(yè)技術(shù)和管理水平，將有利于我國(guó)工業(yè)和制造業(yè)發(fā)展。所以對(duì)機(jī)床的研究設(shè)計(jì)意義是極其重大的。
畢業(yè)設(shè)計(jì)是高等教育體系中非常重要的環(huán)節(jié)，它可以檢驗(yàn)自己對(duì)專業(yè)知識(shí)理解與掌握的程度，也可以提高自己綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)的能力，也能在分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的過(guò)程中學(xué)到更多新的知識(shí)。
近幾年來(lái)，由于國(guó)家加大基礎(chǔ)設(shè)施的投入，工程機(jī)械需求呈現(xiàn)了強(qiáng)勁的增長(zhǎng)勢(shì)頭，部分生產(chǎn)廠家呈現(xiàn)出一年翻一番的發(fā)展形勢(shì)，雖然國(guó)家因出現(xiàn)局部經(jīng)濟(jì)過(guò)熱而采取對(duì)鋼材、建材、電解鋁等行業(yè)進(jìn)行調(diào)控，但許多重點(diǎn)工程都陸續(xù)開(kāi)工上馬，工程機(jī)械雖不會(huì)出現(xiàn)去年過(guò)熱現(xiàn)象，但今后幾年仍然會(huì)維持較大程度的增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。另外隨著我國(guó)汽車工業(yè)的發(fā)展，對(duì)產(chǎn)品加工精度的要求也越來(lái)越高。
國(guó)內(nèi)加工設(shè)備與進(jìn)口產(chǎn)品相比，其特點(diǎn)是價(jià)位低、產(chǎn)品穩(wěn)定性、可靠性差、零件加工手段落后。隨著國(guó)家對(duì)世貿(mào)承諾的逐步實(shí)現(xiàn)，價(jià)格的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)也逐漸減少，這就要求我們對(duì)自己的產(chǎn)品進(jìn)行徹底的革新，提高產(chǎn)品的加工精度，進(jìn)一步提高產(chǎn)品的質(zhì)量提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。這就給組合機(jī)床的發(fā)展到來(lái)了契機(jī)，充分利用其孔的周期定位精度的優(yōu)勢(shì)，給其本身的發(fā)展和行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力都帶來(lái)了許多好處。再加上現(xiàn)代機(jī)械制造工業(yè)發(fā)展的基本特征：產(chǎn)品的更新縮短，多品種，中小批量輪番生產(chǎn)是普遍現(xiàn)象。因此，具有一定的柔性，能對(duì)多品種，中小批量生產(chǎn)方式做出快速的響應(yīng)的組合機(jī)床必將有一個(gè)美好的未來(lái)。
2 多軸箱的原始數(shù)據(jù)計(jì)算
2.1待加工件的特點(diǎn)及設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo)：
(1) 材料硬度：170～220HB；
(2) 被加工件孔的直徑及相對(duì)坐標(biāo)尺寸見(jiàn)零件示意圖；
(3) 工件定位面比工作臺(tái)臺(tái)面高110毫米，工作臺(tái)每工位移動(dòng)行程250毫米；
(4) 確定切削用量、計(jì)算切削力、選擇動(dòng)力箱型號(hào)；
(5) 設(shè)計(jì)多軸箱裝配圖及主要零件圖、變?yōu)辇X輪圖；
(6) 工件材料：HT200；
2.2 組合機(jī)床切削用量選擇的特點(diǎn)、方法及注意問(wèn)題
2.2.1組合機(jī)床切削用量選擇的特點(diǎn)
(1) 組合機(jī)床采用多刀、多刃同時(shí)切削，為盡量減少換刀時(shí)間和刀具的損耗，保證機(jī)床的生產(chǎn)率及經(jīng)濟(jì)效果，選用的切削用量應(yīng)比通用機(jī)床單刀加工時(shí)低30%左右。
(2) 組合機(jī)床通常用動(dòng)力滑臺(tái)來(lái)帶動(dòng)刀具進(jìn)給。因此，同一滑臺(tái)帶動(dòng)的多軸箱上的所有刀具（除絲錐外）的每分鐘進(jìn)給量相同，即等于滑臺(tái)的工進(jìn)速度。
2.2.2組合機(jī)床切削用量選擇方法及應(yīng)注意的問(wèn)題
目前常用的查表法，參照生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)同類工藝，必要時(shí)經(jīng)工藝實(shí)驗(yàn)確定切削用量。確定切削用量時(shí)應(yīng)注意以下問(wèn)題：
(1) 應(yīng)盡量做到合理使用所有刀具，充分發(fā)揮其使用性能。由于多軸箱上同時(shí)工作的刀具種類不同且直徑大小不等，其切削用量也各有特點(diǎn)。如鉆孔要求高的切削速度和較小的進(jìn)給量；鉸孔則與之相反。同一多軸箱上刀具每分鐘進(jìn)給量必須相等并等于滑臺(tái)的工進(jìn)速度，所以要求同一個(gè)多軸箱上各刀具均有較合理的切削用量是困難的。因此，一般先按各刀具選擇較合理的轉(zhuǎn)速和每轉(zhuǎn)進(jìn)給量，再根據(jù)其中工作時(shí)間最長(zhǎng)、負(fù)荷最重、刃磨較困難的所謂“限制性刀具”來(lái)確定并調(diào)整每轉(zhuǎn)進(jìn)給量，通常用“試湊法”來(lái)滿足進(jìn)給量相同的要求。
必要時(shí)可對(duì)少數(shù)難以協(xié)調(diào)的刀具采用附加（增或減速）機(jī)構(gòu)加以解決。當(dāng)同一多軸箱上有銑端面工序，應(yīng)將銑端面安排在滑臺(tái)工進(jìn)的最后，以便采用二次工進(jìn)時(shí)選用所需的進(jìn)給量。
(2) 復(fù)合刀具切削用量選擇應(yīng)考慮刀具的使用壽命。保證刀具應(yīng)有的使用壽
命，進(jìn)給量按復(fù)合刀具最小的直徑選擇。如鉆-鉸復(fù)合刀具，進(jìn)給量按鉆頭選，切削用量按鉸刀選。在分別選擇時(shí)均應(yīng)取允許值的上限，使復(fù)合刀具有較合適的切削用量。對(duì)整體復(fù)合刀具，往往強(qiáng)度較低，故切削用量應(yīng)選的較低些。
(3) 多軸鏜孔主軸刀頭均需定向快進(jìn)快退時(shí)（刀頭處于同一角度位置進(jìn)入或退出工件孔），也是在保證加工精度和刀具的耐用度的情況下，提高“限制性刀具”的切削用量；對(duì)于“非限制性刀具”，其耐用度只要求不低于某一極限值，可以減少切削功率。各鏜軸轉(zhuǎn)速應(yīng)相等或成整數(shù)倍。
(4) 選擇切削用量時(shí)要注意既要保證生產(chǎn)批量的要求，又要保證刀具一定的耐用度。在生產(chǎn)率要求不高時(shí)，切削用量不必選得很高，以免降低刀具的耐用度。即使是生產(chǎn)率要求很高的組合機(jī)床，也是在保證加工精度和刀具的耐用度的情況下，提高“限制性刀具”的切削用量；對(duì)于“非限制性刀具”，其耐用度只要求不低于某一極限值，可以減少切削功率。組合機(jī)床切削用量選擇通常要求刀具耐用度不低于一個(gè)工作班，最少不低于4小時(shí)。
(5) 確定切削用量時(shí)，還需考慮所選動(dòng)力滑臺(tái)的性能。如采用液壓滑臺(tái)時(shí)，選擇每分鐘進(jìn)給量應(yīng)該比滑臺(tái)最小工進(jìn)速度大50%，否則會(huì)受溫度影響和其他原因?qū)е逻M(jìn)給不穩(wěn)定。
2.3 切削參數(shù)的確定
2.3.1鉆工位切削參數(shù)
表2.1鉆孔推薦切削用量
加工材料
加工直徑d(mm)
切削速度v（m/min）
進(jìn)給量f(mm/r)
鑄
鐵
200～241HBS
1～6
10～18
0.05～0.1
﹥6～12
﹥0.1～0.18
﹥12～22
﹥0.18～0.25
﹥22～50
﹥0.25～0.4
表2.2 深孔鉆切削用量遞減表
深徑比
3d
(3～4)d
(4～5)d
切削速度v（m/min）
V
(0.8～0.9)v
(0.7～0.8)v
進(jìn)給量f （mm/r）
F
0.9f
0.9f
鉆削的孔直徑分別為10mm，孔深為25mm
由表2.1得φ10的鉆削參數(shù)如下表所示：
表2.3鉆孔推薦參數(shù)
孔
切削速度v(m/min)
進(jìn)給量(mm/r)
φ10
10～18
0.1～0.18
各個(gè)孔的深徑比分別為φ10 (h=25/10=2.5d)取3d ,
由表2.2有：
VΦ10=1V=1×(10～18)=10～18
fΦ10=1f=1×(0.1～0.18)=0.1～0.18
根據(jù)各個(gè)切削用量之間的關(guān)系可以計(jì)算出各個(gè)主軸的轉(zhuǎn)速范圍，即使： （2.1）
其中：v為切削速度 (mm/min)
d為所鉆孔的直徑 （mm）
所以經(jīng)計(jì)算可得：
φ10的轉(zhuǎn)速為：n=1000×10/π×10=318～573 (r/min)
綜上所述，整理有表2.4：
表2.4 切削參數(shù)范圍
φ10
切削速度v(m/min)
10～18
進(jìn)給量f (mm/r)
0.1～0.18
轉(zhuǎn)速n (r/min)
318～573
考慮到所有的軸同時(shí)運(yùn)動(dòng)，其工作臺(tái)進(jìn)給速度M應(yīng)該是相同的即(nf)相同。根據(jù)所計(jì)算的參數(shù)選取相應(yīng)的值。
對(duì)φ10：取f=0.15,n=400,那么M=nf=400×0.15=60 mm/min
則有：Vφ10=400×3.14×10=12.560m/min
綜上所述，整理有：
表2.5 鉆孔切削參數(shù)
Φ10
切削速度v(m/min)
12.560
進(jìn)給量f (mm/r)
0.15
轉(zhuǎn)速n (r/min)
400
2.3.2 擴(kuò)工位切削參數(shù)：
表2.6擴(kuò)孔推薦切削用量
孔徑 (mm)
Φ11.7
切削速度v(m/min)
10～18
進(jìn)給量f (mm/r)
0.15～0.2
為使機(jī)床的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉，設(shè)計(jì)周期短，工作臺(tái)的進(jìn)給速度與鉆削時(shí)的進(jìn)給速度保持一至，即取M=60mm/min.
因此根據(jù)表2.6推薦的參數(shù)，選擇、計(jì)算如下：
對(duì)Φ11.7的孔：
轉(zhuǎn)速 n=10000÷(3.14×11.7)～18000÷(3.14×11.7)=272.2～490.0
取 n=400
則 f=M／n=60÷400=0.15mm/r
切削速度 V=400×3.14×11.7=14.695
綜上所述，整理有表2.7：
表2.7 擴(kuò)孔參數(shù)
孔徑 (mm)
Φ11.7
切削速度v(m/min)
14.695
進(jìn)給量f (mm/r)
0.15
轉(zhuǎn)速n (r/min)
400
2.3.3 鉸工位切削參數(shù)：
表2.8 鉸孔參數(shù)
孔徑 (mm)
Φ12
切削速度v(m/min)
2～6
進(jìn)給量f (mm/r)
0.5～1
為使機(jī)床的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉，設(shè)計(jì)周期短，工作臺(tái)的進(jìn)給速度與鉆擴(kuò)時(shí)的進(jìn)給速度保持一至，即取M=60 mm/min.
因此根據(jù)表2.6推薦的參數(shù)，選擇、計(jì)算如下：
對(duì)Φ12的孔：
轉(zhuǎn)速 n=20000÷(3.14×12)～1000×6÷(3.14×12)=50～159
取 n=100
則 f=M／n=60÷100=0.6mm/r
切削速度 V=100×3.14×12=3.768m/min
綜上所述，整理有表2.9：
表2.9 鉸孔參數(shù)
孔徑 (mm)
Φ12
切削速度v(m/min)
3.768
進(jìn)給量f (mm/r)
0.6
轉(zhuǎn)速n (r/min)
100
2.4 機(jī)床動(dòng)力參數(shù)的確定：
2.4.1 鉆工位動(dòng)力參數(shù)計(jì)算：
參照表2.5,組合機(jī)床的切削用量計(jì)算切削力、轉(zhuǎn)矩及功率,鉆孔時(shí)(刀具材料選用高速鋼;工件材料為灰鑄鐵。
(1) 切削力 （N） （2.2）
(2) 切削轉(zhuǎn)矩 （N﹒mm） （2.3）
(3) 切削功率 (KW) （2.4）
其中：v— 切削速度（m/min）
f— 進(jìn)給量 （mm/r）
D— 加工直徑（mm）
HB —布氏硬度 ：HB=
對(duì)于Φ10:
F=26×10×0.15×203.333333 =1381.4756
T=10×11×0.15×203.333333=4224.3006
P=(4224.3006×12.5600÷(9740×3.14×10)=0.17348
2.4.2 擴(kuò)工位動(dòng)力參數(shù)：
參照計(jì)算組合機(jī)床擴(kuò)孔切削時(shí)的切削力、轉(zhuǎn)矩及功率, (刀具材料選用高速鋼;工件材料為灰鑄鐵)
(1) 切削力 （N） （2.5）
(2) 切削轉(zhuǎn)矩 (N﹒mm) （2.6）
(3) 切削功率 (KW) （2.7）
v— 切削速度（m/min）
f— 進(jìn)給量 （mm/r）
D— 加工直徑（mm）
HB —布氏硬度 ：HB=
—切削深度（mm）=(D-d)/2
D — 加工直徑 （mm）
d — 擴(kuò)孔前的直徑（mm）
對(duì)于所有的孔：
對(duì)于Φ11.7的孔：
F=9.2×0.15×3×203.333333=390.5280
T=31.6×11.7×0.15×203.333333=1063.1190
P=(1063.1190×14.695)÷(9740×3.14×11.7)=0.04365
2.4.3 鉸工位動(dòng)力參數(shù)：
給定鉸孔的孔徑為Φ12，通過(guò)查閱切削用量簡(jiǎn)明手冊(cè)得：
(1) 切削力F= 296.7（N）
(2) 切削轉(zhuǎn)矩T=677.395(N﹒mm)
(3) 切削功率P=0.0067(KW)
綜上所述，整理有表2.10：
表2.10各工序動(dòng)力參數(shù)
Φ10
Φ11.7
Φ12
切削功率P(KW)
0.17348
0.04365
0.0067
切削轉(zhuǎn)矩T(N﹒M)
4.2243066
1.10631190
0.677395
2.5 動(dòng)力部件的選取：
動(dòng)力部件的選擇主要是確定動(dòng)力箱的選擇，要選用與其他部件相配套的動(dòng)力箱驅(qū)動(dòng)多軸箱進(jìn)行工作，其驅(qū)動(dòng)功率主要依據(jù)多軸箱所傳遞的切削功率來(lái)選用。在不需要精確計(jì)算多軸箱功率或多軸箱尚未設(shè)計(jì)出來(lái)之前，可按下列公式進(jìn)行估算： （2.8）
式中 —消耗于各主軸的切削功率的總和，單位KW;
——多軸箱的傳動(dòng)效率，加工黑色金屬時(shí)取0.8～0.9，加工有色金屬時(shí)取0.7～0.8；主軸多、傳動(dòng)復(fù)雜時(shí)取小值，反之取大值。
必須注意：當(dāng)某一規(guī)格的動(dòng)力部件的功率或進(jìn)給力不能滿足要求，但又相差不大時(shí)，不要輕易選取大一規(guī)格的動(dòng)力部件，而應(yīng)該以不影響加工精度和效率為前提，適當(dāng)降低關(guān)鍵性刀具的切削用量或?qū)⒌毒咤e(cuò)開(kāi)順序加工，以降低功率和進(jìn)給力。
對(duì)該被加工零件進(jìn)行分析，其有Φ10的孔六個(gè)；Φ11.7的孔六個(gè)，Φ12的孔六個(gè)。由于該機(jī)床為三工位機(jī)床，在鉆孔時(shí)擴(kuò)孔和鉸孔的主軸是空轉(zhuǎn)的，擴(kuò)孔時(shí)鉆孔和鉸孔的主軸是空轉(zhuǎn)的，鉸孔是鉆孔和擴(kuò)孔的主軸也是空轉(zhuǎn)的。分別計(jì)算鉆、擴(kuò)、鉸時(shí)所需要的功率如下：
P=6P=6×0.17348=1.04088 KW
P=6P=6×0.04365=0.2619 KW
P=6P=6×0.0067=0.0402 KW
由于加工時(shí)只有一個(gè)工位在工作另兩個(gè)工位空轉(zhuǎn)，所以用功率較大的鉆削功率來(lái)估算動(dòng)力箱的功率，由上邊的公式所述，由于加工的是鑄鐵，所以取效率為0.80，則有：
P=P/η=1.04088÷0.80=1.3011 KW
考慮到空轉(zhuǎn)、傳動(dòng)軸的功率損失，選取動(dòng)力箱為1TD32V，其參數(shù)如表2.11：
電動(dòng)機(jī)型號(hào)
電動(dòng)機(jī)功率
L3
電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速
輸出軸轉(zhuǎn)速
Y112M-6
2.2 (KW)
340 （mm）
940(r/min)
470 (r/min)
表2.11 動(dòng)力箱參數(shù)
2.6 軸的初步選定
軸材料的選擇：軸的材料主要是碳鋼和合金鋼，由于碳鋼比合金鋼價(jià)廉，對(duì)應(yīng)力集中的敏感性較低，同時(shí)也可用熱處理或化學(xué)熱處理的辦法。
綜上所述，整理有2.12：
表2.12 各主軸的初選直徑
Φ10
Φ11.7
Φ12
切削轉(zhuǎn)矩T(N﹒m)
4.2243066
1.0631190
1.11720635
軸徑（mm）
25
25
25
為使得結(jié)構(gòu)對(duì)成，同時(shí)加大擴(kuò)孔時(shí)的質(zhì)量分別圓整各個(gè)主軸的直徑為：
DΦ10=25 DΦ11.7=25 DΦ12=25
傳動(dòng)軸的直徑也參考主軸直徑而定，取直徑Φ25。
通用鉆削類主軸按支承方式可以分為三種：
(1) 滾錐軸承主軸：前后支承均為圓錐滾子軸承。這種支承可以承受較大的徑向和軸向力，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、裝配調(diào)整方便，廣泛應(yīng)用于擴(kuò)、鏜、鉸孔和攻螺紋等加工；當(dāng)?shù)毒哌M(jìn)退兩個(gè)方向都有軸向力切削力時(shí)常用此種結(jié)構(gòu)。
(2) 滾珠軸承主軸：前支承為推力軸承和向心球軸承、后支承為向心球軸承或圓錐滾子軸承。因推力球軸承設(shè)置在前端，能承受較大的軸向力，適應(yīng)于鉆孔加工。
(3) 滾錐軸承主軸：前后支承均采用無(wú)內(nèi)環(huán)滾針軸承和推力軸承。當(dāng)主軸間距較小時(shí)采用。
對(duì)于本設(shè)計(jì)而言，設(shè)計(jì)的是三工位工作臺(tái)式的多軸箱，包括鉆工位、擴(kuò)工位鉸工位，所以在主軸選用時(shí)鉆工位按推薦的選用滾珠軸承主軸，為加強(qiáng)擴(kuò)工位的強(qiáng)度提高其承載的能力，所以同鉆削主軸一樣采用滾珠軸承主軸。結(jié)構(gòu)如圖2.13所示：軸承分別為33005、16005（16004）、51105（51104）。[12][14][15]
圖2.13 主軸的支承結(jié)構(gòu)
對(duì)于傳動(dòng)軸，基本上不承受軸向力，但是為提高加工精度，防止派生的軸向力影響傳動(dòng)，故選用滾錐軸承的支承方式即在兩端均采用圓錐滾子軸承33005。這樣就可以通過(guò)軸承的預(yù)緊來(lái)更好的提高加工進(jìn)度,結(jié)構(gòu)如圖2.14。[12][14][15]
圖2.14 傳動(dòng)軸的支承結(jié)構(gòu)
對(duì)于本設(shè)計(jì)而言，設(shè)計(jì)的是三工位移動(dòng)工作臺(tái)式的多軸箱，包括鉆工位、擴(kuò)工位、鉸工位，所以在主軸選用時(shí)鉆工位按推薦的選用滾珠軸承主軸，為加強(qiáng)擴(kuò)工位的強(qiáng)度提高其承載的能力，所以同鉆削主軸一樣采用滾珠軸承主軸。
2.7 箱體尺寸的確定
標(biāo)準(zhǔn)通用鉆、鏜類多軸箱的厚度是一定的，臥式為325mm，立式為340mm。因此，確定多軸箱尺寸，主要是確定多軸箱的寬度B和高度H及最低主軸高度h。由任務(wù)書(shū)知，工件定位面比工作臺(tái)高110mm，工作臺(tái)每工位移動(dòng)的行程為250mm；工件高度h為420mm，寬度B為250mm。
所以箱體的尺寸初步計(jì)算為：
H=420+110=530 mm
B=250×2+250=750 mm
則 B×H=750×530mm
考慮到其內(nèi)部傳動(dòng)連復(fù)雜，再加上需要安裝潤(rùn)滑用的油泵等設(shè)備，應(yīng)優(yōu)先考慮外部動(dòng)力輸入，預(yù)定采用800×630的多軸箱箱體。由所選動(dòng)力箱、和箱體，取箱體右下角定位銷為原點(diǎn)的輸入軸位置（350，129.5）。
3 多軸箱傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
3.1多軸箱傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的準(zhǔn)則：
多軸箱傳動(dòng)設(shè)計(jì)，是根據(jù)動(dòng)力箱驅(qū)動(dòng)軸的位置和轉(zhuǎn)速、各主軸位置及轉(zhuǎn)速要求，設(shè)計(jì)傳動(dòng)連，把驅(qū)動(dòng)軸與各主軸鏈接起來(lái)，使各主軸獲得預(yù)訂的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向。
3.1.1對(duì)多軸箱傳動(dòng)系統(tǒng)的一般要求：
(1) 在保證主軸的強(qiáng)度、剛度、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向的條件下，力求使傳動(dòng)軸和齒輪的規(guī)格、數(shù)量為最少。為此，應(yīng)盡量用一根中間軸帶動(dòng)多根主軸，并將齒輪布置在同一排上。當(dāng)中心距不符合標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，可采用變?yōu)辇X輪或略微改變傳動(dòng)比的方法來(lái)解決。
(2) 盡量不使用主軸帶動(dòng)主軸的方案，以免增加主軸的負(fù)荷，影響加工質(zhì)量。
(3) 為使結(jié)構(gòu)緊湊，多軸箱內(nèi)齒輪副的傳動(dòng)比一般不要大于1/2，后蓋內(nèi)齒輪傳動(dòng)比允許至1/3～1/3.5；盡量避免用升速傳動(dòng)。但是為了使主軸上的齒輪不至于過(guò)大，最后一級(jí)經(jīng)常采用升速傳動(dòng)。
(4) 用于粗加工主軸上的齒輪，應(yīng)盡量設(shè)在靠近前蓋處，以減少主軸的扭轉(zhuǎn)變形；
(5) 驅(qū)動(dòng)軸直接帶動(dòng)的傳動(dòng)軸數(shù)不要超過(guò)兩根，以免給裝配帶來(lái)困難。
3.1.2 擬定多軸箱傳動(dòng)方案的基本方法：
先把全部主軸中心分布在幾個(gè)同心圓上，在各個(gè)同心圓的圓心上分別設(shè)置中心傳動(dòng)軸；非同心圓分布的一些主軸也已設(shè)置中間傳動(dòng)軸（如一根傳動(dòng)軸帶動(dòng)兩根或三根主軸）；然后根據(jù)已選定的各中心傳動(dòng)軸再取同心圓，并用最少的傳動(dòng)軸帶動(dòng)這些中心傳動(dòng)軸；最后通過(guò)合攏傳動(dòng)軸與動(dòng)力箱驅(qū)動(dòng)軸鏈接起來(lái)。
(1) 將主軸劃分為各種分布類型和被加工零件上加工孔位置分布是多種多樣的，但大致可歸納為：同心圓分布、直線分布和任意分布三種類型。因此，多軸箱上主軸分布相應(yīng)分為三種：
1) 直線分布：對(duì)這類主軸，可分別用一根中間傳動(dòng)軸帶動(dòng)兩根主軸。
2) 同心圓分布：對(duì)這類主軸，可在同心圓處分別設(shè)置中心傳動(dòng)軸，由其上的一個(gè)或幾個(gè)（不同排數(shù)）齒輪來(lái)帶動(dòng)各主軸。
3) 任意分布：對(duì)此類主軸可根據(jù)“三點(diǎn)共圓”原理。它是同心圓和直線分布的混合形式。
(2) 確定驅(qū)動(dòng)軸轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)向及其在多軸箱上的驅(qū)動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速即按動(dòng)力箱型號(hào)
選定；當(dāng)采用動(dòng)力滑臺(tái)時(shí)，驅(qū)動(dòng)軸旋轉(zhuǎn)方向可任意選擇；動(dòng)力箱與多軸箱連接時(shí)，應(yīng)注意驅(qū)動(dòng)軸中心一般設(shè)置于多軸箱體寬度的中心線上，其中心高度則決定于所選動(dòng)力箱的型號(hào)規(guī)格。驅(qū)動(dòng)軸中心位置在機(jī)床聯(lián)系尺寸圖中已經(jīng)確定。
用最少的傳動(dòng)軸及齒輪把驅(qū)動(dòng)軸和各主軸連接起來(lái)在多軸箱設(shè)計(jì)原始依據(jù)圖中確定了各個(gè)主軸的位置、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向的基礎(chǔ)上，首先分析主軸位置，擬定傳動(dòng)方案，選定齒輪模數(shù)（估算或類比），再通過(guò)計(jì)算、作圖或多次試湊相結(jié)合的方法，確定齒輪齒數(shù)和中間傳動(dòng)軸的位置及轉(zhuǎn)速。
3.1.3潤(rùn)油泵軸和手柄軸的安置
多軸箱常采用葉片油泵潤(rùn)滑，油泵供油至分油器經(jīng)油管分送到個(gè)潤(rùn)滑點(diǎn)。油泵安裝在箱體的前壁上，泵軸盡量靠近油池。通常油泵齒輪放置在靠近前蓋排；以便于維修，如結(jié)構(gòu)限制。可以放在后蓋中；當(dāng)泵體或管接頭與傳動(dòng)軸端相碰時(shí)，可改用埋頭傳動(dòng)軸。
由于本課題設(shè)計(jì)的是一個(gè)三工位移動(dòng)工作臺(tái)式組合機(jī)床的左多軸箱，所以選擇對(duì)稱式的機(jī)構(gòu)以方便設(shè)計(jì)，減少工作量，只需要在轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)上進(jìn)行齒輪的變換就可以了。
3.2方案的制定、比較
3.2.1 方案的制定：
方案一：
圖3.1傳動(dòng)路線圖
采用鉆、擴(kuò)、鉸兩工位對(duì)稱分布的布局方法，各個(gè)主軸的動(dòng)力分別由傳動(dòng)軸從下面兩邊帶動(dòng)（如上圖3.1所示），由下往上面?zhèn)?，靠近?dòng)力輸入軸的一邊動(dòng)力直接由輸入軸帶動(dòng)即輸入軸帶動(dòng)兩個(gè)齒輪，兩邊的動(dòng)力由如圖所示的兩個(gè)大齒輪實(shí)現(xiàn)動(dòng)力的轉(zhuǎn)換。
方案二：
圖3.2傳動(dòng)路線圖
采用鉆、擴(kuò)、鉸三工位對(duì)稱分布的布局方法（如上圖3.2所示），對(duì)左中右對(duì)成分布的帶動(dòng)四個(gè)孔做功，擴(kuò)是由主軸間接帶動(dòng)的方法。
3.2.2方案比較：
方案一，結(jié)構(gòu)緊湊，所用的傳動(dòng)少箱體尺寸小，動(dòng)力利用率高，完成后整個(gè)動(dòng)力箱的重量輕。但是由于給定的被加工件孔之間的間隙比較小，在整個(gè)的設(shè)計(jì)和制造中，要考慮強(qiáng)度，所選的必須是高強(qiáng)度材料，考慮到軸承之間的干涉問(wèn)題，所選的也必將是特殊的滾針或者是無(wú)內(nèi)圈和外圈軸承，這樣一來(lái)整個(gè)設(shè)計(jì)中相當(dāng)于全部采用了特殊的材料、零件，增加了制造的成本，而且強(qiáng)度很難保證。雖然能保證各個(gè)主軸的轉(zhuǎn)速在計(jì)算的規(guī)定范圍內(nèi)，但是采用的傳動(dòng)軸較多且麻煩，浪費(fèi)材料和資源，套入齒輪后各軸之間的齒輪間距較小容易造成碰撞引發(fā)事故。
方案二，結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向可以達(dá)到要求，主要以降速傳遞，傳動(dòng)平穩(wěn)可靠，而且效率比較高。
綜上所述，根據(jù)兩個(gè)方案的特點(diǎn)考慮到加工的難易，設(shè)計(jì)的合理性，通用性的強(qiáng)弱，決定采用即能滿足轉(zhuǎn)速要求有可以使內(nèi)部傳動(dòng)鏈較短、傳動(dòng)效率高而且結(jié)構(gòu)比較緊湊的方案二作為此次方案。
3.3 傳動(dòng)件的確定
3.3.1鉆工位齒輪的確定
Φ10鉆孔的主軸的設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速為400r/min而輸入軸的轉(zhuǎn)速為470r/min。總的傳動(dòng)比分別為:
=400÷470＝0.85
對(duì)于傳動(dòng)軸2、由于其尺寸受到主軸間的空間限制，在保證e>2m的條件下，初選齒輪模數(shù)m=2,理論上用一對(duì)齒輪就能滿足要求，但因中心距較大，且驅(qū)動(dòng)軸上的參數(shù)規(guī)定Z驅(qū)=21-26，m=3,4.主軸上的齒輪齒數(shù)為26，i=0.85則與之相連接的軸上齒輪齒數(shù)為35，設(shè)在第ⅳ排；由箱體尺寸、零件的尺寸及相應(yīng)的技術(shù)要求，有各主軸的坐標(biāo)（如下圖）為：
一 （37.5，455） 二 (162.5,455) 三 （37.5，275）
四 （162.5，275） 五 （37.5，95） 六 （162.5，95）
七 （287.5，455） 八 （412.5，455） 九 （287.5，275）
十 （412.5，275） 十一（287.5，95） 十二 （412.5，95）
十三 （537.5，455） 十四（662.5，455） 十五 （537.5，275）
十六 （662.5，455） 十七（537.5，95） 十八 （662.5，95）
O （350，129.5）
圖3.3主軸的坐標(biāo)
查《機(jī)械設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)》P161表7-22動(dòng)力箱齒輪，為滿足總的傳動(dòng)比，選用動(dòng)力箱齒輪為m=2,z=26,相應(yīng)的取與之匹配的齒輪m=2,z=35，安排在第Ⅳ排；
故軸1的實(shí)際轉(zhuǎn)速為=470×26÷35=349.1 r/min
由于孔間距比較大，不能直接從中心軸傳遞，但可設(shè)中間傳動(dòng)軸的方法來(lái)將中心軸的轉(zhuǎn)速傳遞到各工作軸。經(jīng)分析可知需經(jīng)四次齒輪傳遞可讓工作軸達(dá)到預(yù)定轉(zhuǎn)速。
由傳動(dòng)方案二可看出，在鉆工位中：
工作軸一，二，三、四，五，六要經(jīng)過(guò)齒輪傳遞達(dá)到預(yù)定轉(zhuǎn)速。經(jīng)位置分析，傳動(dòng)計(jì)算可知，最好經(jīng)過(guò)一次減速，再次升速，最后減速的方式將速度平穩(wěn)地達(dá)到工作軸的理論轉(zhuǎn)速。即軸1將轉(zhuǎn)速通過(guò)第Ⅳ排齒輪嚙合傳遞給軸3，軸1，軸5再通過(guò)第Ⅲ排齒輪嚙合傳遞給軸三、四，五，六。軸三、四通過(guò)軸7將轉(zhuǎn)速直接傳給工作軸一，二。
工作軸一、二、四、五要經(jīng)過(guò)六次齒輪傳遞達(dá)到預(yù)定轉(zhuǎn)速。經(jīng)位置分析，傳動(dòng)計(jì)算可知，最好經(jīng)過(guò)一次減速，再次升速，最后兩次減速的方式將速度平穩(wěn)地達(dá)到工作軸的理論轉(zhuǎn)速。即軸1將轉(zhuǎn)速通過(guò)第Ⅳ排齒輪嚙合傳遞給軸2，軸2再通過(guò)第Ⅰ排齒輪嚙合傳遞給軸5，軸5將轉(zhuǎn)速直接傳給軸6，軸6通過(guò)第二排齒輪嚙合傳遞給軸7、8，軸7、8再分別通過(guò)第一排齒輪嚙合傳遞給工作軸一、二、四、六。
經(jīng)過(guò)多次作圖、試湊的方法安排各軸的模數(shù)和齒數(shù)。
如下表所示：
表3.4鉆工位各軸上齒輪的配置
第ⅰ排（m-z）
第ⅱ排（m-z）
第ⅲ排
（m-z）
第ⅳ排（m-z）
0
2-26
3
2-35
1
2-43
5，7
2-69
2-81
12
2-40
一到六
2-40
由主動(dòng)軸轉(zhuǎn)速和各軸齒輪的模數(shù)和齒數(shù)可以計(jì)算出各軸的實(shí)際轉(zhuǎn)速，過(guò)程如下:
軸1： =327.5 r/min
軸2： =33/31=33×327.5÷31=448.6 r/min
軸3，4： ==22/25=22×348.6÷25=406.7 r/min
軸5，6： ==31×327.5÷31=348.6 r/min
軸7，8： ==33/36=33×348.6÷36=319.5 r/min
軸一、四： ==24/25=24×319.5÷25=306.7r/min
軸二、五： ==24/30=24×319.5÷30=255.6r/min
軸三、六： ==25/25=24×306.7÷25=306.7r/min
3.3.2 擴(kuò)工位齒輪的確定
Φ11.7擴(kuò)孔的主軸的設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速為400r/min。輸入軸的轉(zhuǎn)速為470r/min，總傳動(dòng)比分別為：
=400÷470＝0.85
與鉆工位時(shí)的傳動(dòng)比完全相同。
由以上計(jì)算有，擴(kuò)工位的傳動(dòng)連可以直接借鑒鉆工位。
由于孔間距比較大，所以可設(shè)中間傳動(dòng)軸的方法來(lái)將中心軸的轉(zhuǎn)速傳遞到各工作軸。由傳動(dòng)方案三可看出，在擴(kuò)工位中：
工作軸九、十二要經(jīng)過(guò)四次齒輪傳遞達(dá)到預(yù)定轉(zhuǎn)速。經(jīng)位置分析，傳動(dòng)計(jì)算可知，最好經(jīng)過(guò)一次減速，再次升速，最后減速的方式將速度平穩(wěn)地達(dá)到工作軸的理論轉(zhuǎn)速。即軸9將轉(zhuǎn)速通過(guò)第Ⅳ排齒輪嚙合傳遞給軸10，軸10再通過(guò)第Ⅰ排齒輪嚙合傳遞給軸11、12。軸11、12分別將轉(zhuǎn)速直接傳給工作軸九、十二。
工作軸七、八、十、十一要經(jīng)過(guò)六次齒輪傳遞達(dá)到預(yù)定轉(zhuǎn)速。經(jīng)位置分析，傳動(dòng)計(jì)算可知，最好經(jīng)過(guò)一次減速，再次升速，最后兩次減速的方式將速度平穩(wěn)地達(dá)到工作軸的理論轉(zhuǎn)速。即軸9將轉(zhuǎn)速通過(guò)第Ⅳ排齒輪嚙合傳遞給軸10，軸10再通過(guò)第Ⅰ排齒輪嚙合傳遞給軸13，軸13將轉(zhuǎn)速直接傳給軸14，軸14通過(guò)第二排齒輪嚙合傳遞給軸15、16，軸15、16再分別通過(guò)第一排齒輪嚙合傳遞給工作軸七、八、十、十一。
軸18是通過(guò)軸10等速傳遞給軸17，軸17再升速傳給軸18。
表3.5 擴(kuò)工位軸上零件的配置
第ⅰ排（m-z）
第ⅱ排（m-z）
第ⅲ排（m-z）
第ⅳ排（m-z）
0
2-26
3，4
2-35
9
2-69
2-81
七到十
2-40
十一，十二
2-40
由主動(dòng)軸轉(zhuǎn)速和各軸齒輪的模數(shù)和齒數(shù)可以計(jì)算出各軸的實(shí)際轉(zhuǎn)速，過(guò)程如下:
軸9： =327.5 r/min
軸10： =33 /31=33×327.5÷31=348.6 r/min
軸11、12： ==22/25=22×348.6÷25=306.7 r/min
軸13，14，17： ===31×327.5÷31=348.6 r/min
軸15，16： ==33/3
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