机械毕业设计（论文）-YY形支架双面钻机床总体设计及前主轴箱设计【全套图纸】

目录目录 1 前言 .1 2 组合机床总体设计 .3 2.1 总体方案论证 .3 2.2 组合机床切削用量的选择 .4 2.3 组合机床总体设计三图一卡 .5 3 组合机床前主轴箱设计 12 3.1 绘制右主轴箱设计原始依据图 12 3.2 前主轴结构型式的选择 13 3.3 前主轴箱传动系统的设计与计算 13 3.4 前主轴箱坐标计算、绘制坐标检查图 16 3.5 轴、齿轮、轴承的校核 18 4 结论 22 参考文献 23 致谢 24 附录 25 全套图纸，加全套图纸，加 153893706153893706 “Y”“Y”形支架双面钻孔组合机床总体设计形支架双面钻孔组合机床总体设计 及前主轴箱设计及前主轴箱设计 摘要：“Y”型支架双面钻孔组合机床加工的是支架零件。主要钻削加工支架上的 18-17 和 8-17 孔。该零件形状独特，因此对工件的定位和夹紧比较困难。本设 计任务是在完成组合机床总体设计的基础上，完成前主轴箱的设计。首先分析了所 要加工工件的特点，进行了组合机床的总体设计，绘制了被加工零件的工序图、加 工示意图、机床联系尺寸图和生产率计算卡，在此基础上，进行了前主轴箱的设计。 主要绘制了前主轴箱设计的原始依据图，拟订了主轴箱的传动路线等，然后绘制了 主轴箱的装配图和一些零件图，校核了轴、齿轮等零件。设计过程中尽量使用了标 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2009 1 准零部件，设计出的组合机床机构简单，操作方便，加工精度高，减轻了劳动强度， 提高了加工效率，具有较好的经济性。 关键词：主轴箱；组合机床；夹具； “Y“-type double-stent combination drilling machine design and front-spindle box and fixture design Abstract: “Y“-type double-sided support of the drilling machine is a combination of stent components.The machine makes 26 holes with dills and the drilled diameter is 17mm. The shape of workpiece is particular,so orientation and fixation is difficult. My task is the overall，the front headstock and jig for the bracket of design of two-side drilling machine,in a sufficient analysis of the characteristics of the workpiece. The assembly diagram of the headstock was drawn. The drawing of the parts processes,the schematic diagram of machining,the relationship of the machine size and the card of the productivity were drawn. After that, the primitive chart for the design of the front-side headstock was given out. The transmission routes were confirmed and so on.The parts drawing and assembly diagram of the headstock were drawn also,checked the shaft and gear and other parts of the strength. This modular mechanical tool has such advantages: high efficiency, low cost, high processing precision, easily operate and it reduces the workers labor intensity, and enhances the productivity. Keywords：Modular machine tool; Headstock; Jig. “Y”形支架组合机床总体设计及前主轴箱设计 2 1 前言 组合机床是根据加工需要，以大量通用部件为基础，配以少量专用部件组成的 一种高效专用机床。组合机床主要用于平面加工和孔加工。平面加工包括铣平面、 车端面、刮平面；孔加工包括钻、扩、铰、镗孔以及倒角、切槽、攻螺纹等。组合 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、变速箱体等零件。 目前，组合机床在汽车、拖拉机、仪器仪表、军工及缝纫机、柴油机、纺织、航空 等部门，应用越来越普遍。组合机床主要适用于棱体类零件和杂体的孔面加工，生 产效率高，研制周期短，便于设计、制造和使用维修，配置灵活，且自动化程度高， 劳动强度低。在将来，组合机床将向五个方面发展：高速化、高精度化、复合化、 高科技含量化以及环保化。同时，在自动化方面，将会进一步提高。 组合机床的设计，目前基本上有两种情况：其一，是根据具体加工对象的具体 情况进行专门设计，这是当前最普遍的做法。其二，随着组合机床在我国机械行业 的广泛使用，广大工人总结自己生产和使用组合机床的经验，发现组合机床不仅在 其组成部件方面有共性，可设计成通用部件，而且一些行业在完成一定工艺范围内 组合机床是极其相似的，有可能设计为通用机床，这种机床称为“专能组合机床” 。这种组合机床就不需要每次按具体加工对象进行专门设计和生产，而是可以设 2 计成通用品种，组织成批生产，然后按被加工的零件的具体需要，配以简单的夹具 及刀具，即可组成加工一定对象的高效率设备。 在组合机床设计过程中，为了降低组合机床的制造成本，应尽可能地使用通用 件和标准件。目前，我国设计制造的组合机床，其通用部件和标准件约占部件总数 的 7080%，其它 2030%是专用零部件。考虑到近年来，各种通用件和标准件 2 都出台了新的标准及标注方法，为了方便以后组合机床的维修，整个组合机床的通 用件和标准件配置，都采用了新标准。 我所做的毕业设计课是“Y”型支架组合机床的设计。这台组合机床有三人完 成，我将进行总体设计及前主轴箱的计。 本课题需要解决的问题是，第一、组合机床总体方案图样文件设计。其内容包 括被加工零件工序图、加工示意图、机床联系尺寸图、编制生产率计算卡。第二、 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2009 3 前主轴箱设计。其内容主要包括工序图；主轴箱装配图；箱体零件图；前盖零件图； 零件图若干张。 对于设计课题“Y”型支架组合机床总体及前主轴箱技术路线简介，首先，对 “Y”型支架进行工艺性分析，分析参考图样。其次，进行机床总体方案图样文件 设计，确定“Y”型支架机体定位基准，夹紧部位及夹紧方向，画出被加工零件加 工工序图。选择刀具，切削用量，工作循环和工作行程等，画出加工示意图。选择 动力部件，确定夹具轮廓尺寸，确定多轴箱轮廓尺寸，确定中间底座尺寸 ，设计 机床尺寸联系总图。编制机床生产率计算卡。最后，对“Y”型支架进行前主轴箱 设计。通过设计，本组合机床能满足加工需求，保证加工精度，机床运转平稳，工 作可靠，结构简单，装卸方便，便于维修、调整。提高了工作效率，预计能达到设 计要求。由于本人水平有限，不足之处在所难免，恳请老师见谅。 “Y”形支架组合机床总体设计及前主轴箱设计 4 2 组合机床总体设计 组合机床的总体设计，就是针对具体的被加工零件，在选定工艺方案并确定机 床配置型式、结构方案基础上，进行方案图纸的设计。这些图纸包括：被加工零件 工序图、加工示意图、机床联系尺寸图、生产率计算卡。 2.1 总体方案论证 为保证对支架 26 个孔的钻削加工，需设计一台双面卧式钻削组合机床。在完 成组合机床总体设计的基础上，主要完成前主轴箱设计和工件夹具的设计。 2.1.12.1.1 工艺方案的制定工艺方案的制定 此次设计的组合机床是用于加工支架的钻削组合机床，其工艺方案为钻孔，其 具体的加工工艺如下: a.钻 817 孔（深 28） ， 前面； b. 钻 1817 孔（深 20） ，左侧面； 2.1.22.1.2 确定机床的配置模式确定机床的配置模式 机床的配置型式主要有卧式和立式两种。卧式组合机床床身由滑座、侧底座及 中间底座组合而成。其优点是加工和装配工艺性好，无漏油现象；同时，安装、调 试与运输也都比较方便；而且，机床重心较低，有利于减小振动。其缺点是削弱了 床身的刚性，占地面积大。立式组合机床床身由滑座、立柱及立柱底座组成。其优 点是占地面积小，自由度大，操作方便。其缺点是机床重心高，振动大。 考虑到此零件要求双面加工,同时为了安装方便，也减轻了工人的劳动强度以及 机床运行的平稳性等，选用卧式组合机床。 2.1.32.1.3 滑台型式的选择滑台型式的选择 液压滑台具有如下优点： a在相当大的范围内进给量可以无级调速。 b可以获得较大的进给力。 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2009 5 c由于液压驱动，零件磨损小，使用寿命长。 d工艺上要求多次进给时，通过液压换向阀，很容易实现。 e过载保护简单可靠。 f由行程调速阀来控制滑台的快进转工进，转换精度高，工作可靠。 而机械滑台只能有级变速，变速比较麻烦；一般没有可靠的过载保护；快进转 工进时，转换位置精度较低。故采用液压滑台。 2.1.42.1.4 定位方式的选择定位方式的选择 组合机床是针对某种零件或零件某道工序设计的，正确选择定位基准，是确保 加工精度的重要条件，同时也有利于实现最大限度的工序集中。 本机床加工时采用定位块和支撑钉进行定位，采用“三面定位”的方法，定位 基准和夹压点见零件的工序图。该定位方案限制的自由度叙述如下：以工件的正面 为一个定位面，约束了 x 向的转动和 z 向的移动。以工件的左侧面为另一个定位面， 约束了 x 向的移动，y、z 向的转动。用一个支撑钉顶住工件底面，约束了 y 向的移 动。这样工件的 6 个自由度被完全约束了也就得到了完全的定位。 2.2 组合机床切削用量的选择 合理地选择切削用量，可提高钻孔生产率，并能降低成本。选择用量的一般原 则与车削相同：先选择切削深度，再选进给量，最后确定切削速度。 2.2.12.2.1 切削用量的选择切削用量的选择 a. 正面钻削 8-17（深 28） 根据孔径的大小和深径比，以及被加工材料的硬度查参考文献9表 6-11 及 6- 12 知：主轴的进给量 f 为 0.150.2mm/r，切削速度 v=512m/min。 钻孔的切削用量还与钻孔的深度有关，当加工铸铁件孔深为钻头直径的 68 倍时，在组合机床上通常都是和其他浅孔一样采取一次走刀的办法加工出来的，不 过加工这种较深孔的切削用量要适当降低些，因此选择切削速度 v=10m/min，进给 量 f=0.2mm/r，由此主轴转速 n 由公式 (2-1) 0 1000 d v n 计算出，将主轴转速圆整为 200r/min。 1000 10 187.34 /min 3.14 17 nr 实际切削速度和工进速度分别由下列公式求得 (2-2) 1000 Dn vc (2-3)fnvf 得出 vc=m/min， vf=0.2200=40mm/min。 3.14 17 200 10.68 1000 “Y”形支架组合机床总体设计及前主轴箱设计 6 b. 左面钻削 18-17（深 20） 实际切削速度 vc、工进速度 vf计算同上。 2.2.22.2.2 切削功率，切削力以及转矩的选择切削功率，切削力以及转矩的选择 a.正面钻削 8-17 由参考文献9表 6-20 计算公式 布氏硬度 HB=HBmax-1/3(HBmax-HBmin) (2-4) 切削力 F=26Df0.8HB0.6 (2-5) 切削转矩 T=10D19f0.8HB0.6 (2-6) 切削功率 (2-7) D TV P 9740 计算出布氏硬度 HB=302-1/3(302-206)=290,切削力 F=26170.20.82900.6=3 659 N，切削转矩 T=10171.90.20.82900.6=18019Nmm，切削功率 P= 0.38kw。 18019 10.676 9740 3.14 17 b. 左面钻削 18-17 切削功率，切削力以及转矩计算同上。 2.2.32.2.3 刀具的选择刀具的选择 考虑到工件加工尺寸精度，表面粗糙度，切削的排除及生产率要求等因素，所 以加工 26 个孔的刀具均采用标准锥柄长麻花钻（GB1439-85） 。 2.3 组合机床总体设计三图一卡 2.3.12.3.1 被加工零件工序图被加工零件工序图 被加工零件工序图是根据制定的工艺方案，表示所设计的组合机床上完成的工 艺内容，加工部位的尺寸、精度、表面粗糙度及技术要求，加工用的定位基准、夹 紧部位以及被加工零件的材料、硬度和在本机床加工前加工余量、毛坯或半成品情 况的图样等。 被加工零件工序图组合机床设计的具体依据，也是制造、使用、调整和检验机 床精度的重要文件，是在被加工零件图基础上，突出本机床的加工内容，并作必要 的说明而绘制的。 其主要内容包括： a.被加工零件的形状和主要轮廓尺寸以及与本工序机床设计有关部位结构形状 和尺寸。 b.本工序所选用的定位基准、夹紧部位及夹紧方向。以便据此进行夹具的支承、 定位、夹紧和导向等机构设计。 c.本工序加工表面的尺寸、精度、表面粗糙度、形位公差等技术要求以及对上 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2009 7 道工序的技术要求。 d.注明被加工零件的名称、编号、材料、硬度以及加工部位的余量。 为使被加工零件工序图表达清晰明了，突出本工序内容，绘制时规定：应按一 定的比例，绘制足够的视图以及剖面；本工序加工部位用粗实线表示，保证的加工 部位尺寸及位置尺寸数值下方用“_”标明，其余部位用细实线表示。 具体内容详见“Y”型支架加工工序图。 2.3.22.3.2 加工示意图加工示意图 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、辅具的布置状况以及工件、夹具、刀具等机床各部件 间的相对位置关系，机床的工作行程及工作循环等。 A. 导向装置的选择 组合机床钻孔时，零件上孔的位置精度主要是靠刀具的导向装置来保证的。导 向装置的作用是：保证刀具相对工件的正确位置；保证刀具相互间的正确位置；提 高刀具系统的支承刚性。 刀具或刀杆本身在导套内既有相对转动又有相对移动，由于这部分表面润滑困 难；工作时有粉尘侵入，当刀杆相对导套的线速度超过 20m/min 时就会有研着的危 险，因此选用导套前计算一下导套与刀具的线速度。由上述内容知导套与刀具的线 速度 vc=10.68m/min20m/min,所以该机床导套均选用可换导套。 由参考文献9表 8-4 查得导套的具体数值如下： D=26mm，D1=35mm，D2=39mm， L 取 25mm， （短型导套）l=10mm,l1=4mm，l3 =12mm， e=26.5mm，材料为 T10A。 B. 确定主轴类型，尺寸，外伸长度 滚锥轴承主轴：前后支承均为圆锥滚子轴承。这种支承可承受较大的径向和轴 向力，且结构简单、装配调整方便，适用于钻孔主轴。 在正面，主轴用于钻孔，因此选用滚锥轴承主轴。又因为刀具与主轴是刚性连 接，所以该主轴属于长主轴。所以该机床主轴均为滚锥轴承长主轴。 根据 P=5.5kw,由参考文献9表 3-4 可知： 选取 d=20mm。 由参考文献9表 3-6 查得主轴直径 d=20mm， D/d1=30/20 mm, 主轴外伸尺寸 L=115mm,接杆莫氏圆锥号 2。 C. 连杆的选择 在钻、扩、铰孔及倒角等加工小孔时，通常都采用接杆（刚性接杆） 。因为主 轴箱各主轴的外伸长度和刀具均为定值，为保证主轴箱上各刀具能同时到达加工终 了位置，须采用轴向可调整的接杆来协调各轴的轴向长度，以满足同时加工完成孔 的要求。 为了获得终了时多轴箱前端面到工件端面之间所需要的最小距离，应尽量减少 “Y”形支架组合机床总体设计及前主轴箱设计 8 接杆的长度。 因为 26-17 孔的主轴内径是 20mm,由参考文献8表 8-13 选取接杆号为 5，A 型，D1=30mm，D2=30mm，B=12mm ,B1 =1mm,DP 为 T202 mm， L=230510mm，取 500mm。 D. 动力部件工作循环及行程的确定 a. 正面钻削 8-17 切入长度取L1=12mm，切出长度由参考文献9表 3-7 公式 L2=1/3(38) （2- 8） 通过计算 L2=1/317+(38)=10mm，加工时加工部位长度 L(多轴加工时按最长 孔算)L=28mm.由公式 （2-LLLL 21工 9） 求出 L工=50mm。 快进长度取 350mm,则快退距离 L快退=350+50=400mm b. 左面钻削 18-17 用同上方法求得：L1=20，L2=10，L=20,则 L工=70。 快进长度取 330mm,L快退=330+70=400mm。 2.3.32.3.3 机床尺寸联系总图机床尺寸联系总图 机床联系尺寸总图是以被加工零件工序图和加工示意图为依据，并初步选定主 要通用部件以及确定的专用的总体结构而绘制的。是用来表示机床的配置型式，主 要构成及各部件安装位置、相互联系、运动关系和操作方位的总体布局图。用以检 验各部件相对位置及尺寸联系能否满足加工要求和通用部件选择是否合 机床了 联系尺寸总图是以被加工零件工序图和加工示意图为依据，并初步选适，它为多轴 箱、夹具等专用部件设计提供重要依据。 机床联系尺寸总图的内容 a) 表明机床的配置型式和总布局。以适当数量的视图，用同一比例画出各主 要部件的外轮廓形状和相关位置，表明机床基本型式 及操作者位置等。 b) 完整齐全地反映各部件间的主要装配关系和联系尺寸、专用部件的主要轮 廓尺寸、运动部件的运动极限位置及各滑台工作循环总的工作行程和前后 行程备量尺寸。 c) 标注主要通用部件的规格代号和电动机的型号、功率及转速，并标出机床 分组编号及组件名称，全部组件包括机床全部通用及专用零件。 d) 标明机床验收标准及安装规程。 A. 动力部件的选择 a. 正面钻削 8-17 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2009 9 由上述计算每根轴的输出功率 P=0.38kw，正面共 8 根输出轴，且每一根轴都钻 17 直径，所以总切削功率 P切削=0.388=3.04kw。则多轴箱的功率： kw，其中 =0.8，所以3.8kw。 8 0.38 3.8 0.8 P P 切削 多轴 P 多轴 因电机输出经动力箱时还有功率损耗，所以选择功率为 5.5kw 的电机，其型号 为：,由参考文献9表 5-39 选取 1TD40-I 型动力箱，动力箱的主轴转速 1325 4 Y 720r/min 。 b. 左面钻削 18-17 由上述计算每根轴的输出功率 P=0.38kw，左面共 18 根输出轴，且每一根轴都 钻 17 直径，所以总切削功率 P切削=0.3818=6.84kw。则多轴箱的功率： ，其中 =0.8，所以8.55kw。 8 0.38 0.8 P P 切削 多轴 P 多轴 因电机输出经动力箱时还有功率损耗，所以选择功率为 11kw 的电机，其型号 为：,由参考文献9表 5-39 选取 1TD50 型动力箱，动力箱的主轴转速 1604M Y 730r/min 。 B. 滑台及底座的选择 a. 正面钻削 8-17 由于液压驱动，零件损失小，使用寿命长，所以选择液压滑台。已知工进 Vf=40mm/min,单根主轴的切削力 F单=3659N，则 8 根轴总的切削力 F切削=8F单 =36598=29272N，由参考文献9表 5-1 选择 1HY40-型滑台及配套的侧底座选择 ICC402。 b. 左面钻削 18-17 左主轴箱：F=3661.7218=65910.96N 为克服滑台移动引起的摩擦阻力，动力滑台的进给力应大于。又考虑到 多轴箱 F 所需的最小进给速度、切削功率、行程、主轴箱轮廓尺寸等因素，为了保证工作的 稳定性，由表 5-2，液压滑台选用 HY63/型，由表 5-3 知：台面宽 B=630mm，台面 长,行程长 630mm，滑台及滑座总高为 400mm，滑座长 1920mm，允许最 2 1250Lmm 大进给力为 50000N，快速移动速度是 5m/min ,工进速度为 6.5250mm/min。 C. 多轴箱轮廓尺寸的设计 确定机床的装料高度，新颁国家标准装料高度为 1060mm，选取装料高度为 1060mm。 a. 正面钻削 8-17 多轴箱的宽度与高度的大小与被加工零件的加工部位有关，可按下列关系式确 定： B=b+2b1 （2- 10） H=h+h1+b1 （2- “Y”形支架组合机床总体设计及前主轴箱设计 10 11） b-工件在宽度方向相距最远两孔距离，b=128mm。 b1-最边缘主轴中心距箱体外壁的距离，推荐 b170100mm，取 b1=100。 h-工件在高度方向相距最远的两孔距离，h=250mm。 h1-最低主轴高度。 因为滑台与底座的型号都已经选择，所以侧底座的高度为已知值 630mm，滑台 滑座总高 320mm；滑座与侧底座的调整垫厚度一般取 0 到 5mm，多轴箱底与滑台滑 座台面间的间隙取 0.5mm。 则 h1=h2 +H-(0.5+h3+h4)=(700-250)/2+1060-(0.5+0.5+320+630)=225mm， 所以 B=b+2b1=128+2100=328mm， H=h+h1+b1=250+225+100=575mm 由此数据查参考文献9表 8.22 选取多轴箱尺寸 BH=630mm630mm。 b. 左面钻削 18-17 h1=h2 +H-(0.5+h3+h4)= 1060-0.5-400-630+60=89.5mm， 所以 B=b+2=650+2100=850mm， 1 b H=h+=172+89.5+100=361.5mm 11 bh 由此数据查参考文献9表 8.22 选取多轴箱尺寸 BH=1000mm1000mm。 2.3.42.3.4 机床生机床生产产率计算卡率计算卡 生产率计算卡是用以反映机床的加工过程、完成每一个动作所需的时间、切削 用量、机床生产率及机床负荷率等，计算公式参照参考文献9 51 页到 52 页。 a. 理想生产率 Q 理想生产率 Q（单位为件/h）是指完成年生产纲领 A（包括备品及废品率）所 要求的机床生产率。 （2- k A Q t 12） 其中 A 取 8 万件，tk取 4800 小时。求得=16.6(件/小时)。 b. 实际生产率 1 Q 实际生产率（单位为件/小时）指所设计的机床每小时实际可生产的零件数 1 Q 量。 （2- 单 T Q 60 1 13） 式中：生产一个零件所需时间（min） ，可按下式计算： 单 T 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2009 11 （2-）（）（ 装移 快退快进 停辅切单 tt v LL t v L v L ttT fkff 2 2 1 1 14） 式中：分别为刀具第 I、第 II 工作进给长度，单位为 mm； 21 LL、 停留时间，通常指刀具在加工终了时无进给状态下旋转 510 转 21ff vv 、 所需的时间，单位为 min； 分别为动力部件快进、快退行程长度，单位为 mm； 快退快进、L L 动力部件快速行程速度。用机械动力部件时取 56m/min；用液压动力 fk v 部件时取 310m/min； 直线移动或回转工作台进行一次工位转换时间，一般取 0.1min； 移 t 工件装、卸（包括定位或撤消定位、夹紧或松开、清理基面或切屑及 装卸 t 吊运工件等）时间。它取决于装卸自动化程度、工件重量大小、装卸是否方 便及工人的熟练程度，通常取 0.51.5min。 如果计算出的机床实际生产率不能满足理想生产率要求，即，则必须重QQ 1 新选择切削用量或修改机床设计方案。 根据本组合机床的年产量，可选用下列数据进行计算，取=5000mm/min， fk v =1.5min。则双面计算如下： 装卸 t 1 Q 左面： 70 1.75min 40 t 切 330400 1.51.6min 5000 t 辅 则=3.35min1.75 1.6T 单 前面： 50 1.25min 40 t 切 350400 1.51.65min 5000 t 辅 则1.65 1.252.9minT 单 对多面和多工位加工机床，在计算时应以所有工件单件加工最长的时间作为单 件工时，所以选，则（件/小时） 。3.35minT 单1 60 18 3.35 Q c. 机械负荷率 当时，机床负荷率为二者之比。则QQ 1 （2-15） 1 16.6 0.92 18 Q Q 负 详细见表 2-1 “Y”形支架组合机床总体设计及前主轴箱设计 12 表 2-1 生产率计算卡 图号毛坯种类铸件 名称“Y”型支架毛坯重量 被 加工 零件 材料QT600硬 度HB266-302 工序名称钻 2617 孔工序号 工时(秒) 序 号 工步 名称 被 加 工 零 件 数 量 加 工 直 径 (m m) 加 工 长 度 (m m) 工作 行程 (mm) 切削 速度 (m / mi n) 转速 (r/ min) 进刀 量每 转 （mm /r） 进刀 量每 分钟 （mm /min） 机动 时间 辅助 时间 共计 1人工上料5050 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2009 13 2滑台快进330500044 3 滑台工进 7040105105 4 滑台快退 40050004.84.8 5 人工下料 4040 总计203.8s 单件工时3.35min/n 机床生产率18 n/h 备 注 装卸工件的时间取决于工人的熟练程度， 本机床取 90 秒 机床负荷率92.6% 3 组合机床前主轴箱设计 前主轴箱是多轴箱是组合机床的重要专用部件。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个主轴运动的动力部件。 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、较、镗 等加工工序。 多轴箱一般具有多根主轴同时对一列孔系进行加工。但也有单轴的，用于镗孔 居多，此次本设计的后侧镗就是属于此类型。 目前多轴箱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，按事先编制好的程序，通过人机交互方式，可迅速、准 确地设计传动系统，绘制多轴箱总图、零件图和箱体补充加工图，打印出轴孔坐标 及组件明细表。一般设计法的顺序是：绘制多轴箱设计原始依据图；确定主轴结构、 轴颈及模数；拟订传动系统；计算主轴、传动轴，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。在此用一般设计方法设计多轴箱。 3.1 绘制右主轴箱设计原始依据图 “Y”形支架组合机床总体设计及前主轴箱设计 14 主轴箱的设计原始依据图是根据“三图一卡”整理编绘出来的，其内容包括主 轴箱设计的原始要求和已知条件。 在编制此图时从“三图一卡”中已知： a.主轴箱轮廓尺寸 630630； b.工件轮廓尺寸及各孔的位置尺寸； c.工件和主轴箱相对位置尺寸。 根据以上依据编制出的主轴箱设计原始依据图如下图所示： 图 3-1 组合机床设计原始依据图 3.2 主轴结构型式的选择 3.2.13.2.1 主轴结构型式的选择主轴结构型式的选择 主轴结构的选择包括轴承型式的选择和轴头结构的选择。轴承型式是主轴部件 结构的主要特征，主轴进行钻削加工，轴向切削力较大，所以前后支承均为圆锥滚 子轴承。 3.2.23.2.2 主轴直径和齿轮模数的确定主轴直径和齿轮模数的确定 按同一多轴箱中的模数规格最好不多于两种的原则，用类比法确定齿轮模数， 在此之前可先由文献9的 P62 页下式估算： （3-1） 3 )3230( zn P m 式中，P齿轮所传递的功率，单位为 Kw； z一对啮合齿轮中的小齿轮齿数； n小齿轮的转速，单位为 r/min。 主轴箱中的齿轮模数常用 2、2.5、3、3.5、4 几种。为了便于生产，同一主轴 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2009 15 箱中的模数规格不要多于两种,确定本次设计的左主轴箱内齿数均为 2.5、3。 主轴直径在绘制“三图一卡”时都已经确定好了。 （d=20mm） 3.3 前主轴箱传动系统的设计与计算 3.3.13.3.1 驱动轴、主轴的坐标计算驱动轴、主轴的坐标计算 根据主轴箱设计原始依据图 3-1，计算驱动轴、主轴的坐标尺寸，如表 3-1 所 示： 表 3-1 驱动轴、主轴坐标值 坐标销 O1驱动轴 O主轴 1主轴 2主轴 3主轴 4 X0.000315.000201.000265.000329.000329.000 Y0.000159.500445.500445.000445.000395.500 坐标主轴 5主轴 6主轴 7主轴 8 X329.000329.000265.000201.000 Y245.500195.500195.500195.500 3.3.23.3.2 拟订主轴箱传动路线拟订主轴箱传动路线 前主轴箱有 8 根主轴，这 8 根主轴分别为：1、2、4、5、6、7、8，传动轴分 别为 9、10、11、12、13、14、15、16、17、18，油泵轴 19。 具体传动路线见图 3-2。 图 3-2 前主轴箱传动树形图 3.3.33.3.3 确定传动轴位置和齿轮齿数确定传动轴位置和齿轮齿数 “Y”形支架组合机床总体设计及前主轴箱设计 16 本主轴箱内传动系统的设计是按“计算、作图和试凑”的一般方法来确定齿轮 齿数、中间传动轴的位置和转速，在设计过程中通过反复试凑及画图，才最后确定 了齿轮的齿数和中间轴的位置。 A. 求各主轴及驱动轴转速求驱动轴到各主轴之间的传动比 主 轴: n1-8=200r/min 驱动轴: nO=720r/min 因各主轴的转速相同所以各主轴的总传动比相同:iO-1,28=1/3.6=0.28 B. 前主轴箱各轴传动比分配： 轴 1 =1.54 =1.31 =1.29 0 12 1.42i 12 13 i 13 14 i 14 9 i = 0.64 =1.1 =0.96 =1.52 9 15 i 15 18 i 18 17 i 17 16 i =1 16 1 i 轴 2 =1.54 =1.31 =1.29 0 12 1.42i 12 13 i 13 14 i 14 9 i =0.64 =1.1 =0.96 =1.52 9 15 i 15 18 i 18 17 i 17 16 i =1 16 2 i 轴 3 =1.54 =1.31 =1.29 0 12 1.42i 12 13 i 13 14 i 14 9 i =0.64 =1.57 =1 9 15 i 15 10 i 10 3 i 轴 4 =1.54 =1.31 =1.29 0 12 1.42i 12 13 i 13 14 i 14 9 i =0.64 =1.57 =1 9 15 i 15 10 i 10 4 i 轴 5 =1.54 =1.31 =1.29 0 12 1.42i 12 13 i 13 14 i 14 9 i =1 9 5 i 轴 6 =1.54 =1.31 =1.29 0 12 1.42i 12 13 i 13 14 i 14 9 i =1 9 6 i 轴 7 =1.54 =1.31 =1.29 0 12 1.42i 12 13 i 13 14 i 14 9 i =0.64 =1.1 =0.96 =1.52 9 15 i 15 18 i 18 17 i 17 11 i =1 11 7 i 轴 8 =1.54 =1.31 =1.29 0 12 1.42i 12 13 i 13 14 i 14 9 i 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2009 17 =1 11 8 i C. 确定中间传动轴的位置并配各对齿轮 传动轴转速的计算公式：文献9的 61-65 页 （3- 主 从 从 主 n n z z u 2） （3- z S m zz m A 2 )( 2 从主 3） （3- 主 从 从 从 主 z z n u n n 4） （3- 从 主 主主从 z z nunn 5） （3- )1 ( 2 )1 ( 22 um Au n n m A z m A z 从 主 从主 6） （3- u Au n n m A z m A z 1 2 )1 ( 22 主 从 主从 7） 式中， 啮合齿轮副传动比；u 啮合齿轮副齿数和； z S 分别为主动和从动齿轮齿数； 从主、z z 分别为主动和从动齿轮转速，单位为 r/min； 从主、n n 齿轮啮合中心距，单位为 mm；A 齿轮模数，单位为 mm。m a. 取模数 m=3，驱动轴 0 的齿数取 24。配 12 轴与之相连，根据传动比 i0- 12=1.42 得 Z12=34；配 13 轴与 12 轴连接，根据传动比=1.54 得 Z12=26， Z13=40；配 14 轴与 13 轴连接，根据传动比=1.31 得=34=26；配 9 轴与 14 轴连接， “Y”形支架组合机床总体设计及前主轴箱设计 18 根据传动比=1.29 得=44。 b. 配 9 轴与主轴 5、6 连接的 Z5/ Z9，Z6/ Z9两对齿轮通过公式（3-2）及传动 比 i9-6=1、 i9-5=1。取 m=2.5，可得到齿轮齿数 Z5=25, Z6=25,Z9=25，Z9=25。 c.确定中间传动轴 15 的位置，配 9、18 及 10 轴连接的 Z15/Z9、Z18/Z15和 Z10/Z15三对齿轮。利用公式（3-2）及传动比 i9-15=0.64、 i15-18=1.1，i15-10=1.57。 取 m=3，可得到齿轮齿数 Z15=26，Z15=28，Z18=28，Z10=44。 d. 确定中间传动轴 17 的位置，配 17 轴与 16，18 和 11 轴连接的四对齿轮 Z16/Z17、Z11/ Z17、Z17/Z18。利用公式（3-2）及传动比 i18-17=0.96、 i17- 16=1.52，i17-11=1.52。取 m=3，可得到齿轮齿数 Z17=27, Z17=23，Z11=35，Z16=35。 e. 确定中间传动轴 11 的位置，配 11 轴与 7 和 8 轴连接的二对齿轮 Z8/Z11、Z7/ Z11。利用公式（3-2）及传动比 i11-8=1、i11-7=1。取 m=2.5，可得到齿轮 齿数 Z7=25，Z8=25，Z11=Z11=25。 f. 确定中间传动轴 16 的位置，配 16 轴与 1 和 2 轴连接的二对齿轮 Z1/Z16、Z2/ Z16。利用公式（3-2）及传动比 i16-1=1、 i16-2=1。取 m=2.5，可得到齿 轮齿数 Z1=25，Z2=25，Z16=Z16=25。 g. 确定中间传动轴 10 的位置，配 10 轴与 3 和 4 轴连接的二对齿轮 Z3/Z10、Z4/ Z10。利用公式（3-2）及传动比 i10-3=1、i10-4=1。取 m=2.5，可得到齿轮 齿数 Z3=25，Z4=25，Z10=Z10=25。 3.4 前主轴箱坐标计算、绘制坐标检查图 坐标计算就是根据已知的驱动轴和主轴的位置及传动关系，精确计算各中间传 动轴的坐标。其目的是为主轴箱箱体零件补充加工图提供孔的坐标尺寸，并用于绘 制坐标检查图来检查齿轮排列、结构布置是否正确合理。 3.4.13.4.1 计算传动轴的坐标计算传动轴的坐标 计算传动轴坐标时，先算出与主轴有直接传动关系的传动轴坐标，然后计算其 它传动轴坐标。根据传动轴的传动形式，传动轴的坐标计算可分为三种类型：与一 轴定距的坐标计算；与两轴定距的坐标计算；与三轴等距的坐标计算。 在本主轴箱 7 根传动轴（轴 2，3，4，6，7，9，11）与 1 根油泵轴（轴 12） 中，传动轴、油泵轴之间可按与一轴定距的坐标计算方法计算，可按与两轴定距的 坐标计算方法计算，可按与三轴等距的坐标计算方法计算。 由于与二轴定距的传动轴坐标计算方法运用较多，下面简单介绍其计算步骤： 计算公式如下：参考文献9的 171 页。 设 AB XXA AB YYB 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2009 19 Y X j i A1A2 A3 A B3 B B2 B1 J C0 I L a0 a b c(I,J) R1 R2 图 3-3 轴和传动轴坐标关系 则 22 BAL 2 2 1 2 2 2 2 1 2 1 IRJ RLR L I 因为 L B ac 00 sinsin L A ac 00 coscos 所以 L BJAI cJcIAAA 00231 sincos L AJBI cJaIBBB 00231 cossin 还原到 X0Y 坐标系中去，则 c 点坐标： L AJBI YBYY L BJAI XAXX AA AA 1 1 根据文献9的 70 页到 74 页三种计算传动轴坐标的方法,则得到中间传动轴与 油泵轴的坐标如下表所示： 表 3-2 中间传动轴与油泵轴的坐标 坐标传动轴 9传动轴 10 传动轴 11 传动轴 12 传动轴 13 传动轴 14 传动轴 15 传动轴 16 X386.282386.282233.000318.635413.172480.290345.490233.000 Y220.000420.000248.68661.00090.387150.347320.000391.313 坐标传动轴 17 传动轴 18 油泵轴 19 X183.166265.084456.286 Y320.000310.212349.997 3.4.23.4.2 绘制坐标检查图绘制坐标检查图 “Y”形支架组合机床总体设计及前主轴箱设计 20 在坐标计算完成后，要绘制坐标及传动关系检查图，用以全面检查传动系统的 正确性。 图 3-4 九孔钻削多轴箱坐标检查图 3.5 轴、齿轮、轴承的校核 以主轴 1 及其上面的齿轮为例，进行轴与齿轮的校核。 3.5.13.5.1 轴的校核轴的校核 已选定前主轴箱主轴 1，d=20mm，主轴 1 的转矩 T=18019Nmm。根据轴 1 的受 力情况画出简支梁以及弯矩和扭矩图。计算出弯矩和扭矩。 由文献8的 288 页表 11-2 可知 40r 钢的许用弯曲应力，抗扭截Mp70 1 面模数。 3 10 2 . 0 dW 由文献8的 307 页式 11-5 22 22 13 3 30510.6 18019 69.2 0.220 10 ca ca p MT M Mpa WW 故可验证该主轴满足要求。 3.5.23.5.2 齿轮的校核齿轮的校核 已选定齿轮采用 45 钢，锻造毛坯，软齿面，齿轮渗碳淬火 HRC5662，齿轮精 度用 7 级，轮齿表面粗糙度为 Ra1.6。 以主轴 1 和传动轴 16 上的一对啮合齿轮为例进行齿轮的强度校核，大、小齿 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2009 21 轮齿数分别为传动比。 116 25,25,ZZ 1 16 1 Z Z 图 3-5 应力图 由文献8的 110 页图 6-8 选择材料的接触疲劳极限应力为： MPa H 600 lim1 MPa H 560 lim2 由文献8的 111 页图 7-7 选择材料的弯曲疲劳极限应力为： MPa F 240 lim1 MPa F 220 lim2 由文献8的 108 页图 6-6，查得接触疲劳寿命系数,9 . 0 1 N Z95 . 0 2 N Z 由文献8的 109 页图 6-7，查得弯曲疲劳寿命系数90 . 0 ,88. 0 21 NN YY 由文献8的 118 页中求许用接触应力和许用弯曲应力： 1lim 11 min lim 22 min 1lim 11 min 2lim 22 min 600 0.9540 1 560 0.95532 1 240 2 0.88301.71 1.4 220 2 0.90282.85 1.4 H HN H H HN H FST FN F FST FN F ZMPa S ZMPa S Y YMPaMPa S Y YMPaMPa S a.校核齿根弯曲疲劳强度 由文献8的 120 页图 6-4 查得， 2 1 2.62 Fa Y 2 2.6 Fa Y 取 ，小齿轮校核 1 1.59 Fs Y 2 1.59 Fs Y “Y”形支架组合机床总体设计及前主轴箱设计 22 由文献8的 120 页式（6-12）校核两齿轮的弯曲强度 1 111 2323 22 1.5 18019 2.62 1.59 0.4 250.25 FFaFs do KT FF z m 1 57.648 F MPa b.校核齿面接触疲劳强度 由文献8的 120 页图