机械毕业设计（论文）-六档箱体双面攻丝机床左主轴箱设计【全套图纸】

六档箱体双面攻丝机床左主轴箱设计 摘 要 组合机床是一种专用机床，它是由系列化标准化的通用部件和按被加工零件的 形状及加工工艺要求设计的专用部件组成。 。组合机床随着生产力的发展，是由万能机 床和专用机床发展而来的。 此次设计的目的就是设计一台攻丝组合机床，用于加工六挡箱 侧支架的 12 个 孔。任务是六挡箱双面攻丝机床左主轴箱的设计。这次设计的内容有组合机床“三 图一卡” ，组合机床的简要设计，主轴箱设计及其液压系统设计，选择出机床总体及 各部件的主要参数，画出液压系统图。主轴箱的设计是这次任务的重点，它是组合 机床的重要部件之一。它是由通用部件，按照被加工零件的加工要求，根据专用要 求设计的。 合理的安排每一根轴的的位置，选择合适的各级传动比，将动力和运动由电机或动 力部件传给各工作主轴,使之得到要求的转速和转向从而实现对零件的加工。其次， 合理安排各主轴和传动轴上齿轮所在的排数；合理布置进油口、放油螺栓、分油盘 及油管的位置；确定主轴和传动轴的支撑方式和预紧方法也是非常重要的工作。 本文依据主轴箱的设计原则完成了对结构型式的选择及动力计算，传动系统的 设计与计算，主轴箱总图设计,主轴箱坐标计算和液压部分的设计。 关 键 词：组合机床，主轴箱，传动轴，攻丝，齿轮 DESIGN OF VERTICAL HEADSTOCK USED IN THE DRILLING OF SIDE SUPPORT ABSTRACT The modular machine-tool is one kind of special purpose machine. It is composed by the general part and the special-purpose part. The general parts are designed according to the serialized standardization design. The special-purpose part is according to the machined and the processing technological requirement. The modular machine-tool is along with the productive forces development. It comes by the general purpose machine and the special purpose machine development. The aim of our current design is to design a aggregate drill machine tool , which is used for processing the 12 holes in the stent of tractor. The task is the design of vertical headstock. This design involves the content that including the aggregate machine-tools a three charts card“、the designing of vertical headstock and its hydraulic system、the brief designing of aggregate machine-tool、choosing the overall engine bed and various parts main parameter and drawing the hydraulic scheme. The key point of present design is the vertical headstock designing. Theheadstock is one major components of aggregate machine-tool . It is designed by according to the special-purpose request. It is composed by the general part. It acts according to which is processed the components the processing request. It reasonably arranges each the position of axis. The all levels of velocity ratios is choosing suitably. The power and the movement bequeathed by it to the electrical machinery or the power part each work main axle. It enable each work main axle to obtain the request the rotational speed and changes thus realizes to the components processing. And, reasonably arranging rows between the main shaft and transmission gear; reasonably arranging the position of oil import ,oil-site, vitta, and oil bolt; determining the support way and preload methods between the principal axis and transmission shaft .Its also my main task. This article has completed in line with the headstock principle of design to the structure pattern choice and the power computation。Transmission system designing and computation、multi-spindle box assembly drawing designing and partial hydraulic pressure designing hydraulic pressure partial designs. KEY WORDS：aggregate machine-tool , headstock, driving shaft，vertical，gear 目 录 前 言.1 第 1 章 组合机床概述.2 1.1 组合机床简介 .2 1.2 组合机床的特点 .2 1.3 组合机床工艺范围及发展方向 .4 1.3.1 组合机床工艺范围4 1.3.2 组合机床发展方向4 第 2 章 被加工零件工艺方案的制定.6 2.1 零件分析 .6 2.1.1 零件的用途6 2.1.2 零件的技术要求6 2.2 工艺方案的制定 .7 2.3 组合机床切削量及切削力的确定 .8 2.3.1 组合机床切削量的确定.8 2.3.2 组合机床切削力的确定.8 2.4 主轴直径的确定和主轴箱所需动力计算 .9 2.4.1 主轴直径的确定.9 2.4.2 动力箱的选用.9 第 3 章 侧支架立式主轴箱的设计.11 3.1 主轴箱的基本机构及表达方法 .11 3.1.1 主轴箱简介11 3.1.2 通用主轴箱的组成11 3.1.3 通用主轴箱的通用零件11 3.2 绘制主轴箱设计原始依据图 12 3.3 确定主轴结构型式及齿轮模数 13 3.4 主轴箱的传动系统设计 14 3.4.1 对主轴箱传动系统的一般要求.14 3.4.2 传动系统的设计与计算.15 3.5 主轴箱总图设计 27 3.5.1 绘制主轴箱总图及补充加工图27 3.5.2 主轴箱补充加工图设计.28 结 论.29 参考文献.30 致 谢.31 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 1 前前 言言 机械制造及其自动化专业毕业设计是在我们学完了大学的全部基础课、技术 基础课以及所有专业课之后进行的。这是我们在进行实际就业工作或者以后更远 的发展学习之前对所学个课程的一次深入的综合性的总复习，也是一次理论联系 实际的训练，因此，它在我们四面的大学生活中占有重要的地位。 在这次设计中，我主要设计侧支架卧式主轴箱，由于要加工的工件批量大， 六个孔的位置精度高，这就要求在主轴箱设计中要合理的排出传动系统，确保主 轴位置精确和传动稳定。由于该零件的六个孔对位置精度要求很高，必须非常合 理的排出主轴箱的传动系统，以达到主轴位置准确。其中，尽量减小传动误差， 使主轴达到所要求的转速；避免轴与齿轮间的干涉现象；合理的分布手柄轴和油 泵的位置。机械制造行业的产品，其结构日趋复杂，精度和性能要求日趋提高， 因此对生产设备机床也相应地提出了高效率、高精度和高自动化的要求。专 用机床，就是为了解决大批量，大量生产的零件加工中用于加工某一种（或几种） 零件的特定工序的机床 就我而言，我希望通过此次课程设计对自己未来将要从事的工作进行一次适 应性的训练，从中锻炼自己分析问题、解决问题的能力，为今后参加工作打下一 个良好的基础。同时，因为设计需要，得到了老师及同组同学的大力帮助，在此 先表示真挚的感谢！ 由于能力和水平有限，难免有疏忽遗漏之处，还望各位老师和同学们给予指 正。 2 第 1 章 组合机床概述 1.1 组合机床简介 通用部件是组成组合机床的基础，是根据各自的功能按标准化、系列化、通 用化原则设计和制造的独立部件，它在组成各种组合机床时能互相通用。组合机 床的专用部件中也有许多零件是通用零件、标准件和独立部件。因此，组合机床 的设计、制造、调整和重组都很方便。目前，我国组合机床中约有 70 90 的零部件是通用零部件和标准件。 组合机床可对工件进行多刀、多轴、多面、多工位同时加工，工序高度集中， 缩短了加工时间和辅助时间，并且能使辅助时间和加工时间重合，而且很容易组 成自动线。组合机床多配有液压、气压和电控等系统，生产过程为自动化或半自 动化。因此，组合机床的生产率和自动化程度很高。组合机床的生产效率比通用 机床高几倍至几十倍，有时是其他机床无法替代的。组合机床适宜于大批量生产。 在组合机床上可完成钻孔、扩孔、铰孔、镗孔、攻丝、刮平面、各种车削、 各种铣削、磨削及滚压等工序，还可完成打印、清洗、热处理、在线自动检查等 非切削工序。其中应用最多的是平面加工和孔加工两类工序。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、变速箱箱体、电机座及仪表壳 等零件。这些零件从平面到孔的全部加工工序几乎都可以在组合机床上完成。轴 套类、盘类、叉架类和盖板类零件的部分或全部工序的加工，也可以在组合机床 上完成。 。 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 O.03O.02 微米 。 3 1.2 组合机床的特点 组合机床是一种高效率的机床，是机械制造业高速发展必不可少的设备之一， 在工厂的实际生产中非常常见。组合机床一般用于加工箱体类或特殊形式的零件。 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、铣削端面、切削平面、切削内外螺纹以及加 工圆和端面等。 组合机床是从专业机床和万能机床的基础上发展起来的，是用按系列化标准 化设计的通用部件和按被加工零件的形状及加工工艺要求设计的专用部件组成的 专用机床。主要分为床身、动力头、主轴箱、夹具等几部分。而且从几个方向采 用多刀对几个工件加工，充分反映了高度工序集中的原则。 为了更好的了解组合机床的优越性，有必要将其设计制造的情况和专用机床 进行一下比较。对于一台专用机床，除了一些标准件外，全部零件都要一个一个 地设计和制造，劳动量大，生产周期长。由于全是单件生产的性质，不仅制造成 本高，而且生产使用的问题也比较多。而设计制造一台组合机床的情况大不一样， 组合机床是根据具体加工对象，用预定设计制造好的通用部件和通用零件，加上 少量的专用部件或零件组成的，而通用部件和通用零件占整台机床总零件数的 70%90%，这不仅大大地缩短了设计制造的周期，减少了制造中的问题提高了机 床工作的可靠性，降低了机床制造的成本。 组合机床具有如下一些特点： 1. 组合机床中有 70% 90% 的通用零、部件。这些零、部件是经过精心 设计和长期生产实践考验的，又有专门厂家成批生产，所以工作稳定可靠，使用、 维修方便。 2. 设计组合机床时，主要工作是选用通用零、部件，因此，设计、制造周期 短。 3. 当加工对象改变时，原有的通用零、部件可以重新利用，组成新的组合机 床。 4. 由于组合机床多采用多刀、多轴、多面、多工位加工，自动化程度很高， 所以生产率高。 5. 组合机床加工工件时采用专用夹具、经常采用组合刀具和导向装置等，工 序固定、工作自动循环，加工精度靠工艺装备保证，产品质量稳定。同时对操作 4 工人技术水平要求低，劳动强度低。 6. 组合机床很容易组成自动线，实现联合操纵和控制。 7. 其通用部件要有广泛的适应性，其结构稍为复杂些。 8. 可变性差，改装时有部分零件不能重复利用，而且改装时劳动量大。 1.3 组合机床工艺范围及发展方向 1.3.1 组合机床工艺范围 组合机床可以完成钻孔、扩孔、锪孔、铰孔、镗孔、铣削端面、切削平面、 切削内外螺纹以及加工圆和端面等工序，还可以进行尺寸检查和简单的装备工序， 主要用于平面加工和孔加工两类工序。随着综合自动化技术的发展，其工艺范围 正扩大到车外圆、行星铣削、拉削、推削、磨削、衍磨及抛光、冲压等工序。此 外，还可以完成焊接、热处理、自动装配和检测、清洗和零件分类及打印等非切 削工作。 组合机床最适合于加工各种大中型箱体类零件，如气缸盖、气缸体、变数箱 体、电机座及仪表壳等零件，也可用来完成轴套类、轮盘类、叉架类和盖板类零 件的部分或全部工序的加工。组合机床在汽车、拖拉机、柴油机、电机、仪器仪 表、军工及缝纫机、自行车等轻工业大批大量生产中得到广泛应用；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使用。 1.3.2 组合机床发展方向 由于组合机床是针对某一零件来设计的，因此它的柔性很差。而现代制造业 对机床的要求不仅仅是考虑提高单品种大批量生产方式的生产率，更重要的是要 考虑不论工件的几何形状和结构如何变化，也不管其批量大小，机床设备都能及 时适应工件的加工要求。既有高的社会生产率，又有足够的满足需求的灵活性。 即使是对于大批量生产的产品，虽然组合机床有高生产率、低成本的特点， 其产品在市场上拥有价格优势，但是在新技术、新概念日新月异的今天，对一个 企业来说新产品的开发、投产及投入市场应该是层出不穷的，这样企业才有活力， 产品对使用人群来说才有吸引力。而如果一个企业大量使用单一性很强的组合机 床，他无论是进行旧产品的技术改造还是进行新产品的研发都受到工厂现有设备 的制约，这就使得新产品有很多方面不能达到最优。如果再加上有些地方不得不 5 设计制造新的组合机床而耗费大量的时间，使得新产品失去抢占市场的第一时间， 这种损失是巨大的。所以说，企业不能过分的依赖和迷信于组合机床，为了适应 生产的需要，组合机床要大力提高其通用性，即其柔性。 随着电子技术、信息技术和控制理论的发展而飞速发展的数控机床为组合机 床的柔性化指出了发展的方向。而事实上组合机床对制造业的根本贡献在于提出 了在多轴、多刀、多工序的条件下对工件进行多面、多件、多工位的同时加工的 概念，这是实现工序集中的最好途径，这为以后机床提高生产率指明了方向。而 通过这十多年的发展，数控机床已和多轴多面加工的原理紧紧的联系在一起了， 组合机床和数控机床已没有了严格的区分，这大大的提高了机床的生产率和灵活 性。 值得一提的是，现代设计对于零件的精度要求越来越高，特别是高次曲线及 高次曲面要素在零件中的大量应用，使得传统的机床无法胜任，而在数控机床中 用差补法就能较容易的加工出高次曲线及高次曲面，如果在机床中引入三维坐标 测量仪，就能对加工进行闭环控制，提高对其的加工精度。 除了要朝柔性化的方向发展外，组合机床的发展还要考虑如下几个问题： 1. 提高生产率。其主要方法是改善机床布局，增加同时工作的刀具减少加工 余量，提高切削用量，提高工作可靠性及缩短辅助时间等，为了减少自动线停车 损失。 2. 扩大工艺范围。 3. 广泛采用自动测量和刀具补偿技术以提高加工精度。 4. 提高自动化程度，重点在于解决工件的夹压自动化和装卸自动化。 5. 为适应中小批量生产的需要，提高组合机床及其自动化的可调性。 6. 为适应小型精密零件的加工需要，创制小型组合机床。 6 第第 2 章章 被加工零件工艺方案的制定被加工零件工艺方案的制定 2.1 零件分析 2.1.1 零件的用途 侧支架是东方红-75 拖拉机全桥式车架的重要组成部分。车架是介于行走系 和拖拉机体之间的骨架。它支承着机体，并连接着行走系，使之成为一个整体。 而侧支架是连接车架上的纵深和车轴，使车架成为一个整体的关键零件。它的 45 的孔连接托轮轴，使得托轮得以固定（托轮的作用：用来托住履带的上方部 分，防止履带下垂过大而出现振跳现象，并防止履带侧向滑落） 。因此侧支架是 一个较重要的零件。 2.1.2 零件的技术要求 如图 2-1 所示，侧支架的技术要求： 图2-1 侧支架零件图 1. 孔 45 表示的相对摆差0.05。 2. E 面对 F 面得垂直度0.4/250. 3. 45 中心线对 B 面垂直度0.6/100. 7 4. EF 加工表面允许有孔眼，尺寸10.0，深度5，距离零件或孔边缘5， 每面不多于 5 个，孔眼尺寸较允许尺寸略大些。可进行焊补和修正。 5. 20 孔在距离底面范围内直径允许减少至 19.9. 6. 20 孔各孔中心线相互位置公差不得超过 0.25. 7. E，F 面表面粗糙度不大于 Ra12.5. 8. R 铣表面粗糙度不大于 Ra6.3. 2.2 工艺方案的制定 侧支架主要的加工为 10-20 孔加工，由于其精度要求不高，采用一般的钻 削加工都能满足加工要求。因此不必进行扩，铰的精加工。如图 2-1 所示， E,F 面的加工也是较重要的加工。它是 20 孔加工的精基准，但是表面粗糙度的要求 不高，一般的铣削加工都能达到要求。45 孔的加工要求也不高。但孔的深度较 大。为了提高生产率，减少机床数量，达到所要求的生产纲领。因此 45 孔的加 工采用拉削，这样它不但容易达到精度要求，而且大大提高了生产率。 工序：1. 铣 E,F 面。 2. 拉 45 孔。 3. 钻 20 孔。 4. 车削 81 以及 60 的圆柱面。 5. R 铣。 按照先加工基面，后加工其他面的原则，所以确定先铣 E,F 面和拉 45 孔， 为提高生产率，铣 E,F 后，在双主轴圆工作台上进行加工，这样既能同时铣削 E,F 面，而且在加工时，可以装卸工件，减少辅助时间。在安排钻削和车削加工 时，遵循了先主后次的原则，钻削加工时为满足生产率的要求，两个工件同时加 工，立卧双面钻，一次完成所有孔的加工。工作图如下放置立式采用 12 轴，卧 式采用 8 轴。 本次设计只需加工支架底座上的六个 20 孔，所以可以采用多把刀一次加工 完成的方式，这样大大提高了劳动生产率。 工序：钻六个 20 的孔。 工序：钻 6 个 20 的孔。本工序采用两个平面和一个外圆面组合定位，使工 件完全定位，外圆用 V 形块夹紧，中央部分液压缸压板压紧，如图 2-2 所示。在 8 组合钻床上加工。 图2-2工序图 2.3 组合机床切削量及切削力的确定 2.3.1 组合机床切削量的确定 切削速度 v=12.57mmin,进给量 f=0.12mmr. 2.3.2 组合机床切削力的确定 根据 v=12.57mmin，f=0.12mmr， 选择主轴转速为 min/200d/1000 W rvn 轴向力： 0.70.75 0.75 0.7 F3.3Df9.8 3.39.8200.125509.8 3006.42 b N 式中，D钻头直径（mm） ； f系数； 抗拉强度（kg/） 。 b 2 mm 扭矩： 0.7 20.80.720.8 M0.00165D f0.00165 200.125509.8 2.02919.88 b kg mN m 9 式中，D钻头直径（mm） ； f系数 抗拉强度（kg/） ； b 2 mm M扭矩（Nmm） 。 切削功率： 2.03 12.57 P 0.42 0.71621.36 0.716220 1.36 Mv kw D 式中，M扭矩（Nmm） ； v切削速度（m/s） 。 2.4 主轴直径的确定和主轴箱所需动力计算 2.4.1 主轴直径的确定 刚度条件计算时主轴的直径为 4 4 2 32180 1000T dB T G 式中，d轴直径（mm） ； T轴所承受的转矩（） ； N mm B系数， B=2.316（主轴） ；，B=1.948（传动轴） ，B=1.638。 所以，主轴轴径 mmBTBd154.2319960 44 初取主轴轴径为 25mm，主轴外伸长度为 100mm。 2.4.2 动力箱的选用 动力箱主要依据主轴箱所需的电动机功率来选用。主轴箱所需的电动机功率 为 PPPP 切附主空 由计算知动力箱切削功率为=0.42kw，可根据轴的直径及转速查表得出， P 切 P 空 一般取所传递功率的 1%。主轴箱传动系统设计之前，无法确定时，则 P 附 P 空 可由下式估算 P 主 P P 切 主 10 式中，主轴箱传动效率，加工黑色金属时 =0.8-0.9，有色金属时=0.7- 0.8；主轴数多，传动复杂时取小值，反之取大值。本设计中取 0.8。 所以，所选电动机功率为 kw3 . 6 8 . 0 1242 . 0 12p 切 电 p 选用动力箱型号为 TD50,电动机型号为 Y160M-6，电动机功率为 7.5kw，电 动机转速 970rmin，输出轴转速 485rmin；动力箱输出轴至箱底面高度为 200mm。 生产率计算 生产率计算卡是反映所设计机床的工作循环过程、动作时间、 切削用量、生产率、负荷率等的技术文件。通过生产率计算卡，可以分析所拟定 的方案是否满足用户对生产率及负荷率的要求。 (a)理想生产率： Q=A/t 式中，A年生产纲领（件） ； t年工作时间（h） ；双班制工作时 =3900h； A=N(1+)(1+) =80000（1+2%）（1+1%）=82416 件 式中，年生产零件备品率，取 2%； 年生产零件废品率，取 1%； 所以， Q=824163900=21.13 件h (b)实际生产率： 1 60 Q TT 切辅 =Lvf=4024=1.67min T切 =1+0.05+0.015+0.075+0.03+0.05+0.5=1.72min T辅 Q1=60（1.67+1.72）=17.70 件h (c)机床负荷率： = Q=17.7021.13=83.8% 1 Q 机床负荷率一般以 65%75%为宜，机床复杂时取小值，反之取大值。 11 第第 3 章章 侧支架立式主轴箱的设计侧支架立式主轴箱的设计 主轴箱是组合机床的重要部件之一，主轴箱的设计也是组合机床设计的重要 内容。主轴箱设计的步骤大致为：根据“三图一卡” ，绘制主轴箱设计原始依据 图；确定主轴结构形式及齿轮模数；拟定主轴箱传动系统；计算主轴及传动轴坐 标；绘制坐标检查图；绘制主轴箱总图及零件图。 3.1 主轴箱的基本机构及表达方法 3.1.1 主轴箱简介 主轴箱是组合机床的重要专用部件。根据加工示意图所确定的工件加工孔数 和配置、切削用量和主轴类型而设计，由通用零件组成。能将动力箱的动力，传 递给主轴，使之按要求的转速和转向旋转，提供切削动力。主轴箱与动力箱一起 安装于进给滑台上，可完成钻、扩、绞、镗孔等加工工序。 3.1.2 通用主轴箱的组成 大型通用主轴箱主要由箱体类零件，主轴，传动轴，传动齿轮和动力箱或电 机齿轮以及叶片泵，分油器，注油标，排油塞，防油套等防油元件组成。 在主轴箱箱体的内腔，可安装厚度 24mm 的齿轮三排，或厚度 32mm 的齿轮 两排；在后盖内，可安装一排（后盖厚度为 90mm、100mm 时）或两排（后盖厚 度为 125mm 时）齿轮。 3.1.3 通用主轴箱的通用零件 1.通用箱体类零件包括主轴箱箱体、前盖、后盖、上盖和侧盖。箱体材料为 HT200，前、后盖材料为 HT150，上盖为 HT150.主轴箱后盖与动力箱的结合面上 联接螺孔、定位销孔的大小、位置应与动力箱联系尺寸相适应。 主轴箱箱体的标准厚度为 180，用于卧式组合机床的多轴箱前盖厚度为 55， 用于立式的则兼做油池用，故加厚到 70；基型后盖厚度为 90，变型后盖厚度为 50、100、125 三种，可根据主轴箱内传动系统安排和动力箱与主轴箱的连接情况 12 合理选用。 2.通用轴类零件 1) 通用主轴 通用主轴分为钻削类和攻螺纹类两种主轴，以下主要讲钻削 类主轴。 2) 通用传动轴 常用的通用传动轴按用途和支承形式可分为圆锥滚子轴承传动轴、滚针轴承 和推力球轴承传动轴、润滑泵轴、手柄轴四种。通用传动轴材料一般用 45 钢， 热处理 T215；滚针轴承的材料为 20Cr 钢，热处理 S0.5-1，C59. 3) 通用齿轮 通用齿轮包括动力箱齿轮，齿宽 32mm，轴向总宽度 84mm；电动机齿轮，齿 宽 32mm；传动齿轮，齿宽有 24mm、32mm 两种。标准齿轮为不变位齿轮。材料 为 45 钢，齿部高频淬火 G54. 4）润滑泵 规格较大的通用主轴箱常采用 R12-1A 叶片泵进行润滑。润滑泵泵出的油经 分油器至各润滑点。R12-1A 叶片润滑泵的每转排油量为 6ml，推荐转速为 550- 800rmin，转速过低，将会导致吸油困难。 5）其他通用零件 除上述零件外，主轴箱上还有隔套、键套、防油套、油杯、定位销以及锁紧 螺母、防松垫圈等，都已经标准化或通用化。 3.2 绘制主轴箱设计原始依据图 主轴箱设计原始依据图是根据“三图一卡”绘制的，其主要内容如下： 1）根据机床联系尺寸图，绘制绘制主轴箱外形图，并标注轮廓尺寸和驱动 轴 O1、定位销孔的位置。 2）根据联系尺寸图和加工示意图，画出工件与主轴箱的对应位置尺寸，标 注所有主轴的坐标值及工件轮廓尺寸。在原始依据图中应注意：主轴箱与工件的 摆放位置，一般情况下，工件在主轴箱前面。图中，主轴箱的两定位销孔中心连 线为横坐标，因为工件和加工孔对称，选择箱体中垂线为纵坐标。 3）标注各主轴的转速及旋转方向。绝大部分主轴为逆时针（面对主轴看） ， 故逆时针转向不标，只标顺时针转向主轴。 13 4）列表说明各主轴的工序内容、切削用量及主轴的外伸尺寸。 5）表明动力部件的型号及其性能参数。 本设计中，从“三图一卡”中可知： （1）主轴箱轮廓尺寸 800500mm； （2）工件轮廓尺寸和各孔位置尺寸； （3）工件和主轴的相对位置尺寸。 根据这些尺寸数据可绘制出主轴箱设计原始依据图和附表。附表： （a）被加工零件 名称：75 拖拉机侧支架 材料：2G 硬度：HB180227 （b）主轴外伸尺寸及切削用量 主轴外伸长度为 100mm 切削用量：f=0.12mmr， =24mmmin f v （c）动力部件 TD50 型动力箱电机功率 7.5kw，转速 970rmin，驱动轴转速 485rmin， 驱动轴到滑台表面距离为 200mm. 因此，可初步绘制出原始依据图，如下： 图 3-1组合机床立式主轴原始依据图 14 3.3 确定主轴结构型式及齿轮模数 一般情况下，根据工件加工工艺、刀具和主轴的连接结构和刀具的进给抗力 及切削转矩来确定主轴的结构形式。钻削加工主轴，需承受较大的单向轴向力， 故最好选用向心球轴承和推力球轴承组合的支承结构，且推力球轴承配置在主轴 前端；如主轴前进和后退两个方向都要进行切削时，可选用前后支承都是圆锥滚 子轴承的主轴结构，以便承受两个方向的轴向力；如果主轴孔间距较小，可选用 滚针轴承和推力球轴承组合的支承结构，但这种结构的主轴精度和装配工艺性均 较差，除非必要时最好不选用。本设计卧式钻孔，可采用第一种主轴结构型式， 即向心球轴承和推力球轴承组合的支承结构。 齿轮模数一般用类比法确定，本设计采用下式估算 33 0.42 30 3230 321.4 1.51 20 200.9 P m zn 式中，m所估算的齿轮模数（mm） ； P齿轮所传递的功率（kw） ； z一对啮合齿轮中的小齿轮齿数； n小齿轮的转速（rmin） 。 主轴箱中的齿轮模数常用 2、2.5、3、3.5、4 几种。本设计中考虑到加工孔 之间的距离，初定模数 m=3mm. 3.4 主轴箱的传动系统设计 组合机床主轴箱的传动系统，就是用一定数量的传动元件，把动力箱的输出 轴与各主轴连接起来，组成一定得传动链，并满足各轴的转速和转向要求。主轴 箱的特点是：针对某零件的特定工序恒速加工，传动链短；多主轴同时加工，传 动链分支多。因此，主轴箱的传动设计，以获得需要的主轴转速和旋向为原则， 不存在通用机床前缓后急的最小传动比限制，甚至可用升速传动副驱动主轴。以 下详细介绍侧支架组合机床卧式主轴箱的传动系统设计。 15 3.4.1 对主轴箱传动系统的一般要求 1. 从面对主轴的位置看去，所有主轴（除非特殊要求外）应逆时针方向旋转。 2. 保证主轴转速和旋向的前提下，应力求用最少的传动轴和齿轮（数量和规 格） 。因此，应尽可能用一根传动轴同时带动多根主轴，并将齿轮布置在同一排 位置上。 3. 尽量避免主轴兼做传动轴用，以免增加主轴负荷，影响加工质量。 4. 主轴箱内齿轮传动副的最大传动比，最小传动比；最 max 2i 1 min 2i 佳传动比为，以使主轴箱结构紧凑；后盖内的齿轮传动比 1 1.51.5i ；除传动链的最后可采用升速传动外，应尽可能避免升速传动， 1 maxmin 2,3.5ii 以避免空转功率损失。 5. 用于粗加工主轴上的齿轮，应尽可能设置在前端第排，以减少主轴的扭 转变形；精加工主轴上的齿轮，应设置在第排，以减少主轴端的弯曲变形。 6. 同一主轴箱内，如有粗、精加工主轴，最好从动力箱驱动轴后，就分两条 路线传动，以免影响精加工主轴的加工精度。 7. 驱动轴直接带动的传动轴数不要超过 2 根，以免给装配带来困难。 3.4.2 传动系统的设计与计算 拟定主轴箱传动路线的基本方法是：先把所有主轴中心尽可能分布在几个同 心圆上，然后在各个同心圆的圆心上分别设置中心传动轴；再把各组同心圆上的 中心传动轴再去同心圆，并用最少的传动轴带动这些中心传动轴；把最后的合拢 传动轴与动力箱的驱动轴连接起来。这就是“从主轴的布置开始，最后引到驱动 轴上” 。注意：驱动轴的中心必须处于主轴箱箱体宽度的中心线上，其中心高则 从选定的动力箱的联系尺寸图中查出。 1. 主轴分布设置 系统主轴分布一般有“同心圆分布” 、 “直线分布” 、 “任意分布”三种类型。 如图 3-2 所示，六根主轴不可能按一个“同心圆分布”布置，因为水平方向距离 很大，所以采用两个“同心圆分布”排列，左边三根主轴是一组，右边是一组， 两根传动轴又呈直线分布，用一根轴带动这两根轴就可以了。 16 图3-2主轴分布图 2. 传动树形图的拟定 在保证各轴、齿轮、轴承孔不干涉，并满足各主轴、驱动轴转动方向均为逆 时针旋向的条件下，合理布置各轴位置。因此传动系统的传动树形图如图 3-3 所 示。 图3-3立式主轴箱传动系统的传动树形图 3传动计算 (1) 齿轮模数的确定 17 m=(30 32) =1.6933230 zn p 3 48030 84 . 1 所以，取 m=2,驱动轴上取 m=3。 传动的基本公式： 主 从 从 主 n n z z m 2A zz 从主 从 主 从主 n n A z A z 1m 2 m 2 主 从 主从 n n A z A z 1m 2 m 2 式中， 主动轮齿数： 主 z 从动轮齿数： 从 z 主 n 主动轮转速（n/min）： 从 n 从动轮转速（n/min）： A中心距（mm）： m模数（mm）： 表3-1 电机参数 型号形式电机型号电机功率 (KW) （mm） 3 L 电动机转 速 （r/min） 输出轴转 速 1TD50 Y160M67.5490970485 (2)下面用上面的公式来设计传动系统 0 轴上取,26, 3 0 zm 1) 取 30 14 z 0 41 14 0 z z n n 18 所以 由表 3-1 知 0 轴转速为 485 min 27.420 30 48526 14 r n 取 m3 30 15 z30 116 z 2) 由 14 轴的转速可得： 1614 16 30 zn n min 27.420 30 3027.420 16 r n 3) 取 m320 118 z18 162 z 181162 181 18 zn n min 87.355 23 1927.420 181 r n 4） m323 218 z26 20 z 20182 20 23 zn n min 74.273 26 2387.355 20 r n 5）取 m2.534 221 z 22120 221 26 zn n min 44.209 34 2674.273 20 r n 6）取 m2.520 222 z21 1 z 1222 1 20 zn n min 47.199 21 2044.209 20 r n 19 计算后可排出传动系统图，上面标有轴号以及每对齿轮的齿数和模数 如图 3-4 所示： 图3-4 传动系统图 （3）齿轮传动比验算： min/200min/47.199 485 213426233030 202620193026 0 12212018116114 22220182162140 1 rr n zzzzzz zzzzzz n 三个主轴的转速与设计转速相差很小，传动比误差在允许范围之内 所以传动系统的设计可行。 （4）估算轴径 刚度条件计算时主轴的直径为 4 4 2 32180 1000T dB T G 式中，d轴直径（mm） ； T轴所承受的转矩（） ； N mm B系数， B=1.948（主轴） ，B=1.638（传动轴） 。 n P T 9550 试中，T轴所承受的转矩（）; N mm P功率（kw）; n转速（r/min）. 20 已知封齿轮机械传功效率为 0.97，滚动轴承传动效率为 0.99 主轴 112： kwp42 . 0 1 3 1 1 1 1096.199550 n P T 154.23 4 1 TBd 所以取主轴直径 d=25mm。 传动轴 2225： 312 . 1 97 . 0 99 . 0 342. 0 p 3 22 1081.299550 n P T 617.24 4 TBd 所以取主轴直径 d=25mm。 传动轴 2021： 732 . 2 97 . 0 99 . 0 2312 . 1 p 3 20 1033.959550 n P T 18.28 4 TBd 所以取主轴直径 d=30mm。 传动轴 1819： 844 . 2 97 . 0 99 . 0 732 . 2 p 3 18 1035.769550 n P T 227.27 4 TBd 所以取主轴直径 d=30mm。 传动轴 1617： 961. 2 97 . 0 99 . 0 844 . 2 p 3 16 10284.679550 n P T 38.24 4 TBd 所以取主轴直径 d=25mm。 传动轴 1415： 083. 3 97 . 0 99 . 0 961. 2 p 3 14 10056.709550 n P T 64.26 4 TBd 所以取主轴直径 d=30mm。 21 传动轴 13： 210 . 3 97 . 0 99 . 0 083 . 3 0 p 342 . 3 97 . 0 99 . 0 210 . 3 13 p 3 13 13 10284.609550 n P T 54.24 4 TBd 所以取主轴直径 d=25mm。 3.5 主轴箱坐标的计算 坐标计算是主轴箱设计的重要环节之一。它包括计算主轴和传动轴的坐标 位置。为了保证组合机床的加工精度（被加工孔的位置精度） ，和确保齿轮正确 的啮合关系。主轴箱坐标计算必须确保正确，否则，将给生产造成损失，轻则返 工，重则使主轴箱报废。 主轴箱计算的顺序和方法： 1. 主轴箱坐标系原点的确定 为了计算主轴箱各点的坐标，对于每个主轴箱都必须选择一个坐标原点，一 般都选取主轴箱底平面与通过其定位销孔的垂直线交点为坐标原点。 2. 坐标计算的顺序 主轴箱坐标的计算顺序是：首先计算主轴坐标，然后计算与这些主轴直接啮 合的传动轴坐标，再按顺序计算其余轴的坐标。 3. 主轴坐标的计算 主轴坐标的计算是按主轴箱设计原始依据和被加工零件工序图进行的。为了 确保主轴坐标的正确性，一般再按被加工零件图进行一次验算。主轴坐标的计算 精度，要求精确到小数点后第三位数字。 4. 传动轴坐标的计算 传动轴坐标计算是主轴箱坐标计算中工作量大和较复杂的一步。它可分为与 一轴定距的传动轴坐标计算，与二轴定距的传动轴坐标计算，与三轴定距的传动 轴坐标计算等三种情况。本设计中只用到前两种，下面介绍一下前两种的计算方 法： 1) 与一轴定距的传动轴的计算 计算时，只根据一根轴的坐标和给定的齿轮 22 啮合中心距来计算传动轴的坐标。设一轴的坐标为（0，0） ；R 为给定的齿轮啮合 中心距；另一点为（x，y） ，则有： 设 x=a 则 22 aRy 或设 y=b 则 x= 22 bR 2) 与二轴定距的传动轴坐标的计算 计算时根据两根轴的坐标和给定的两个 齿轮啮合中心距，来算出传动轴的坐标。即已知三角形的两个顶点的坐标和三条 边，求另一顶点的坐标。 常用的方法是数学分析计算法，下面是数学分析计算法的两种公式： 第一种公式： 22 baL )( 2 1 2 2 2 1 L L RR d 22 1 dRh L bhad xUx 22 1 xRy 验算公式： 22 2 byaxR 实 001 . 0 RR 22 实 第二种公式： 222 baL 5 . 0 2 2 2 2 2 1 L RR D 2 2 2 1 D L R k bkaDxUx 22 1 xRy 验算公式： 23 22 2 byaxR 实 001 . 0 R 22 R 实 下面用上述公式计算主轴和传动轴的坐标，本主轴选取左下角的定位销孔为 坐标原点。 图 3-5 轴承孔坐标 1 轴： 由设计时选取可知 1 轴的坐标为： 31030340 7050120 1 1 y x 所以 1 轴的坐标为（70，310） 2 轴： 由设计时选取可知 2 轴的坐标为： 22030250 205070 2 2 y x 3 轴： 由设计时选取可知 3 轴的坐标为： 22030250 7050120 3 3 y x 22 轴： 此轴与 1 轴，2 轴，3 轴三轴等距 由与三轴等距的传动轴坐标计算公式得， 24 A(50,90) 90;50 11 ba B（50，0）0;50 22 ba 106009050 222 1 2 1 2 1 baL 25000502 2 2 2 2 2 2 baL 000.25 )09050(2 0250090 )(2 2112 2 12 2 21 baba LbLb x 000.45 )9050(2 2500501060050 )(2 2112 2 21 2 12 baba LaLa y 验算公式 251.514525 2222 yxR实 001 . 0 25.51251.51 RR实 所以 22 轴的坐标计算： 000.26545 000.4525 222 222 yy xx 4 轴： 由设计时选取可知 3 轴的坐标为： 000.31030340 000.20050250 4 4 y x 所以 4 轴的坐标为（200.000，310.000） 5 轴： 由设计时选取可知 5 轴的坐标为： 000.22030250 000.20050250 5 5 y x 所以 5 轴的坐标为（200.000，220.000） 6 轴： 由设计时选取可 6 轴的坐标为： 25 000.22030250 000.25050300 6 6 y x 所以 6 轴的坐标为（250.000，220.000） 24 轴： 此轴与 4