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八轴扩铰专用机床设计毕业论文1 绪 论制造业是一个国家或地区经济发展的重要支柱，机械制造业是制造业的核心，其生产能力和发展水平标志着一个国家或地区国民经济现代化的程度，而其生产能力主要取决于机械制造装备的先进程度。随着制造业的迅猛发展，专用机床在生产领域得到了广泛的应用。随着机械制造业的不断发展，为了提高劳动生产率，在生产中专用机床得到了普遍的采用。专用机床就是专门用于加工一种工件或一种工件的一定工序的机床，它可以同时用许多刀具进行切削，机床的辅助动作部分地实现了自动化，生产率高。专用机床能从多面、多工位同时进行加工，和一般万能机床相比，具有加工效率高、加工质量稳定、成本低、减轻工人劳动强度等优点，对产品单一，批量较大的企业采用专用机床及其自动线，是发展生产，提高质量的有效途径之一此次毕业设计的多轴钻床属于专用机床的范畴，这是由厂方提出的问题，即要求我们将原有机床改造为八轴扩铰专用机床，经多方收集资料，分析与论证方案，并在老师的带领下，我们对厂方，即博爱县强力车轮制造业有限公司进行了实习。在工厂里，我们了解了多轴钻床的基本机构和基本原理，从而对多轴钻床有了一个更直接的感性认识，为我们搞好毕业设计打下了一定的基础。在总体设计的前提下，本人主要负责部件及零件的设计，主要包括减速器的选用，主轴箱的设计，液压系统的设计和夹具的设计等。限于本人的时间和水平，文中错误或不足之处在所难免，恳请各位老师批评指正。2 多轴钻床总体设计多轴钻床的总体设计是设计的关键环节，它对机床所达到的技术性能和经济性能起着决定性的作用。机床总体设计，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；其二：随着机床在我国机械行业的广泛使用，广大工人总结自己的经验，发现机床在组成方面有共性，可设计成通用部件，可以利用通用部件来进行设计机床。多轴钻的设计属于第一种情况，这也是当前最普遍的做法。一般来说，机床总体设计时应考虑下列几点。1. 采用合适的加工工艺，制定最佳方案。2. 合适的确定机床工序集中程度。3. 合适的选择机床的通用部件。4. 选择前当机床的配置形式。5. 合理的选择切削用量。6. 设计高效率的夹具、工具、刀具及主轴箱。2.1 多轴钻床工艺方案的制定专用机床上加工工件的工艺方法是多种多样的。在总体布局时，往往由于工艺方法的改变，导致机床的运动、传动、部件配置以及结构等产生一系列变化。工艺方案制定的正确与否，将决定机床能否达到“质量轻，体积小，结构简单，使用方便，效率高，质量好” 的要求。故在确定专用机床的总体布局方案时，应首先分析和选择合理的工艺方案。影响机床工艺方案制定的主要因素有：1. 加工的工序和加工精度的要求 被加工零件需要在机床上完成的工序及加工精度，是制定机床工艺方案的主要依据。制定工艺方案时，首先需要全面的分析工件的加工精度及技术要求，了解现场加工工艺及保证精度的有效措施。例如，加工高精度的孔，不仅工步数要多，而且不同的孔径亦应采用不同的工艺方法。当孔间的位置精度要求很高时，工艺安排上应使所有孔的精加工在同一个工件上进行。如果同一轴线上的几个孔同心度要就较高，则应尽可能考虑从一面进行加工。2. 被加工零件的特点 工件材料及硬度、加工部件的结构形式、工件的刚性、工艺基面等，对于机床工艺方案的制定都有重要的影响。工件的刚性不足，加工时工序就不能太集中。有时为了减少机床台数，必须采用高度集中工序时，从安排上，也必须把一些工序从时间上错开加工，以避免同时加工时因工件受力变形、发热变形以及振动而影响加工精度。当毛坯孔余量很大或铸造质量较差，有大毛刺时，有时则安排粗加工，对几个同心孔常采用粗扩的加工方法。工件有无适当的工艺基面也是影响工艺方案制订的重要因素。3. 工件的生产方式 被加工零件生产批量的大小，对机床方案的制定也有影响。对大批量生产的箱体零件，工序安排上，一般趋于分散。以气缸体为例，缸体和三轴孔加工由两套机床来完成。其粗加工，半精加工及精加工也分别在不同的机床上进行。这样，机床虽多一些，但由于生产批量很大，从提高生产率、稳定的保证加工精度的角度来讲仍然是合理的。在小批量生产情况下，完成同样工艺内容，则力求减少机床台数，此时应当将工序尽量集中在一台或少数几台机床上进行加工，以提高机床的利用率。4. 使用厂的技术能力 如厂方是否有相当的工具制造能力。若使用厂制造刃磨复杂的复合刀具或特殊刀具有困难，则在制定机床工艺方案时，就应当避免采用这类刀具。在这次设计中，我们设计的钻床是用来加工轮辐螺栓孔用的机床，结合以上各点我们应该对所加工工件的外形、尺寸、材料、批量、加工面的位置及精度做详细的分析。下面是所加工的工件在扩孔前的零件图（如下图2.1所示）图2.1 零件图由于所要加工的工件外形是盘状零件，要完成的加工内容是对已经冲出的八个29.5的孔进行加工，工件材料是低碳钢，且加工的孔能穿过螺栓即可，精度要求很低，可以采用摇臂钻床进行加工。如果采用摇臂钻床来完成对八个孔的加工，由于摇臂钻是单臂的，也即是一次只能加工一个孔，这样加工起来不需要专用夹具，但加工时工件是靠人工转动的，加工起来需要三个工人共同操作，又由于该工件的生产方式为大批量生产，这种生产方式不但效率低而且精度没保证。为了保证配合质量、提高生产效率和减轻工人劳动强度，我们设计一台多轴钻床可以同时完成对八个孔的加工，从而节省人力和时间，提高了劳动效率。在该钻床上完成的工序为扩和铰，所用刀具为复合钻，这种刀具是轮辐制造厂一直采用的，因而我们选择这种刀具也是合理的。这样我们就确定了加工上述零件的机床的工艺方案。该机床的钻头排列按上述工件来定。在加工不同孔径但外观尺寸一样的孔时只需同时更换八把刀具即可。通过调查对被加工零件的加工内容及其相关的问题有了规律的了解，并掌握了合乎实际的材料，这是机床设计工作的第一步，进一步则要对工件的工艺基准、加工工艺进行分析，以便拟订在机床上进行加工的工艺方案。2.1.1 工艺基面的分析选择工艺基面和夹压部位是制定工艺方案的及其重要的问题。工艺基面选择的正确，将能实现最大限度的工序集中，从而减少机床台数，也是保证加工精度的重要条件。汽车轮辐属于板类零件，按工艺基准选择的原则采用“一面两孔”定位。2.1.2 加工工艺的分析分析被加工零件的工艺，亦是制定工艺方案的极其重要的问题，我们要认真地分析被加工零件加工工艺的需要和机床完成工艺的可能，正确地确定机床的加工方案。由于工件的加工工艺厂方已经制定，并将零件加工出来，所以厂方制定的工艺方案可行，在此我们不再分析零件的加工工艺，我们所要完成的只是设计一台机床用来完成工件的其中一道工序。2.2 多轴钻床的总体布局设计2.2.1 机床总体布局的基本要求在进行机床的总体布局设计时，我们要全面的考虑以下几点：1. 要保证给定的工艺过程。1. 保证机床的刚度、精度、抗震性和稳定性，力求减轻机床重量。2. 保证机床结构简单，且尽量用较短的传动链，以提高传动精度和效率。3. 保证良好的加工工艺性，以便于机床的加工和装配。4. 保证安全生产，便于操作调整和维修。5. 对于生产效率和自动化较高的机床或专用机床，应力求便于自动上下料或纳入自动线，并便于排除铁屑。6. 尽可能减小机床的占地面积。7. 机床外形美观大方，大方符合人机工程学原理。.2.2.2 决定多轴钻床总体布局的因素 1. 零件的工艺方法对多轴钻床的设计有一定影响：在确定专用多轴钻床的总体布局时应首先分析和选择合理的加工工艺。该工件是轮辐，在多轴钻床上要完成的工序是钻八个孔，而孔类的成形运动是由回转运动和进给运动完成的。所以选择钻头做回转运动，工件做进给运动。轮辐多轴钻床的主运动为钻头的回转运动，它工作时将轮辐装在钻头正下方的专用夹具上（如2.2图所示）可以完成对孔的加工。该机床部件配置形式与普通机床相似。这种机床能满足结构简单，调整方便的要求，但是钻削扭矩通过刀具本身传递，对于较长的钻头就会产生较大的扭矩变形而引起震动，为了使刀具能较长时间保持锋利（即耐用），因此刀具材料选用高速钢。图2.2 相对运动有刀具和工件共同完成2. 运动分配对钻床的总体布局有一定的影响专用机床的工艺方法确定后，刀具与工件在加工时的相对运动也被确定下来，但此相对运动可以完全分配给刀具，也可以完全分配给工件，或由刀具和工工件共同完成。设计专用钻床，我们应分析比较不同方案的优缺点，选择最佳的运动方案。下面是我们拟定的几种分配方案：1) 切削加工的相对运动由刀具实现在轮辐专用多轴钻床上钻孔时，主运动和进给运动都有刀具完成，钻头的轴向移动为进给运动，钻头的回转运动为主运动（如下图2.3所示）。图2.3 相对运动由刀具实现采用该方法，耗能较大，因为八个钻头的质量较大。由于工件质量较轻所以应把进给运动分配给刀具，这样加工时耗能较低，可以顺利完成对工件的加工。2. 切削加工时相对运动由刀具和工件共同完成在多轴钻床设计中，扩绞轮辐孔时的主运动分配给钻头，进给运动由工件完成，即通过钻头的旋转运动和工件的向上移动来完成对工件的加工，如图（2.2）所示。这样在加工过程中机床耗能较少，又由于工件较轻移动方便平稳，能保证工件的加工质量，该方案用于工件重量不大的设计中。 根据上面拟定的方案比较，由于我们所设计的多轴钻床所加工的轮辐重量不是过大，一个工人可以两手搬动。因此，在本次设计中我们决定采用第二种方案。3. 精度等级对机床的总体设计有一定的制约由于多轴钻床的加工精度和光洁度与机床的刚度和抗震性有关，为了得到所要求得加工精度和光洁度，在机床总体布局上就应该保证有足够的刚度和抗震性。4. 生产效率对机床的总体布局也有一定的影响5. 操作、调整对总体布局有一定的影响1）机床设计时必须考虑人体的基本尺寸和四肢运动范围，以减轻工人的疲劳程度。为了便于操作者观察加工过程和操纵机床，工件与刀具的作用区至地面的高度应适当。2）合理选择立柱的位置，使之符合通常的操作习惯，便于对刀、调整和测量。3）合理选择工人的操作位置和操作部位。常用的操纵手柄和控制按钮应设在操作者的近身处。大型机车为便于观察加工情况，其刀架上常设有操纵台，工人应随刀架前进，并在刀架上操纵机床。根据需要也可以在机床正面分设控制点。综上所述，影响机床总体布局的因素是多方面的。其中，工艺方法的选择，对机床运动的要求及运动分配是起决定作用的因素；工件的尺寸、精度、形状及质量等是应考虑的重要因素。此外，在充分注意工艺因素的同时，还应兼顾其他各种因素。例如，专用机床的加工对象比较固定，生产批量较大，往往要求机床有较高的生产效率，因此，必须正确地选择工件的加工方法，并配备专门的执行机构以实现特定的工艺要求。为了提高机床生产率，应采用多轴、多刀、多工位的机床结构形式，并应提高机床的自动化程度。对于精密机床，主要是应提高机床的动、静态刚度，减少机床振动，减小机床变形，提高运动部件的运动和传动精度等，以提高机床的加工精度。对于重型机床，由于工件的尺寸大、重量重，为减小机床的转动功率和机床的占地面积，应采用工件不移动而用刀架移动的加工方法；同时为了减少工件的吊运、找正和装夹时间，实现一机多能，使工件一次安装能实现多工序加工，机床布局又应考虑设置远距离集中操纵系统和测量系统，还应该注意解决由于机床部件本身的重量引起的自重变形等问题。2.3 机床总体布局方案分析在方案拟定中，起决定作用的是正确分析与确定机床的总体布局方案。上面叙述了各种因素对机床总体布局的影响，然而就同一类型机床来说，尚需对构成专用机床的支承部件、传动部件和执行部件等三大部件的布局进行方案分析。1支承部件的布局支承部件通常有床身、立柱、底座、横梁、横臂等组成，这些部件或者单独使用，或者组合机来，用作机床的支承。这些部件安放位置的不同，就形成了不同的支承形式。常见的支承形式可归纳为以下几种：1) 横一字形支承（“一”形支承）。支承部件是床身或床身与底座的结合。由这种支承部件所组成的机床,称为卧式机床。2) 竖一字形支承(“I”形支承)。 支承部件是立柱或立柱与底座的结合。由这种支承部件所组成的机床,称为立式机床。如图2.4所示3) 倒”T”字形支承(“”形支承)。支承部件是床身和立柱的结合。由它组成的机床，称为复合式机床。4) 侧开口形支承（侧卧的“”形支承）。支承部件是床身（或底座）、立柱、横臂的组合。由它组成的机床成为单臂机床。5) 方框形支承（“”形支承）。机床的支承有床身、横梁以及两个立柱组合而成，形成封闭的方框。其所组成的机床，称为龙门式机床。 图2.4 “I”字立式机床就同一类型的机床而言，确定支承部件的配置形式时，应注意以下问题：1) 支承部件要有足够的刚度和较好的受力情况；2) 力求结构简单、维修方便。3) 保证较高的加工质量和生产效率。以卧式镗床为例，如果要求机床保证有较高的横向移动精度，并容易实现空间距的公差要求时，则应采用横向床身。横向床身还适于加工长形工件，特别是在铣削平面时生产效率较高。若采用纵向床身，则适于非长形工件加工，由于非长形工件的加工在卧式镗床上占的比重较大，所以其适应性较广。4) 要保证操纵的方便性、习惯性。2. 传动部件的布局 机床上的传动方案主要可分为集中传动与分离传动，无级变速与齿轮变速。3. 执行部件的布局 执行部件一般指安装刀具与工件的部件，如主轴部件、工作台部件及刀架等。 1）按工作台数，可分为两层式与三层式。两层式工作台层数少，结构简单，刚度较高，但装卸回转台附件时较费时间。三层式它的机床工艺范围大，尤其是考虑到回转工作台上可装置高精度的分度定位装置，则其优点更为突出，一般用于工艺范围较广的基础。 2）按主轴结构可归纳为三层结构式与两层结构式。其中两层结构式的优点是结构简单、旋转精度高、刚性大，可安装大量附件，工艺范围大，目前这种结构应用较多。考虑以上各点，结合厂方要求，我们本次设计的机床采用立式，电动机和减速器直接相连的布局形式，这样机床占地面积较小，且传动效率高，而且便于工人的操作。3 多轴钻床部件设计3.1 刀具的选用众所周知，为了使一个加工过程能够顺利进行，正确设计，制造刀具是极其重要的环节。在专用机床上常常又是多刀具（无论是数量或种类上）加工。这一点就显得较为重要。根据工艺要求与加工精度的不同，经常采用的刀具有：一般刀具，复合刀具以及特种工具等。刀具设计对机床整个工艺方案的拟定有很大的影响。3.1.1 刀具结构的选择在确定加工工艺时，对刀具结构选择应注意的问题作一简述：1. 在制定工艺方案时，只要条件允许，应首先选取标准刀具。为了提高工序集中程度或达到更高的精度，可以采用复合刀具。但在确定复合刀具结构时，应尽可能采用组装式的复合刀具。例如装有几把镗刀的镗杆，几把扩孔钻或铰刀的刀杆，同时加工孔及端面的镗刀头等。采用整体复合刀具后，可以节省工位，机床台数或者保证加工精度所必须时，才采用。铰刀采用的原则。在组合机床上完成小孔的精加工工序，铰的工艺方法采用的较多，但铰刀直径不宜做得过大，一般用于加工以下的孔。因为铰刀是预先刃磨好的，装上即可使用，不需要在机床上进行对刀，而且铰刀寿命较长。选择刀具结构时，必须认真考虑被加工零件材料的特点。比如加工淬火铸铁时，由于其刃磨较高，亦采用多刃铰刀或镗刀头加工，以提高刀具的使用寿命。对于钢件，也采用多刃镗刀头或铰刀加工。这样可以避免切屑缠绕镗杆。但这也不是绝对的，只要能可靠的解决单刀镗时的断屑问题，加工钢件采用单刀镗削的方法，不仅完全可以，而且有利于达到更高的精度和光洁度。根据上述简述，考虑该工件材料为钢，而且一次扩八个孔，扩后需要铰孔，从节省机床台数，减少装夹次数的角度考虑，决定采用复合刀具。复合刀具是指能同时或先后顺序完成两个或两个以上工序的刀具。采用复合刀具有很多优点。首先，采用复合刀具加工，在很多情况下可以减少机动和辅助时间，提高生产率。其次，由于采用复合刀具常常可以减少工具的安装次数或夹具的转位次数，因而余量偏心小，这样就可以适当减小精加工的余量，提高孔的加工精度及光洁度。另外，采用复合刀具还可以提高加工表面相互间位置精度，如端面与孔的不垂直的的度，同一轴线上几个孔的不同轴度等精度。除此之外，采用复合刀具的最大优点还在于：它可以集中工序，因而在很多时候可以减少机床的工位数或台数，给企业节约大量投资。3.1.2 刀具材料的选择从经济性和工厂的现有条件考虑，决定选用高速钢。3.2 切屑用量的选择扩铰复合刀具的切削用量应很好地考虑,以保证加工质量。扩铰复合刀具的切削速度在主轴箱不能变速时，应选取铰孔或略高于铰孔的削速度;扩铰复合刀具的走刀量，一般在扩孔时仍按扩孔选取，扩孔后，用加速进给机构加大铰刀的走刀量。如因结构限制，不能采用加速进给机构时，则应选取扩孔与铰孔之间的走刀量。根据工件加工孔直径，刀具转速，由公式可知钻削速度根据钻削速度，即钻头直径，查组合机床设计手册中表2-13扩孔切削用量，选取进给量；查表-铰孔切削用量，扩孔速度高于铰孔，但现场所使用的铰刀属于特制铰刀，能满足高转速的要求，且工件加工后，其表面粗糙度达6.3即可。因此，将进给量f定为0.3mm/r，钻头转速定为200r/min。切削力的计算由于扩孔时的切削用量大于“铰孔”时的切削用量，所以计算切削力时，按扩孔计算，即满足扩孔时的力也一定满足铰孔。用钻头扩孔时的扭矩及轴向力的计算公式：扭矩 (公斤力米)轴向力 （公斤力）式中（D为钻头直径，d为工件扩孔前直径，单位mm）以上二式中，值查专用机床设计与制造中的表6，取 =0.09，=37.8，=1.0，不考虑，=0.9，=1.3，=0.8，=0.7，=1.0。将以上数据代入公式可得一个轴的扭矩：（公斤-米）则八个轴的总扭矩为：（公斤-米）一个轴的轴向力为： （公斤力）则八个轴的轴向力为：（公斤力）切削功率N为： 3.3 电动机的选择3.3.1 确定功率由机械毕业指导第19页得确定功率的公式： 式中：机床总机械效率，对于主运动为回转运动的机床，取0.70.85，对主运动为直线运动的机床，取0.60.7。根据以上介绍，结合工厂实际加工条件，取=0.7。则。应指出的是，对于间断工作的机床，电动机允许超载工作。因此按上式算出的功率N是电动机在允许范围内超载时的功率。电动机的额定功率则可按下式计算：式中：选用的电动机的额定功率（kw）主运动功率（kw）K电动机超载系数，对于连续工作的机床，K=1.0；对于间断工作的机床K=1.11.25，间断时间长者取大值。 3.3.2 电动机型号及转速的确定同类且功率相同的电动机，其同步转速有3000，1500，1000，750，500rpm等几类。同步转速越高，则电动机的外形尺寸越小，价格越便宜，能量指标越高。从这点出发，电机转速选得较高是有利的。但当主轴最低转速确定以后，电机转速越高，则传动系统降速就越大。为了达到这降速高的要求，可能增加传动系统中的传动副数或使变速组中传动副的江苏传动比减小。因而导致箱体的尺寸和重量增加，从而制造成本增加。为此，考虑电机及传动系统这二者对整机的尺寸，质量和制造成本的影响，选用转速为1500rpm左右的电机。根据以上参数，考虑厂里现有条件，厂方要求选用11kw的电动机。查机械设计手册第一册，表9.1-4选Y系列防护式笼型三相异步电动机。该电动机适用于驱动无特殊要求的各种机械设备，故选用。其型号为Y160M-4，其参数为：，效率88%，功率因数0.84，最大转矩2.3，质量123kg，D=48K6,F=14mm,G=42.5mm,L=676mm。3.4 减速器的选择减速器是原动机和工作机之间的独立的封闭传动装置，用来降低转速和增大转矩，以满足工作需要。减速器的种类很多，按照传动类型可分为齿轮减速器，蜗杆减速器，蜗杆齿轮减速器及齿轮蜗杆减速器，行星齿轮减速器，谐波齿轮减速器，摆线针轮减速器。由于电动机转速，厂方提供的钻头转速约为200r/min，设计中主轴箱的传动比。查新编机械设计师手册上册表6.1-158选用摆线针轮减速器ZLD型 ，该减速器可用于起重，运输，纺织，轻工等。该减速器的传动级数有一级，二级和三级，其结构形式有卧式，立式，和直联型四种。电动机直联型减速器的供电电源的额定电压为380V，额定频率为50HZ。当海拔不超过一千米时，允许工作环境温度为；当海拔在一千米到两千米时，允许工作环境温度为。在额定载荷和额定转速下，减速器在以上两种工作长下油池温度不能超过60。该种减速器适合工厂条件，所以予以采用。其型号为：。3.5 主轴箱的设计主轴箱是多轴钻床的重要组成部分，是用于布置机床工作主轴及其传动零件和附加机构的。它通过按一定速比排布传动齿轮，把动力部件上的动力传递给各个工作主轴，使之获得所需要的转速和转向等。主轴箱的设计包括箱体的设计和传动系统的设计两部分。3.5.1 主轴箱体设计主轴箱是机床的重要组成部分，按专门要求或需要来进行设计的，在机床设计过程中，是工作量较大的部件之一。首先，介绍机床主轴箱的用途。主轴箱是用于布置（按所要求的坐标位置）机床工作主轴及传动零件和相应的附加机构的。它通过按一定速比排布传动齿轮，把动力从动力部件动力箱，电动机等，传递给各工作主轴，使之获得所需求的转速和转向，并防止润滑油外流和灰尘，污物侵入。主轴箱体应有足够的精度和刚度，；有良好的散热性和密封性；具有美观大方且与总体布局协调一致的外姓；具有良好的工艺性，便于加工和装配。 对于主轴箱设计，本设计采用一般设计法。一般设计法是根据主轴的分布，转速，转向以及尺寸要求等，由设计者进行全部设计工作，这也是当前主轴箱设计中最常用的方法。 1. 主轴箱体的材料及壁厚的选择由于要安装传动件和辅助装置，一般箱体结构都比较复杂，故常采用铸铁件，常用二级铸铁，只在特殊情况下才用较高级的铸铁，甚至合金铸铁。对于较简单的与床身连成一体的主轴箱体，其材料则有床身或导轨的要求来决定。在本次设计中我们选用铸铁材料来制造箱体。为了减轻机床重量，在保证主轴箱足够刚度的前提下，主轴箱体应尽量选取较小的壁厚，但本设计须在箱体内，外壁之间安装轴承等，故受其装配尺寸限制及影响。按需要适当加厚。由于大齿轮轴承宽度为26mm，其离箱体内壁的距离定为2毫米，考虑到端盖的厚度，所以壁厚定位42毫米。2. 箱体结构的工艺性箱体结构的工艺性，是指在一定的生产规模及生产条件下，箱体零件的结构要适合于最有利的箱体制造工艺过程的要求。设计时主要应考虑以下几个方面：(1) 主要孔的结构工艺性。(2) 同轴线上孔的结构工艺性。(3) 箱体的安装基面要大，结构形式要简单。(4) 箱体外壁上凸台的结构性。箱体同一外壁上的凸台要在一个平面上，以便与加工和检查。(5) 孔的内端面的工艺性。3 主轴箱的技术要求对于普通圆柱齿轮传动的两平行轴之间应注明：轴线距离的公差；平行度的允许公差。主轴箱的一般镗孔公差多半是二级精度，主轴孔径根据加工要求可分二级或一级精度。几何形状的偏差，例如最大椭圆度和锥度，应不超过孔径公差的1/31/2。孔的同心偏差，可根据对转动件的影响情况而定。与轴孔垂直的加工面也应注明允许偏差，通常在100毫米半径内不应超过0.010.03毫米。如果两平行箱壁之间的距离影响安装精度，也应注明公差，可根据所要求的精度和距离，取0.20.5毫米或更大。考虑以上各点，将多轴钻床的主轴箱设计成如下图3.1所示图3.1 主轴箱 5 主轴箱尺寸的确定变速箱的高度受齿轮宽度及齿轮端面与主轴箱壁距离的影响，由于小齿轮的宽度为45毫米，离箱体内壁的距离为16毫米，加上箱体厚度，可定出箱体高度为161毫米。箱体的长度和宽度可根据力柱之间的距离定出，考虑箱体的强度而增设加强筋。考虑安装在箱体上的零件尺寸及上述各因素，最终定出箱体的尺寸，由于零件图上已经详细标出，在此不画出具体的零件图。3.5.2 传动系统的设计传动系统的设计是主轴箱设计中最关键的一环。所谓传动系统的设计，就是通过一定的传动链，按要求把动力从动力部件的驱动轴传递到主轴上去。同时，满足主轴箱其他结构和传动的要求。传动系统设计的一般要求：1) 在保证主轴的强度、刚度，转速和转向要求的前提下，力求使传动轴和齿轮为最少。应尽量用一根传动轴带动多根主轴；当齿轮啮合中心距不符合标准时，可采用齿轮变位的方法来凑中心距离。2) 在保证有足够强度的前提下，主轴、传动轴和齿轮的规格要尽可能少，以减少各类零件的品种。3) 通常应避免主轴带动主轴，否则将增加主动主轴的负荷。4) 最佳传动比为11.5，但允许采用到33.5。5) 粗加工主轴上的齿轮，应尽可能靠近前支承，以减少主轴的扭转变形。6) 尽可能避免升速传动，必要的升速最好放在传动链的最末一，二级，以减少功率损失。3.5.2.1 齿轮的设计齿轮传动是机械传动中最重要的传动之一，其主要特点有效率高、结构紧凑、工作可靠、寿命长的优点，并且改传动比较平稳。齿轮传动可做成开式、半开式或闭式，在我们的设计中现场情况做成半开式。由于所设计的齿轮在具体情况下，必须具有足够的、相应的工作能力，以保证在整个工作寿命期间不致失效，因此我们在齿轮设计式通常按只保证齿根弯曲疲劳强度及齿面接触疲劳强度两个准则进行计算。 下面我们对齿轮进行具体的计算和结构设计。 1. 主轴箱齿轮类型，精度等级，材料和齿数的确定1) 根据设计传动方案，选用直齿圆柱齿轮传动。2) 该机床为一般工作机器，速度不高，故选用六级精度(HB1009588)。3) 材料选择。由机械设计表10-1选择小齿轮材料为20CrMnTi,齿心部硬度(HBS)为300，齿面5862HRC,渗碳后淬火。大齿轮材料为40Cr,调质处理，硬度(HBS)241286。二者材料硬度差约50。4) 选择齿轮齿数根据经验及厂方要求，模数选为3，原因是由于按公式计算时，刀具进给量为选定值，但工人实际操作时，常常不按要求的进给量进行加工，所以进给量为一变值。因而要求轮齿的强度越大越好，所以模数定为3。根据工件上大圆与钻孔的中心距为275，齿轮模数m=3,可按下式计算则，选大、小齿轮齿数和为91。如果选92，则计算出的结果大于275，大小齿轮啮合时将产生干涉，一直无法正常工作；选用总齿数为91时，大小齿轮间隙过大，将产生噪音，但根据现场条件，该工件在加工时，冲压工序较多，噪声较大，而齿轮由于啮合间隙产生的噪音与之相比较小，故选择总齿数为91。齿数分配，由于两孔中心距为105.24mm，所以小齿轮的齿数受此值的限制，如果过大，两小齿轮干涉，则无法工作。根据公式，所以。根据机械制造装备设计中表3-6所示，取,则小齿轮齿数为=2935。则大齿轮齿数为。实际传动比为：。2. 按齿面接触疲劳强度设计由设计计算公式(10-9a)进行试算，即1) 确定公式内的各计算数值(1) 试选载荷系数(2) 计算小齿轮传递的扭矩(3) 由机械设计表10-7选区齿宽系数(4) 由表10-6查得材料的弹性影响系数(5) 由图1021d按齿面硬度查寻小齿轮的接触疲劳强度极限，大齿轮的解除疲劳强度极限(6) 由式10-13计算应力循环次数(7) 由图10-19查得接触疲劳寿命系数,(8) 计算接触疲劳许用应力取失效概率为1%,安全系数s=1,由下式得：2) 计算(1) 计算小齿轮分度圆直径,代入中较小值 而小齿轮分度圆直径，因而满足要求 (2) 计算圆周速度(3) 计算齿宽b由于小齿轮齿宽比大齿轮大，以便于啮合，所以大齿轮齿宽为。(4) 计算齿宽与齿高之比齿高所以3. 按齿根弯曲强度设计由机械设计式(10-5)得弯曲强度的设计公式为：1) 确定公式内的各计算值(1) 由图10-20d差的小齿轮的弯曲疲劳极限，由图1020c得大齿轮的弯曲疲劳极限(2)由图10-18查得弯曲疲劳寿命系数，(3) 计算弯曲疲劳许用应力取弯曲疲劳安全系数，由式(10-12)得(4) 计算载荷系数K根据，6级精度，由图108查得动载荷系数，直齿轮，假设，由表10-3查得，由表10-2查得使用系数由表10-4查得6级精度小齿轮相对支撑非对称布置时，将数据代入后得由，查得图10-13得，故载荷系数(5) 查取齿形系数由表10-5查得(6) 查取应力校正系数由表10-5可查得 (7) 计算大小齿轮的并加以比较 大齿轮的数值大。2）设计计算4. 几何尺寸计算计算分度圆直径计算中心距（注：装备时应调整为137.5mm）5. 验算 ，故合适。6. 大齿轮和小齿轮参数表3-1如下所示表3-1 大齿轮和小齿轮参数表名称参数代号小齿轮参数大齿轮参数模数m33齿数z2962分度圆直径（mm）d87186齿顶圆直径（mm）93192齿根圆直径（mm）79.5178.57. 结构设计及绘制齿轮零件图齿轮的结构设计与齿轮的几何尺寸，毛坯材料，加工方法，使用要求及经济性等因素有关。进行齿轮的结构设计时，必须综合考虑上述方面的因素，通常是先按齿轮的直径大小，选定合适的结构形式，然后再根据荐用的数据，进行结构设计。1）确定设计参数由于时，所以小齿轮做成实心结构的齿轮。当时，所以打齿轮做成腹板式结构的齿轮。对于腹板式结构的齿轮：圆柱齿轮：取钢材：， 根据常用齿轮的c值不应小于10mm，取 取 2）绘制齿轮零件图。3.5.2.2 联轴器的选用联轴器是机械传动中常用的部件。它主要用来连接轴与轴（或联接轴与其他回转零件）以传递运动及转矩。已知输入轴的功率，转速，输入轴的直径，根据以上数据选用联轴器。1. 类型选择根据传递载荷的大小，轴转速的高低，被连接两部件的安装精度等，参考各类联轴器的特性，选择一种合用的联轴器类型。具体选择时可考虑以后几点：1) 所需传递转矩的大小和性质以及对缓冲减振功能的要求。例如，对大功率的重载传动，可选用齿式联轴器；对严重冲击或载荷要求消除轴系扭转振动的传动，可选用轮胎时联轴器等具有高弹性的联轴器。2）联轴器的工作转速高低和引起的离心力的大小。对于高速传动轴，应选用平衡精度高的联轴器，例如膜片联轴器等，而不宜选用存在偏心的滑块联轴器等。3) 两轴相对位移的大小和方向。当安装调整后，难以保持两轴严格精确对中，或工作过程中两轴将产生较大的附加相对位移时，应选用挠性联轴器。例如当径向位移较大时，可选滑块联轴器，角位移较大或相交两轴的联接可选用万向联轴器等。4）联轴器的可靠性和工作环境。通常由金属元件制成的不需润滑的联轴器比较可靠；需要润滑的联轴器，其性能易受润滑程度的影响，且可能污染环境。含有橡胶等非金属的联轴器对温度，腐蚀性介质及强光等比较敏感，而且容易老化。5）联轴器的制造，安装，维护和成本。在满足使用性能的前提下，应选用装拆方便，维护简单，成本低的联轴器。例如刚性联轴器不但结构简单，而且装拆方便，可用于低速，刚性大的传动轴。一般的非金属元件联轴器（例如弹性套柱销联轴器，弹性柱销联轴器，梅花形弹性联轴器等），由于具有良好的综合性能，广泛适用于一般的中小功率传动凸缘联轴器的特点为它属于刚性联轴器，对所联两轴间的相对位移缺乏补偿能力，故对两轴的对中性要求很高。当两轴有相对位移存在时，就会在机件内引起附加载荷，使工作情况恶化，这里是它的主要缺点。但由于构造简单，成本低，可传递较大转距，故当转速低，无冲击，轴的刚性大，对中性较好时，亦常采用。考虑以上情况，该联轴器能满足工件要求，故选择凸缘联轴器。2. 载荷计算公称转矩T为：由机械设计表14-1查得，故由式(14-3)计算转矩为：3. 型号的选择从新编机械师手册上册表7.2-6中查得YL12型凸缘联轴器的许用转矩为：1600823.7，许用最大转速为4700r/min，孔径为6080mm,故合适。3.5.2.3 键的选择与强度校核1. 主轴的键 1） 选择键联接的类型和尺寸一般8级以上精度的齿轮有定心精度的要求，应选用平键联接。由于齿轮不在轴端，故选用圆头普通平键（A型）。根据，从表6-1中查得键的截面尺寸为：宽度，高度。由轮毂宽度并参考键的长度系列，取键长。2) 校核键联接的强度键，轴和轮毂的材料都是钢，由表6-2查得许用挤压应力：，取其平均值。键的工作长度，键与轮毂键槽的接触高度。由式（6-1）可得键的标记为：键 。2. 大齿轮轴的键 1） 选择键联接的类型和尺寸一般8级以上精度的齿轮有定心精度的要求，应选用平键联接。由于齿轮不在轴端，故选用平头普通平键（A型）。根据，从表6-1种查的键的截面尺寸为：宽度，高度。由轮毂宽度并参考键的长度系列，取键长。3. 校核键联接的强度键，轴和轮毂的材料都是钢，由表6-2查得许用挤压应力为：，取其平均值。键的工作长度，键与轮毂键槽的接触高度为：。由式（6-1）可得键的标记为：键 GB/T109619793.5.2.4 轴的设计 轴是组成机器的主要零件之一。切作回转运动的传动零件(例如齿轮、蜗轮等)，都必须安装在轴上才能进行运动及动力的传递。因此轴的主要功用是支承回转零件及传递运动和动力。 轴的设计也和其它零件的设计相似，包括结构设计和工作能力计算两方面的内容。 轴的结构设计是根据轴上零件的安装、定位以及轴的制造工艺等方面的要求，合理地确定轴的结构形式和尺寸。轴的结构设计不合理，会影响轴的工作能力和轴上零件的工作可靠性，还会增加轴的制造成本和轴上零件装配的困难等。因此，轴的结构设计是轴设计中的重要内容。 轴的工作能力计算是指轴的强度、刚度和振动稳定性等方面的计算。多数情况下，轴的工作能力主要取决于轴的强度。这时只需对轴进行强度计算，以防止断裂或塑性变形。而对刚度要求高的轴(如车床主轴)和受力大的细长轴，还应进行刚度计算，以防止工作时产生过大的弹性变形。对高速运转的轴，还应进行振动稳定性计算，以防止发生共振而破坏。轴的材料主要是碳钢和合金钢。钢轴的毛坯多数用轧制圆钢和锻件，有的则直接用圆钢。1. 轴的材料选取 由于碳钢比合金钢价廉，对应力集中的敏感性较低，同时也可以用热处理或化学热处理的办法提高其耐磨性和抗疲劳强度，故采用碳钢制造轴尤为广泛，其中最常见的是45钢。 合金钢比碳钢具有更高的机械性能和更好的淬火性能。因此，在传递大动力，并要求减小尺寸与质量，提高轴颈的耐磨性以及处于高温或低温条件下工作的轴，常采用合金钢。 必须指出:在一般工作温度下(低于200)，各种碳钢和合金钢的弹性模量均相差不多。因此在选择钢的种类和决定钢的热处理方法时，所根据的是强度与耐磨性，而不是轴的弯曲或扭转刚度。但也应当注意，在既定条件下，有时也可选择强度较低的钢材，而用适当增大轴的截面面积的办法来提高轴的刚度。 各种热处理(高频淬火、渗碳、氮化、氰化等)以及表现强化处理(如喷丸、按压等)，对提高轴的抗疲劳强度都有着显著的效果。高强度铸铁和球墨铸铁容易做成复杂的形状,且具有价廉,良好的吸振性和耐磨性,以及对应力集中的敏感性较低等优点,可用于制造外形复杂的轴.根据以上简述以及厂方的技术要求，选取主轴和大齿轮轴的材料为40Cr.2. 主轴的设计1) 主轴的形式设计主轴的型式和直径，主要取决于刀具的进给抗力和切削扭矩或主轴刀具系统结构上的需要。本设计工序为扩铰，采用有止推轴承的主轴。（1）主轴分布类型及主动系统设计方法：轴的分布类型机床所加工零件是多种多样的，结构各有不同，但被加工零件上（即主轴箱上主轴的分布），大体可以归纳成下述几种类型： 单组或多组圆周分布； 等距或不等距直线分布； 圆周或直线混合分布； 任意分布。 根据第一种类型和厂方所提供的零件图，本设计采用单组圆周分布。（2）.传动系统设计方法主轴的分布尽管有各种各样类型，但通常采用的经济而又有效的转动是：用一根传动轴带动多根主轴。本设计采用此种设计，具体方案如下：在设计传动系统时，首先把所有主轴（8轴）分成一组同心圆，然后在同心圆上放置一根传动轴，来带动一组主轴。接着再用此转动轴与动力部件驱动轴联结起来。这就是通常的传动布置次序，即由主轴处布置起，最后再引到动力部件的驱动轴上。2）主轴的参数设计：本设计选用刚性主轴。设计刚性主轴的主要内容之一是选择主轴参数。主轴参数确定的正确与否，对主轴的刚性将有很大的影响。在设计刚性主轴箱时，若主轴参数选择不合理，使被加工零件达不到要求的精度和光洁度。 主轴参数计算：（1）求输出轴上的功率，转速和转矩由齿轮计算知：，。（2）求作用在齿轮上的力已知输出轴小齿轮的分度圆直径为：（3）初步确定轴的最小直径查机械设计（第七版）表153，取A0=105,，于是得：选取轴的材料为40Cr，考虑到键槽削弱影响，开一个键槽时，轴径增大5%7%，则有：根据厂方要求，为了有足够的裕度，所以取主轴最小直径为35mm。 本设计主轴的最小直径为安装轴承，为了使所选的轴径与安装轴承的孔径相适应，故需同时选轴承型号。3）主轴的结构设计（1）拟定轴上零件的装配方案主轴的装配方案如图3.2所示图3.2 主轴装配图（2）根据轴向定位要求确定轴各段直径和长度因为主轴装齿轮部分为无阶梯轴段，为了保证大小齿轮正确啮合，即保证大小齿轮在轴上有固定的位置，所以要选用套筒来固定齿轮。套筒的长度受主轴箱高度的影响，主轴箱的总高度为161mm。因为小齿轮齿宽为45mm，查新编机械师手册可得知，齿轮端面到箱壁的距离一般要求为16mm，这样可确定出主轴箱内部空间的高度。根据轴径为35mm，选取圆锥滚子轴承，型号为30207（GB297-1994），该轴承的宽度为18.25mm，由于轴承到主轴箱内壁有要求，其距离一般为，取为5mm,这样可确定出主轴箱内主轴的长度为：。由于小轴上直接装钻头，该部分直径较粗，这样就在轴上形成以阶梯，为了保证主轴的正常运转，此阶梯处到主轴箱的距离定为3mm，这样主轴较细部分可定为144mm，考虑主轴与轴承充分结合将轴加长一定的距离。这样将主轴较细部分长度定为146mm,主轴较粗部分的长度由安装在其上的刀具来确定，长度定为100mm。这样主轴总长就确定下来，其最终长度为246mm。（3）轴上零件的轴向定位齿轮与轴向定位采用平键联接，根据实用机械设计手册续表3-1选取的键的公称长度为45mm.同时为了保证齿轮与轴配合具有良好的对中性，故选用齿轮轮毂与轴的配合为间隙配合;.滚动轴承与轴的周向定位是借过渡配合来保证的，此处选轴的直径尺寸公差为m6.(4) 确定轴的圆角和倒角尺寸参考机械设计表15-2，取轴端倒角为，各轴肩处圆角半径取R=2。3.大齿轮轴的设计1）.大齿轮轴的参数设计(1) 求输出轴上的功率，转速和转矩由齿轮计算知：，（2）求作用在齿轮上的力已知输出轴小齿轮的分度圆直径为： 因为八个小齿轮均布在大齿轮周围，径向力相互抵消，故大齿轮轴不受径向力。 (3) 初步确定轴的最小直径 查机械设计（第七版）表15-3，取A0=105,，于是得： 选取轴的材料为40Cr，考虑到键槽削弱影响，开一个键槽时，轴径增大5%7%，则有：根据厂方要求，为了有足够的裕度，所以取大齿轮轴最小直径为80mm。2）大齿轮轴的结构设计1）拟定轴上零件的装配方案大齿轮轴的装配方案如图3.3所示：图3-3 大齿轮轴装配图2）根据轴向定位要求确定轴各段直径和长度为了制造及安装方便，将大轴设计成无阶梯轴，因滚动轴承除受自身重力外，几乎不受轴向力，故选用深沟球轴承，宽度为B=26mm。安装在大轴上的各部件靠公差来保证。大轴的长度受主轴箱的高度和安装在其上的轴承宽度的影响，由于轴承的宽度为26mm,轴承端面到主轴箱内壁的距离取2mm,这样大轴的长度为：。由于大齿轮轴上有倒角，考虑到它与轴承充分结合（即大轴伸出轴承的小段距离），将大轴长度定为140mm。大轴要与联轴器配合根据联轴器的尺寸最终确定大轴为320mm。3）轴上零件的周向定位：齿轮与轴的周向定位采用平键连接。查实用机械设计手册续表31选取键 ，具体计算见键的设计一节。.同时为了保证齿轮与轴配合具有良好的对中性，故选用齿轮轮毂与轴的配合为间隙配合;.滚动轴承与轴的周向定位是借过渡配合来保证的，此处选轴的直径尺寸公差为m6.4) 确定轴的圆角和倒角尺寸参考机械设计表15-2，取轴端倒角为，各轴肩处圆角半径取R=2。4. 轴的校核1) 主轴的校核(1) 求轴上的载荷首先根据轴的结构图做出轴的计算简图。在确定轴的支撑点位置时，应从手册中查出a值。对于30207型单列圆锥滚子