多轴钻床的总体设计

河南理工大学万方科技学院本科毕业论文摘要 当前国际间的竞争主要是生产力的竞争，如果要想在未来激烈的竞争中生存下去，就必须不断的加快生产力的发展,归根结底是要不断地提高生产率，而多轴钻床正是以单轴钻床为基础发展起来的以针对性的加工特定零件为目的专用机床。 而在本次设计的题目正是针对汽车轮辐的扩孔加工而设计的多轴钻床。在汽车轮辐的加工中，多轴钻床的应用大大加快了扩孔的效率，本次设计为10轴钻床，相对单钻头钻床来说也就是把原来的效率整整提高了7倍。 在以下的内容里面将会对多轴钻床的部件设计加以简单的介绍，并详细的设计主轴箱，也就是针对加工对象汽车轮辐的具体情况进行专门的设计；其中涵盖了箱体，动力部件，变速部件和传动元件的设计与计算过程。关键词：多轴钻床 主轴箱 轴 齿轮 轴承 键 Abstract The competition of the current international is mainly the competition of the productivity, If want to existence under in the vehemence competition in the future, must continuously to develop the productivity. In the final analysis, is to develop the productivity constantly. And that multi-spindle drilling machine was developed with the base of the single-spindle drilling machines to machining the special part. The subject of this design is to enlarge the bore of the spoke of the car. In the machining of enlarge the bore of the spoke of the car, the application of multi-spindle drilling machine make a greatly expedite with the efficiency of enlarging the bore. This design is a drill bed for 10 stalks, and its efficiency is 7 times to the single-spindle drilling machines. In the follow content will take into the simple introduction to the total design that many stalks drill the bed in the contents of the following, and the detailed design principal axis box, Is also a concrete circumstance that aims at to process a wheel of object- automobile to carry on the specialized design; Among them covered a body, the motive parts, become soon parts and spread the design and the calculation process of move the component.Key word: Many stalks drill the bed Principal axis box Spindle Wheel gear Bearings Key- 91 -目录摘要1Abstract21 概论32 多轴钻床的总体设计62.1 概述62.2 影响机床总体布局的基本因素72.2.1工艺方法对总体布局的影响72.2.2运动分配对总体布局的影响82.2.3机床性能对总体布局的影响92.2.4机床自动化对总体布局的影响102.2.5生产规模和生产效率对总体布局的影响112.2.6操作调整对总体布局的影响112.3 工艺方案的制定122.3.1影响机床工艺方案制定的主要因素122.3.2制定工艺方案的原始条件分析132.3.3毛坯的选择132.3.4工艺基准的选择定位基准142.3.5 工艺路线的制定152.3.6 工序余量及工序尺寸的确定182.3.7 刀具的选择182.3.8 切削用量的确定192.4 机床总体布局方案分析192.5运动联系分析232.5.1运动联系的形式232.5.2运动联系形式的选择242.5.3该钻的运动联系分析253 主轴箱及部件设计273.1 动力部件的选择273.1.1电动机的选择计算273.2 减速器的选取323.3 主轴箱零件的设计343.3.1齿轮的设计343.3.2齿轮的计算及校核383.3.3轴的设计453.4主轴箱体的设计593.5 上台板的设计613.5.1材料的选取613.5.2尺寸的确定613.5.3结构设计624 支承件的设计634.1概述634.1.1支承件的功能634.1.2支承件的静刚度和形状选择原则644.1.3支承件的动态特性644.2 导轨（立柱）的设计654.2.1概述654.2.2导轨的设计654.3底座的设计664.3.1概述664.3.2 材料选择674.3.3 结构设计674.3.4 尺寸确定675 夹具的设计695.1 概述695.1.1一般夹具的组成695.1.2夹紧机构的功能705.1.3夹紧机构应满足的要求705.1.4机构的夹紧过程705.2工件定位分析715.3夹紧机构的选择和工艺性分析726 液压系统的设计746.1液压系统的设计要求746.2液压回路的工作原理757 结论78 致谢80 参考文献81 附录：83 外文资料与中文翻译83 1 概论 多轴钻床是伴随着经济的飞速发展和工业现代化的需要而产生的。其被应用于许多方面，像汽车零部件的加工、农用机械的零部件的加工以及其它大批量生产加工生产多孔零件的地方。多轴钻床在加工业中有着很大的优势。它的使用使加工速度提高，因为当一个工件在同一个方向上有数个孔时，用普通钻床加工时就要加工一个孔后又挪动工件加工另一个孔，这样就需要专人搬动工件，对于小型工件可以采用这种方法，但当工件很大时，再采用这种方法就很落后，生产率很低，成本增加。所以，我们在批量生产多孔工件时，就需要一种专门的机床来加工，所以就生产了由单臂钻床衍生而来的多轴钻床。 多轴钻床与普通钻床的不同是多轴钻床的主轴箱是像太阳系一样，绕中间轴均布排列的主轴被中间轴带动转动，主轴带动刀具转动，完成切削工作。这样多孔工件被一次加工成形，从而使劳动强度大大减小，加工时间大大缩短，提高了劳动生产率，降低了产品成本。本次设计的题目为多轴钻床，多轴钻床是为加工汽车轮辐，为汽车轮辐外侧的扩孔而专门设计的专用机床，由底座、液压立式滑台、立体床身、动力头以及多轴箱、专用夹具等有关部件组成。 多轴钻床是一种孔加工的机床，它被广泛用于加工多孔工件。多轴钻床在生产中的应用，解决了普通钻床加工多孔工件时逐孔加工浪费时间和人工这两个重要问题。在本设计中，设计的多轴钻床为轮辐螺栓孔加工机床，属于专用机床。专用机床，顾名思义，就是针对某一工件而专门设计制造的机床。与一般机床相比，具有设计制造周期短、成本低，自动化程度高，加工效率高，加工质量稳定可靠，能减轻工人劳动强度等优点。 用机床区别于普通机床的基本特点就是它是专为某一固定工序服务的。因此，多轴钻床机床又属于工艺装备。由于专用机床是为某一固定的，所以专用机床的先进程度、种类、型式和规格都取决于工艺需要。只有定出先进合理的工艺，才能设计出合理的专用机床。 在生产中用机械加工方法直接改变毛坯的形状，尺寸和材料性能，使之成为零件的过程，叫做机械加工工艺过程。设计时，工艺方案的制定是否合理，对生产效率和产品质量有着极大的影响。制定工艺方案时，应首先分析生产类型。生产类型是衡量生产规模的标志。 本次毕业设计所做题目为多轴钻床加工汽车轮辐，具有以下优越性： 加工速度快。使用多轴钻床加工轮辐，较之采用普通摇臂钻床，平均功效提高30。 加工质量好。采用该钻床加工的孔，孔的位置尺寸误差小，工件互换性好，从未出现过因孔位置尺寸不对而反攻报废的情况。多轴钻造价低廉，维修方便，技术难度不高。 多轴钻的形式也是多种多样的。根据多轴钻的结构可把多轴钻分为内啮合多轴钻和外啮合多轴钻。内啮合多轴钻是指齿轮传动为内啮合式，外啮合多轴钻式指齿轮传动为外啮合式。根据钻头形式可分为卧式和立式两种。在本设计中，我们采用外啮合齿轮传动。近年来，钻床主要有以下几个发展趋势：高速度、高精度 高可靠性、设备故障概率低 集成化、柔性化程度高 系统智能化程度高 另外机床控制体系结构越来越开放。数控钻床的应用，数控功能部件配套越来越专业化。市场个性化和敏捷性越来越高。多轴钻在加工多孔零件时，具有良好的加工精度，能够达到很好的加工质量。但在设计机床时也有两个重要的问题需要重点讨论即工件的定位和加紧。在多轴钻床加工时工件与刀具之间占有相对正确的位置时非常重要的，因此夹具的设计是一个非常重要的任务，我们要依靠合理的夹具设计来保证我们的加工精度合乎要求。另外多轴钻床的刀具导向也是一个重要问题，就是刀具在钻孔时会变形，从而加工的孔会倾斜，出现废品。所以我们在设计中采用钻套来进行导向，并且钻套在刀具热变形时起到固定刀具的作用，使刀具的变形不会对加工的工件有很大的影响。这样我们就解决了多轴钻的定位和刀具导向问题。 总之，多轴钻床在我们的工业生产中有着重要的意义。它大大的提高了我们的劳动生产率，提高了多孔工件加工的精度，减少了工人的劳动强度，也推动了我国生产行业的迅速发展。我们应该加强对多轴钻床领域的开发。2 多轴钻床的总体设计2.1 概述 机床总布局的任务是解决机床各部件间的相对运动和相对位置关系，并使机床具有一个协调完善的造型。工艺分析和工件的形状、尺寸和重量，在很大程度上左右着机床的布局形式，工艺需求决定了机床所需的运动，每个运动均由相应的执行部件来完成。通过传动解决各部件间的相对运动关系。机床的布局受多方因素的影响，例如机床的性能、操作、观察与调整等。机床总布局的设计是带有全局性的一重要问题，它对机床的部件设计制造使用都有较大的影响。 机床总体布局的目的，是按照简单经济，合理的原则，制定一种实现加工要求的方案。它基本上由工艺方法、运动分配、工件尺寸、重量、精度、表面光洁度及生产效率等因素所决定。机床总体布局的基本要求： 保证机床的刚度，精度，抗振性和稳定性，力求减轻机床的重量； 确保实现既定工艺方法所要求的工件和刀具的相对运动，保证机床结构简单，且尽量采用较短的传动链，以提高传动精度和传动效率； 保证良好的加工工艺性，以便于机床的加工和装配； 保证生产安全，便于操作、调整和维修； 对于生产效率和自动化程度较高的机床和专用机床，应力求便于自动上、下料或纳入自动线，并便于排除铁屑； 保证给定的工艺过程要求（对于组合机床，还应满足参数标准所规定的要求）。最大限度地考虑机床部件的通用化； 尽可能减小机床的战地面积； 机床外形美观，大方。2.2 影响机床总体布局的基本因素2.2.1工艺方法对总体布局的影响 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。例如，工序的集中、分散程度及机床万能性要求不同，机床的布局也不一样。故在确定专用机床的总体布局时，应首先分析和选择合理的工艺方法。所采用的工艺方法不同，所采用的刀具和运动以及机床布局也不同，即使是同一类型的机床，也可以采取不同的运动方案和布局结构。2.2.2运动分配对总体布局的影响 专用机床的工艺方法确定后，刀具与工件在切削加工时的相对以内动也被随着确定了。此时有三种方案：即相对运动可以完全分配给刀具，也可完全分配给工件，或者刀具和工件共同完成。而机床的运动分配不同，则机床的布局也不同。 在分配机床的运动时，一般应注意一下几点：移动部件的重量应尽量轻。 在其他条件相同的情况下，移动部件（包括刀具或工件）的重量越小，所需电动机 的功率和传动件尺寸也越小。为简化传动，应将运动分配给重量小的执行件。应利于提高加工精度。 如钻一般的孔时，应将主运动和进给运动都分配给刀具。但在钻削深孔时，为提高被加工孔的直线度，常采用工件做旋转运动，钻头做轴向进给运动的布局形式。应利于提高机床刚度，缩小占地面积。 本次设计选择切削加工的相对运动由刀具和工件共同完成，在多轴钻床的设计中，扩轮辐孔时主运动分配给钻头，进给运动由工件完成，即钻头的向下运动和工件的向上移动，由于运动分散给刀具和工件共同完成，运动简单了，相应的机构也简单了，且容易实现，所以目前这种分配形式应用较广。2.2.3机床性能对总体布局的影响足够的刚度和抗振性为了得到所要求的加工精度和光洁度，在机床总体布局上就应该保证有足够的刚度和抗振性。机床加工过程中的振动穿体给工件和刀具，会使被加工表面产生振动痕，降低表面光洁度；振动还使刀具的寿命缩短，使机床零件的磨损加快；振动所造成的噪音，使工人容易疲劳。因此，设计机床，特别是设计精密机床时应采取措施来消除或减少振动，减少机床振动可以从布局、结构、刚度等方面来采取措施，其中从布局方面消除振动的措施如下：A、隔离强迫振动源机床的电动机，变速箱等部件在工作时，由于不平衡等原因会产生振动。 为了减振，可以把它们与工件，刀具隔离开。B、平衡运动部件，减少冲击力。从结构、刚度方向采取的措施如下：A、基础件的布置应有利于增加导轨的导向长度和刚度，减少移动件的悬伸量。B、一般情况下，框架式和门式布局的刚度和抗振性比悬梁式强。C、采用辅助支撑，悬梁支架、浮动横梁等加强机床的刚度和抗振性。D、将机床基础件做成整体式，以减少结合面的数目。E、合理安排导轨位置，改善导轨和基础件的受力情况。F、移动部件的选择，应有利于减小移动时因其重心位置改变对机床精度的影响。提高传动链精度。在螺纹或齿轮加工中常采取用缩短内联系传动链的方法来提高加工精度。 减少机床热变形及其影响机床因机械传动，液压传动所产生的热，会使机床的执行部件和支承部件产生热变形，降低加工精度。从布局方面消除或减少机床热变形一般有如下措施：A、隔离热源将机床的传动部件，如油泵、电动机、变速箱等安排在距离执行部件和支承部件较远的位置，使前者产生的热不传或少传给后者。B、使热变形与受力变形互相补偿利用热变形来补偿机床的受力变形，让热变形来提高机床精度，也是减少机床热变形的一项措施。C、合理布置热源D、大件的结构布局要符合热对称原则E、机床的切削部分应沿热变形较小的方向布置2.2.4机床自动化对总体布局的影响自动化机床布局时，要特别注意以下问题：A、便于排屑，刀架和床身导轨宜作成倾斜式和垂直式。B、便于自动上、下料或列入自动线。C、合理选择刀架的形式和位置。D、各刀架在自动化循环中各自有各自的动作，床身分别设置导轨。E、便于操作，例如应便于上下料，便于机床和刀具的调整；便于观察加工情况等。F、转动刀架、自动换刀装置，刀具的结构和布局应根据工艺要求，生产率要求及机床具体结构不止的可能性等选定。 机床的自动化程度不同，机床的总体布局也不一样，生产效率也不相同。2.2.5生产规模和生产效率对总体布局的影响 生产规模和生产率要求将影响到机床的主轴数目、自动化程度、排屑和装卸方便程度等，从而导致机床布局不同。机床的生产批量不同，其结构可能完全不同。本次毕业设计的题目为加工汽车轮辐外侧的十个螺栓孔的扩孔加工，因需要大批量具生产，所以设计成专用机床。2.2.6操作调整对总体布局的影响操作调整时必须考虑一下问题：A、设计机床必须考虑人体的基本尺寸和四肢运动范围，以减轻工人的疲劳强度。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适当。B、合理选择立柱的位置，使之符合通常的操作习惯，便于对刀、调整和检测。C、合理选择工人的操作位置和操作部位。通常的操纵手柄和控制按钮应设在操作者近身处。大型机床为了便于观察加工情况，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。综上所述，影响机床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性作用的因素；工件的尺寸、精度、形状及重量等是考虑的重要因素。此外，在充分注意工艺因素的同时，还应兼顾其他各种因素。 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成产效率，因此，必须正确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。2.3 工艺方案的制定 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。故在确定机床的总体方案时，应重点分析和选择合理的工艺方案。2.3.1影响机床工艺方案制定的主要因素 被加工零件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。制定机床工艺方案时，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。A、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。B、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。例如加工轮辐螺栓孔，其粗加工、精加工分别在不同的机床上进行。机床虽多一些，但由于生产批量大，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。2.3.2制定工艺方案的原始条件分析 在制定工艺方案时，首先对产品的装配图进行研究分析，熟悉该产品的用途性能及工作条件，明确该工件在产品中的地位和作用，然后对工件的工作图进行分析和工艺审查。 从零件图，图一中可见，图纸比较完整，技术要求也一般，没什么难加工的结构。根据机床所完成的工序，对轮辐的10个孔进行扩孔，而10个孔位于同一平面上沿圆周均匀分布。扩孔后，只需保证其位置精度，其他没有特殊要求，用一般扩孔钻进行扩孔就可以达到要求。工件的材料为碳结构钢（Q235B），无特殊要求，在进行加工前无热处理，没有硬度要求。与该零件结构相同的还有几种，但其10个孔的沿圆周均布及中心距是不变的，只需更换一下钻头，同样适合在这台设备上加工，便于有效的利用设备。但由于厂内的实际需及经济实力以及生产规模的制约，工件在机床间的流动还主要靠人工搬运，所以不考虑流水线生产。2.3.3毛坯的选择 对毛坯的种类及制造方法进行选择，对工件的质量，机械加工工艺过程及设备、材料利用率、机械加工劳动量和工件的制造成本有很大的影响。 由于生产规模比较大，须采用高效率的毛坯生产方法，使用（Q235B）的碳结构钢板作为毛坯，此法生产效率也较高，既节约原材料，又可大大减少机械加工劳动量；同时，还可简化工艺和工艺装备，降低产品的总成本。 工件的尺寸不大，形状也不复杂，采用碳结构钢板（Q235B）最大限度的减少机械加工量。采用模锻，精度等级，光洁度等均可达到要求，生产效率高，每小时产量达300900件，材料损耗仅约1%（不记火耗）；压力与地面垂直，对地基要求不高。综上所述，选择Q235B碳结构钢板为毛坯材料。2.3.4工艺基准的选择定位基准 由于10个孔均布，则选择任意两对称孔为定位基准用浮动销定位，则只剩下Z向的一个自由度，选择N面均匀支撑。当工件不断向上进给时，压向G面的压料半板和N面的均匀支撑便限制了Z的自由度，随着进给的继续进行钻头下钻，浮动销被钻头下压，钻头变成为新的定位装置。 图21 定位基准示意图2.3.5 工艺路线的制定制定工艺过程由于本次加工仅需一次扩孔可完成，故工艺过程比较简单，其工艺过程如下：A、钻（扩孔）：按图纸要求对1023.5进行扩孔至1026.50.2（精度无特别要求）；B、检验：按图纸要求，检查各孔的位置精度。绘制工序简图A、被加工零件工序图的作用和要求 被加工零件工序图是根据选定的工艺方案，表示在一台机床上或一条流水线上完成的工艺内容，加工部位的尺寸及精度，技术要求，加工用定位基准，夹压部位，以及被加工零件的材料、硬度和在本机床加工前毛坯形状的图纸。它是在原有的工件图基础上，以突出本机床或自动线加工内容，加上必要说明绘制的。它是机床设计的主要依据，也是制造使用时调整机床，检查精度的重要技术文件。B、工件工序图所包含的内容： a、在图上表示出被加工零件的形状，尤其要设置中间导向时，应表示出工件内部筋的布置和尺寸，以便检查工件装进夹具是否相碰，以及刀具通过的可能性； b、在图上表示出加工用基面和夹压的方向及位置，以便依次进行夹具的支撑，定位及夹压系统的设计； c、在图上表示出加工表面的尺寸，精度，光洁度，位置尺寸及精度和技术条件（包括对上道工序的要求及本机床保证的部分）； d、图中还应注明被加工零件的名称、编号、材料、硬度以及被加工部位的余量； e、为了使工序图清晰明了和突出本机床的加工内容，绘制时对本机床的加工部位用粗实线表示，其尺寸打上方框，其余部位用细实线表示。C、如图所示：被加工零件加工示意图：扩圆柱孔图2-2 被加工零件加工示意图备注：a、被加工零件 名称及编号：汽车轮辐8.5-20-I，STR扩孔。材料及硬度：碳结构钢Q235B重 量：2025kgb、加工余量 26.5-23.5=3.0mm则每个孔的直径上加工余量为3.0mm技术条件：1、本机床加工前应保证：零件图上的所有尺寸2、 本机床保证：a、加工后各对称孔的中心距不变；b、加工后的孔的尺寸为26.50.2；c、其余尺寸不变。编制被加工零件工序图的注意事项A、本机床加工部位的位置尺寸应由定位基面标起，尤其是本机床加工，所选用的定位基面与设计基面不一致时，还必须对各孔要求的位置尺寸精度进行分析和换算，即把不对称尺寸换成对称尺寸，如尺寸150+0.07应换算成1500.035。有时也可以将工件某一主要孔的位置尺寸从定位基面标注，其余各孔的尺寸以此孔为基准进行标注，以免由于尺寸链的影响，而不能保证要求的精度。B、对孔的加工余量要认真分析，在镗阶梯孔时，其大直径的单边余量应小于相邻两孔半径之差，以便镗刀能通过。在加工毛坯时，不仅要弄清加工余量，还要注意孔的铸造偏心以及毛刺的大小，以便设计相应尺寸的镗杆，保证加工正常进行。C、对精镗机床必须注明是否允许留有退刀痕迹，以及允许退刀痕的形状（直线或螺旋退刀痕）。2.3.6 工序余量及工序尺寸的确定工序余量的确定为了保证工件的加工余量，要在毛坯上留出待加工余量，让每次加工时都能切掉一层金属，从而逐渐的提高零件的加工精度和表面质量，以保证图纸规定的质量要求。留给加工表面每一道工序的余量叫做工序余量，留给加工表面工序余量的总合叫做总余量。它们可用下列关系式表示：工序余量=毛坯工称尺寸-工件成品尺寸工序尺寸的确定由于在本机床上仅进行一道工序，所以不存在工序间余量的确定，工序尺寸和工序余量就相等了，即为加工余量。查组合机床设计-机械工业出版社 1975年6月版 P38表2-6 孔加工常用余量并结合 26.5-23.5=3.0mm则加工余量（双边余量）为：3.0mm2.3.7 刀具的选择1、刀具与工艺方案的关系专用机床刀具，是专用机床主要组成部分之一。刀具的选用、设计、制造正确与否，对机床的加工精度和效率有着重要影响。在专用机床上常采用多刀，复合刀具及特种刀具，从而使工序集中，机床结构简化，提高产品质量和生产效率。2、刀具的选择原则（1）、如果条件允许，应该首先选取标准刀具；（2）、为提高工序集中程度，或达到更高的精度，可采用复合刀具。但在确定复合刀具结构时，应尽可能采用组装式复合刀。2.3.8 切削用量的确定 多轴钻床正常与否与合理的选用切削用量，即确定合理的切削速度和工作进给量，有很大关系，切削用量选用的恰当，能使多轴钻床以最少的停车损失、最高的生产效率，最长的刀具寿命和最好的加工质量，也就是“多快好省”的进行生产。 工作时，十轴钻床的十把刀具同时运转，为了使钻床能正常工作，不经常停车换刀，而达到较高的生产率，所选的切削用量比一般钻床单刀加工要低些。概括的说，在多轴钻床上不宜采用较大的切削速度和进给量。对于扩绞孔，要想达到理想的状态，除刀具需保证合理的几何形状及冷却充分，很重要的一点是合理的选择切削用量。一般是速度低一点好，进给量不宜太大。 查组合机床设计第一册“机械部分”P49表2-31高速钢“扩孔切削用量”，得V=1220m/min,f=0.30.4mm/r,由钻头直径d=26.5mm,本设计选取V=18m/min, f=0.3mm/r。2.4 机床总体布局方案分析 在方案的拟订当中，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，然而就同一类机床来说，尚需对专用机床的支承部件、传动部件和执行部件等三大部分的布局进行方案分析。同类机床总体布局方案分析：A、支撑部件的布局： 支撑部件通常是由床身、立柱、底座、横梁、横臂等组成，这些部件或着单独使用，或者组合起来，用做机床的支撑。这些部件安放位置的不同，就形成了不同的支撑形式。常见的支撑形式有以下几种：a、横“一”字支撑。支撑部件是床身或床身与底座的结合。由这种支撑部件组成的机床称为卧式机床。b、竖“一”字支撑。支撑部件是立柱，或床身和立柱的组合。由这种部件所组成的机床，称之为立式机床。c、倒“丁”字机床。支撑部件是床身和立柱的组合。有它组成的机床称为复合式机床。d、侧开口行支撑。支撑部件是床身（或底座），立柱、横梁的组合。有它组成的机床称为单臂式机床。e、方框形支撑。机床的支撑部件由床身、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，称之为龙门式机床。B、上述机床有如下特点：a、立式机床 、战地面积小； 、运动自由度大； 、操作方便，操作者可站在机床的前面，左面，右面操作； 、当工作件较长时，机床的重心偏高，易造成加工时工件的振动。适用范围：立式机床适用于加工径向尺寸大而轴向尺寸短的工件。b、卧式机床的特点： 、占地面积较大； 、机床的重心低；有利于减少机床的振动； 、机床的执行部件可以在纵横两方面移动。适用范围：卧式机床适用于加工细而长的工件或需要加工行程较长的工件。c、单臂式机床的特点；可加工横向尺寸较大的工件，但受力时横梁相当于悬臂梁，机床的刚度地较低。横梁越大，则可加工的横向尺寸越大，但刚度也就越低适用范围：适用于方便地更换点位进行加工。d、龙门机床的特点： 它的支撑部件组成了封闭的方框。因此，大大提高了机床的刚度。但龙门式机床的支撑部件较多，结构复杂庞大布局时要特别注意，避免支撑部件对操作者视线的妨碍。适用范围：适用于箱体件的平面加工。 e、复合式 根据多面同时加工的需要所配置的形式。就同一类机床而言，确定机床配置部件的形式时，应注意下面问题：、机床的支撑部件要有足够的刚度和较好的受力情况；、力求结构简单，维修方便；、保证较高的加工质量和生产效率；、要保证操纵的方便性、习惯性。传动部件的布局： 机床上的传动方案主要可分为集中传动和分离传动，无级变速与齿轮变速。执行元件的布局：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，A、汽车轮辐扩孔加工专用机床总体布局方案分析：a、设计要求： 、设计为加工汽车轮辐的专用机床； 、在该机床上完成对零件图上十个螺栓空的扩孔加工； 、各孔的精度、光洁度、无特殊要求，只需保证各孔的位置度； 、毛坯的材料是碳结构钢Q235B； 、要求大批量生产。B、工艺分析：（见上） a、机床总体布局方案的确定（三方案） 、卧式机床：考虑到零件的夹具设计，采用卧式机床将导致零件装夹难度的增加； 、悬臂式机床：考虑到零件的横向尺寸不大，所以没有必要采用该型式机床； 、立式机床：立式机床运动自由度大，操作方便，足可以满足该零件的加工。战地面积小，动运自由度大，操作方便，操作者可站在机床的前面，左面，右面操作。综上所述，决定采用立式机床这一形式。如下图所示： 图23 立式钻床简图运动分配：在本设计中，采用多轴立式钻床，主轴箱固定，工作台沿立柱在液压系统的推动下上下调整移动。布局特点：生产率较高，通过更换夹具和调整工作主轴的位置，可适应同类型不同工件的成批生产。2.5运动联系分析2.5.1运动联系的形式 机床的运动联系是指动力源和运动之间，或者运动与运动之间联系。机床的各种运动一般是通过机械，电器和液压（气压）传动实现的，总体设计的任务之一就是确定机床运动的传动形式。 专用机床通常以电动机作为动力源，由它带动机械，液压传动系统完成机床的各种运动，再通过电气、液压系统完成机床的各种运动，再通过电气、液压系统控制这些运动间的转换，先后顺序及联系。类似车床的专用机床，动力源与运动之间有下列不同的运动联系形式：、主运动和动力源，进给运动和动力源均为机械联系。此次种联系形式结构简单、可靠、目前应用广泛。、主运动和动力源，为机械联系，进给运动和动力源为液压联系。由于液压驱动具有无级变速，驱动力大，工作平稳，容易实现自动化等优点，因此，液压驱动进给目前用于自动车床以及进给力大的车床。、主运动和动力源，进给运动和动力源均为液压联系。此种联系形式由于液压马达的结构复杂，目前应用较少，一般某些重要机床中实现主运动和进给运动的无级变速。、主运动和动力源为电气联系。它的优点是两个运动均为无级变速，并且容易实现变速的自动化。但由于电气系统较复杂，成本高，目前应用尚少，只用于某些自动化车床中。2.5.2运动联系形式的选择 机械、液压、电气等各种运动联系方式都各有其优缺点。设计机床时应发挥它们的优点，满足机床的工作特点和使用要求，适应机床的制造和维修水平等。、机械联系目前应用较广泛，工作较可靠。对设计、制造、修理的技术水平较电气液压为低。目前，在加工复杂表面，如螺纹、齿轮、花键等表面时多加采用。此外，当制造厂的技术水平受到限制时多采用机械联系。、非机械联系（液压、电气、光电、电磁、气压以及它们的综合等）具有某些优点，可简化机床的结构。随着非机械联系可靠性的提高和设计、维修、制造技术的不断进步，它在机床中的应用正在日益增多。目前这种联系形式多用于自动化程度较高的机床，如数控机床，仿型车床等。、液压、电气的综合应用，使机床容易实现自动化，并简化了机床的机械结构，在现代化的自动机床中被广泛的应用。目前，在设计自动线时大都采用此联系形式。、内联系传动链（如车螺纹及用展成法加工齿轮时的传动链），目前广泛的采用机械传动，而不用液压传动，因为用液压时有泄漏现象，不易保证传动比的恒定值。因此，设计螺纹加工，齿轮加工，滚切花键，铲齿等机床时，应采用机械联系。2.5.3该钻的运动联系分析 本次设计的为立式钻床，该钻床采用主运动和动力源为机械联系。其传动系统图如下所示：图24 传动系统图该图即为此立式多轴钻床的传动系统图，该机床的主运动（主轴旋转）的驱动力为机械的，由电动机经主轴箱变速传递为钻头的旋转。扩孔时，由液压驱动的工件向上做进给运动，整个扩孔过程便由两个简单的运动组成，即主轴带动钻头的主运动和液压推动工件的进给运动。此机床由于机械、液压的联合作用，实现了较多的自动化动作，从而使生产率高，自动化程度高，占地面积小等特点。3 主轴箱及部件设计3.1 动力部件的选择 动力部件的选择在整个多轴钻床的设计中是至关重要的。动力部件的功率如果选取过大，电动机经常处于低负荷情况，功率因素小，造成电力浪费，同时使转动件及相关尺寸选取过大，浪费材料，且机床笨重，如果选取过小，则机床达不到设计提出的性能要求。本设计主运动采用电动机带动，进给运动采用电动机带动液压系统运动。 动力部件是用以实现切削刀具的旋转和进给运动（动力头）或只用于进给运动（动力滑台），是组合机床最主要的通用部件。 选用何种动力部件，应当根据具体的加工工艺，机床型式，使用条件，生产条件来确定。例如：对于一般的多轴钻床和镗孔机床，可用机械或液压动力头，对于铣削、镗端面孔机床、精镗等机床，应用动力滑台配以相应的铣头，镗孔车端面头，精镗等；立式机床宜采用动力滑台或机械动力头等。总之，选用合适的动力部件，使机床具有先进的工艺水平和技术水平，以及良好的工艺效果。3.1.1电动机的选择计算A电动机功率的确定a.钻头扩孔时的扭矩及轴向力扭矩公式：轴向力公式：式中：为钻头直径。为工件扩孔前直径（查机械制造手册辽宁出版社）工件的材料为Q235碳结构钢 ， ， ， ， ， ， 。（以上轴向力、力矩公式和数值来自专用机床设计与制造黑龙江人民出版社 P679） ，则：B、切削功率的计算： 专用机床设计与制造刀具转速：刀具直径则有：，。则10根钻头的总功率为：C、求减速器的输出功率其中：联轴器的效率；滚动轴承的效率；圆柱齿轮的效率。D、计算电动机的功率由减速器的输出功率： ；单级标准件速器的效率为：6 ；则： 电动机的额定功率为： （取）B选择电动机的型号a电动机选择时要考虑的问题：由于一般生产单位多采用三相交流电源，故无特殊要求时均应选用三相交流电动机。其中以三相异步带能动机应用最多，常用为Y系列三相异步电动机。电动机的功率选择是否合适，对电动机的正常工作和经济性都有影响。功率选的过小不能保证工作机的正常工作，或使电动机因超载而过早损坏；功率选的过大则电动机的价格高，能力又得不到充分的发挥，而且由于电动机经常不在满载下运转，其效率和功率因数都较低而造成能源的浪费电动机的同步转速愈高，磁极对数愈少，外廓尺寸愈小，价格愈低。但是电动机转速相对于工作机转速过高势必使总传动比加大，致使传动装置结构复杂，外廓尺寸增加，制造成本提高。而选用较低转速的电动机，其优缺点刚好相反。因此，在确定电动机的转速时，应进行分析比较，权衡利弊，按最佳方案选择。b电动机功率的选择考虑到减速器的降速比不宜过大，所以初步选择电动机的转速 ，再根据所须电动机功率为。查机械设计师手册Y系列（IP23）防护型三相异步电动机技术数据，选用三相异步电动机，型号为Y160L-8，其输出功率P=7.5kw。主要性能及特点：本系列电动机具有效率高、耗电少、性能好、噪声低、振动小、体积小、重量轻、运行可靠、维修方便等特点，绝缘等级为B级。应用场合：适用于驱动无特殊要求的各种机械设备，如:切削机床、水泵、鼓风机、破碎机、运输机械等。使用条件：a、海拔不超过1000m b、环境温度不超过40 c、额定电压为380V、额定频率为50HZ d、3KW以下为Y接法，4KW以上功率电动机为三角形接法。 本设计采用三角形接法其主要性能参数如表3-1所示。表3-1 电动机主要性能参数电动机的功率P7.5kw电动机满载转速n730r/min定子电流 A18.0A电动机效率（%）85功率因数（COS）0.73最大转矩 / 额定转矩2.0堵转转矩 / 额定转矩2.0堵转电流 / 额定电流6.0噪声（声功率级）（dB）(A)75电动机的重量150kgC、电动机的安装型式选用基本结构型式，机座不带底脚，端盖有凸缘。安装结构型式为制造范围（机座号）为80-315。其示意图如图3-1所示：图3-1 电动机的安装示意图主要安装型式尺寸如表3-2所示。表3-2 电动机主要安装尺寸电动机轴伸直径D48mm电动机轴伸长度E110mm轴伸上键槽的尺寸14mm9mm电动机法兰外径尺寸350mm电动机法兰内径尺寸250mm电动机法兰螺栓孔均不圆直径300mm法兰螺栓孔的数量和直径419电动机的总高度L710mm3.2 减速器的选取 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，蜗杆减速器和行星减速器。本设计减速器位于钻床顶部，所处空间有限，故选用单级行星齿轮减速器，行星齿轮减速器与普通圆柱齿轮减速器相比，尺寸小、重量轻，一般用在结构紧凑的动力传动中，考虑到降速比不宜过大，这样功率损失比较严重。所以选择单级减速器，另外如果降速比过小，减速器输出的转速将会比较高，这样会使主轴箱的速比加大， 从而使大小齿轮的齿数比加大，这样的话工作轴的转速就会升高。综合考虑后， 本设计选用立式NGW-L型行星齿轮减速器，这类减速器的工作条件为：高速轴转速不超过1500r/min;齿轮圆周速度不超过15m/s;工作环境温度为40+45；可正反两向运转。查新编机械设计师手册上册表6.1139，选择型号为NGW-L11，公称传动比为7.1.再查新编机械设计师手册表601142“单级NGW-L型减速器外型和安装尺寸”，具体参数如下：表3-3减速器的主要参数机座号型号规格公称传动比外型1NGW-L117.1根据所配电动机确定360230.5法兰及螺栓孔h28032562018轴伸重量（kg）油量(L)dltb508253.514653.893.3 主轴箱零件的设计3.3.1齿轮的设计主传动方案的设计传动系统的设计是主轴箱设计中关键的一环。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，满足主轴箱其它结构和传动的要求。传动系统设计的一般要求：A、在保证主轴的强度、刚度、转速和转向要求的前提下，力求是传动轴和轮为最少。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要求时，可采用齿轮变位的方法来凑中心距； 当 时，采用正常齿轮； 时，采用修正齿轮。式中：A实际中心矩； M为模数；、分别为两啮合齿轮齿数。B、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；C、通常应避免通过主动主轴带动主轴，否则将增加主动主轴的负荷；D、最佳传动比为11.5，但允许采用到34；E、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。F、粗加工的齿轮，应尽可能靠近前支撑，以减少主轴的扭曲变形。主轴箱齿轮齿数的确定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、寿命长等优点，并且该传动比较平稳。齿轮传动可分为开式、半开式、和闭式传动，本设计依据具体情况设计为半开式。齿轮应具有足够的工作能力，以保证在