斜交孔多轴钻床的总体设计

- 1 -1 前 言1.1 钻床概述及机床发展历史现代社会中，人们为了高效、经济地生产各种高质量产品，日益广泛的使用各种机器、仪器和工具等技术设备与装备。为制造这些技术设备与装备，就必须具备各种加工金属零件的设备，诸如铸造、锻造、焊接、冲压和切削加工设备等。由于机械零件的形状精度、尺寸精度和表面粗糙度，日前主要靠切削加工的方法，特别足形状复杂、精度要求高和表而粗糙度要求小的零件，往往需要在机床上经过几道甚至机十道切削加工工艺才能完成。因此，机床在现代机械制造加中最重要的加工设备。在一般机械制造厂中，机床所担负的加工工作量，约机械制造总工作量的40%60%，机床的技术性能直接影响机械产品的质量及其制造的经济性，进而决定着国民经济的发展水平 1。可以这样说，如果没有机床的发展，如果不具备今天这样品种繁多、结构完善和性能精良的各种机床，现代礼会日前所达剑的高度物质文明将足不可想象的一个国家要繁荣富强，必须实现工业、农业、国防和科学技术的现代化，这就需要一个强大的机械制造业为国民经济符部门提供现代化的先进技术设备与装备，即各种机器、仪器和工具等。然而，个现代化的机械制选业必须要有一个现代化的机床制造业做后盾 2。机床工业是机械制造业的“装备部” “总工艺师” ，对国民经济发展起着重大作用。因此，许多国家都十分重视本国机床工业的发展和机床技术水平的提高，使本国国民经济的发展建设坚实可靠的基础上。机床在人类在长期生产实践中，不断改进生产工具的基础上生产的，并随着社会生产的发展和科学技术的进步已渐趋完善。最原始的机床足小制的，所有运动都是由人力或畜力驱动要用于加工小料、石料和陶瓷制品的泥坯，它们实际上并不是一完整的机器 3。现代意义上的用。上世纪初以来，由于高速钢和硬质合金等新型刀具材料相继出现，刀具切削 性能不断提高，促使机床沿着提高主轴转速、加大驱动功率和增强结构刚度的方向发展 4。与此同时，由电动机、齿轮、轴承、电气和液压等技术有了重大的发展，使机床的转动、结构和控制等方面也得到相应的改进，加工精度和生产率显著提高 5。此外，为了满足机械制造例如，各种高效率自动化机床、重型机床、精密机床以及适应加工特殊形状和特殊材料需要的特种加工机床相继问世。50 年代，在综合应用电子技术、检测技术、计算技术、自动控制和机床设计等各个领域最新成就的基础上发展起来的数控机床，使机床自动化进入了一个崭新的阶段，与早划发展的仅适大批大量生产的纯机械控制和继电器接触器控制的自动化相比，它具有明显提高，即使在单件和小批生产中也能得到经济的使用。 综观机床的发展史，它总是随着机械工业的扩人和科学技术的进步而发展，并始终围绕不断提高生产效率、加工精度、自动化程度和扩大产品品种而进行的，现代机床总的趋势仍然- 2 -是继续沿着这一方向发展。我国的机床工业早在 1949 年新中国成立后才开始建立起来的。1.2 钻床在我国的发展及发展前景解放前，由于长期的封锁统治和 19 世纪中叶落后帝国主义的侵略和掠夺，我国的工农业生产非常落后，既没有独立的机械制造业，更谈不上机床制造业。至解放前夕，全国只有少数城市的解放后，党和人民政府充分重视机床工业的发展。在解放初期的几年经济恢复时期，就把一些原来的机械修配厂改建为专业厂；在随后丌始的儿个五年计划期间，又陆续扩建、新建了一系列机床厂 6。经过 50 多年的建设，我国机床工业从无到有，从小到大，现在已经成门类比较齐全，具有一定实力的机床工业体系，能生产 5000 多种机床通用品种，数控机床 1500 多种；不仅装备了同内的工业，而且每年还有一定数量的机床出口。我国加入 WTO 以后，制造业所面临的机遇与挑战并存、组合机床行业企业适时调整战略，采取了积极的应对策略，出现了产、销两旺的良好势头，截至 2005 年 4 月份，组合机床行业介业仅组合机床一项，据不完全统计产量已达 1000 余台，产值达 3.9 个亿以上，较 2004 年同比增长了 10%以上，另外组合机床行业增加值、产品销售率、全员资总额、出口交税值等经济指标均有不同程度的增长，新产品、新技术较去年年均有大幅度提高，可见行业食业运营状况良好 7。(l)行业介业产品结构的变化组合机床行业食业主要针对汽车、摩托车、内燃机、农机、工程机械、化工机械、军工能源、轻工及家电行业提供专用设备，随着我国加入 WTO 后与世界机床进一步接轨，组合机床行业介业产品开始向数控化、柔性化转变。从近两年是世界生产情况来看，数控机床与加工中心的市场需求量在不断上升，而传统的钻、镗、铣组合机床则有下降趋势，中国机床工具工业学会的机床工具行业经要经济指标报表统计数据显示，仅从儿人型重点企业生产情况看，2003 年生产数控机床 890 台，产值 16187 万元，生产加工中心 148 台，产值 5770 万元；2004 年生产数控机床 985 台，产值 25838 万元，生产加工中心 1059 台，产值 7099 万元； 2005 年，截至 4 月份，数控机床、加工中心、产值已接近 2003 年全年水平，故市场在向数控、高精制造技术和成套工艺装备方而发展。(2)行业企业的快速转变“九五”后期，在组合机床行业企业的 50 多家组合机床分会会员中，仅有两家食业实行股份改造，一家企业退出国有转为民营，其余的都是国有企业。而从 2001 到 2002 年，不到到两年的时问，就先后有企业实行股份制改造，一些小厂儿几伞部退出国有转为民营，现在一些国重点国有食业也在酝酿股份制改造，转制已势不可档，民营经济在经历了从被歧视，被藐视到不可小视和现在高度重视 4 个阶段后，焕发勃勃生机。组合机床行业企正在以股份制、民营化等多种形式快速发展。(3)组合机床技术装备现状，与发展趋势组合机床及其自动线是集机电-工-体是综合自动化度较高的制造技术和成套工艺装备。它的特征是高效、高质、经济实用，而被广泛引用泛如用与工程机械、交通、能源、军工、轻- 3 -工、家电行业。我国的传统的组合机床及组合机床自动线主要采用机、电、气、液压控制，它的加工对主要是生产批最比较大的大中型机床 8。1.3 多轴钻床的发展主 轴 竖 直 布 置 且 中 心 位 置 固 定 的 钻 床 ,简 称 立 钻 。 而 有 多 个 钻 轴 的 立 钻 ， 叫做 多 轴 钻 床 。 常 用 于 机 械 制 造 和 修 配 工 厂 加 工 中 、 小 型 工 件 的 孔 。 加 工 前 ， 须先 调 整 工 件 在 工 作 台 上 的 位 置 ， 使 被 加 工 孔 中 心 线 对 准 刀 具 轴 线 。 加 工 时 ， 工 件固 定 不 动 ， 主 轴 在 套 筒 中 旋 转 并 与 套 筒 一 起 作 轴 向 进 给 。 工 作 台 和 主 轴 箱 可 沿 立柱 导 轨 调 整 位 置 ， 以 适 应 不 同 高 度 的 工 件 。 立 钻 有 方 柱 立 钻 和 圆 柱 立 钻 两 种 ， 还有 排 式 、 多 轴 坐 标 和 转 塔 等 多 种 变 型 。 排 式 钻 床 ： 一 般 由 2 6 个 立 柱 和 主 轴箱 排 列 在 一 个 公 用 底 座 上 ， 各 主 轴 顺 次 加 工 同 一 工 件 上 的 不 同 孔 或 分 别 进 行 各 种孔 加 工 工 序 ， 可 节 省 更 换 刀 具 的 时 间 ， 用 于 中 小 批 量 生 产 。 多 轴 立 式 钻 床 ：机 床 的 多 个 主 轴 可 根 据 加 工 需 要 调 整 轴 心 位 置 ， 由 主 轴 箱 带 动 全 部 主 轴 转 动 ,进 行 多 孔 同 时 加 工 ， 用 于 成 批 生 产 。 坐 标 立 式 钻 床 ： 在 方 柱 立 钻 上 加 可 纵 、横 移 动 的 十 字 工 作 台 而 成 ， 可 按 坐 标 尺 寸 进 行 钻 削 。 转 塔 立 式 钻 床 ： 多 采 用程 序 控 制 或 数 字 控 制 ， 使 装 有 不 同 刀 具 的 转 塔 头 自 动 转 位 、 主 轴 自 动 改 变 转 速 和进 给 量 ,工 件 自 动 调 整 位 置 ， 实 现 多 工 序 加 工 的 自 动 化 循 环 9。 多轴钻床俗称多轴器、多孔钻或多轴钻孔器。是一种运用于机械领域钻孔、攻牙的机床设备。多轴钻床最早出现在日本地区，后经台湾传入大陆。距今已有二十年的历史。由于进入国内时间不长，所以很多企业都未曾耳闻。其实它是装在钻、攻机床上的夹刀头子，并且是两轴以上同时加工钻孔件或攻牙件，故称多轴钻床。一台普通的多轴钻床一次能把几个乃至十几二十个孔或螺纹加工出来。如配上气（液）压装置，可自动进行快进、工进（工退） 、快退、停止 10。多轴钻床也称群钻床,可用来钻孔或攻牙,一般型号可同时钻 2-16 孔,提升效率,固定机种轴数不拘,钻轴形式,尺寸大小可依客户之需进行设计加工。 多 轴 钻 床 广 泛 应 用 于 机 械 行 业 多 孔 零 部 件 的 钻 孔 及 攻 丝 加 工 。 如 汽 车 、 摩 托车 多 孔 零 部 件 ： 发 动 机 箱 体 、 铝 铸 件 壳 体 、 制 动 鼓 、 刹 车 盘 、 转 向 器 、 轮 毂 、 差速 壳 、 轴 头 、 半 轴 、 车 桥 等 ， 泵 类 、 阀 类 、 液 压 元 件 、 太 阳 能 配 件 等 等 。 多 轴 钻床 可 分 为 可 调 式 和 固 定 式 两 种 规 格 ， 可 调 式 多 轴 钻 床 在 其 加 工 范 围 内 ， 其 主 轴 的数 量 、 主 轴 间 的 距 离 ， 相 对 可 以 任 意 调 整 ， 一 次 进 给 同 时 加 工 数 孔 。 在 其 配 合 液压 机 床 工 作 时 ， 可 自 动 进 行 快 进 、 工 进 （ 工 退 ） 、 快 退 、 停 止 .同 单 轴 钻 （ 攻 丝 ）比 较 ， 工 件 加 工 精 度 高 、 工 效 快 ， 可 有 效 的 节 约 投 资 方 的 人 力 、 物 力 、 财 力 11。尤 其 机 床 的 自 动 化 大 大 减 轻 操 作 者 的 劳 动 强 度 。 固 定 式 多 轴 钻 床 采 用 单 件 （ 加 工件 ） 专 机 的 设 计 方 案 ， 根 据 其 加 工 件 加 工 频 率 高 、 量 大 之 原 因 ， 专 门 量 身 定 制 一件 一 机 的 设 备 ， 在 其 工 作 中 勿 须 担 心 尺 寸 跑 偏 而 伤 脑 筋 。 除 用 到 常 规 的 产 品 外 ，还 可 根 据 客 户 的 特 殊 要 求 进 行 专 项 设 计 12。 - 4 -多 轴 钻 床 大 体 分 为 两 种 类 型 ： 可 调 式 和 固 定 式 。 一 可 调 式 ： 本 体 结 构 得 用 齿 轮 箱 配 合 万 向 节 头 所 组 成 ， 由 于 万 向 节 是 可 活动 轴 件 ， 故 在 限 定 范 围 内 可 左 右 移 动 。 在 调 整 加 工 孔 距 时 不 受 齿 轮 所 限 制 ， 适 合加 工 多 样 不 定 性 孔 件 ， 使 用 范 围 较 广 。 缺 点 是 精 度 方 面 控 制 有 所 欠 缺 ， 长 期 使 用跑 位 率 相 比 略 高 。 适 合 单 件 加 工 量 不 大 ， 长 年 更 换 加 工 件 的 企 业 。 二 固 定 式 ： 根 据 单 件 加 工 件 量 身 定 制 多 轴 器 ， 即 依 照 零 件 的 间 距 、 排 布 ，定 死 动 轴 。 从 而 达 到 单 品 单 轴 ， 一 件 一 台 的 多 轴 器 标 准 方 案 。 这 是 使 用 多 轴 器 最终 的 模 式 ， 是 提 高 生 产 效 率 最 快 的 钻 床 设 备 。 固 定 式 加 导 孔 板 多 轴 器 准 确 耐 用 ，在 更 换 式 件 时 ， 有 很 多 空 间 取 付 方 便 ， 不 会 受 到 治 具 之 妨 碍 。 所 加 工 出 来 的 产 品更 精 确 ， 多 轴 钻 床 也 更 耐 用 。 多 轴 钻 床 按 其 加 工 件 的 硬 度 来 划 分 ， 可 分 为 中 切 削型 、 重 切 削 型 和 强 力 超 重 切 削 型 三 类 。 中 切 削 适 用 于 铝 、 镁 、 铜 等 HBS 150以 下 的 工 件 。 重 切 削 适 用 于 孔 数 大 于 10 个 的 软 质 件 或 7 孔 以 下 的 钢 、 铁 等HBS 265 以 下 的 工 件 。 强 力 超 重 切 削 型 试 用 于 265 HBS 330 钢 、 铁 等 强 硬 度工 件 。- 5 -2 多轴钻床总体设计2.1 机床总体设计要求金属切削机床的初步设计，又称总体方案设计，是一项全局性的设计工作，其任务是研究确定机床产品的最佳设计方案，为技术设计工作提供依据。初步设计产品的质量将影响机床产品的结构、性能、工艺和成本，关系到产品的技术水平和市场竞争力。机床初步设计主要包括：拟定机床的工艺方案，技术方案、确定技术参数和机床和机床总体布局。多轴钻床的总体设计是机床设计的关键环节，它对机床达到技术性能和经济性能起着决定作用。机床总体设计采用根据具体加工情况进行专门设计，一般来说机床设计应遵循以下几点：采用合适的加工工艺，制定最佳方案；采用合适的机床工序集中程度；合适的选择组合机床的通用部件；合理选择切削用量；设计高效率的刀具夹具主轴箱等。经过长期的生产实践，通用机床和某些专用化机床已经形成了传统形式如卧式立式斜置式等。专用机床则根据加工零件的工艺方案和运动方案来确定，形式可以多种多样。机床的总体布局设计直接形象机床 13。本设计为加工特殊零件的专用钻床，是众多机床中的一种，所以其设计应符合一般机床设计的总体要求。具体要求如下1.工艺可能性。大致包括，机床可完成工序的种类、加工零件的类型、材料和尺寸范围，毛坯的种类。 机床的工艺范围是指机床不同生产要求的能力。大致包括下列内容：在机床上可完成的工序种类；加工零件的类型，材料和尺寸范围；毛坯的种类等。2加工精度和表面粗糙度 机床的加工精度是被加工零件在尺寸，形状和相互位置等方面的准确程度。机床精度分三级：普通精度级，精密级和高精密级。机床加工的工什表面粗糙度与工件和刀具的材料，进给量，刀具的几何形状和切削时的振动有关。对表面质量要求越高，也就是要求表面粗糙度越小，则对抗振性的要求越高。3生产率 机床的生产率通常是指在单位时问内机床所能加工的工件数量。要提高机床的生产率，必须短加工一个工件的平均总时问，其中包括缩短切削加工时间，辅助时问以及分摊到每个工件上的准备和结束时问。4自动化 机床自动化可减少人对加工的干预，从而保证加工的一致性，即被- 6 -加工零件的精度稳定性。还具有提高生产率和减轻工人劳动强度的优点。5.操作安全方便和工作可靠机床的工作可靠性也是一项重要的技术经济指标。随着机床安全化的发展，可靠性在机床设计中的地位逐步提高。6机床寿命机床寿命就是机床保持它应具有的加工精度的时间。随着技术设备更新的加速，对机床寿命所要求的时问也在减短。7.经济效益 在保证实现机床性能要求的同时，还必须使机床具有很高的经济效益。效益要考虑机床设计和生产的经济效益，更重要的是要从工件出发，提高机床使用的经济效益。对于机床生产加工的经济效益，主要反映在机床成本上。对于机床使用的经济效益，首先足提高机床的加工效率和可靠性。要使机床能够充分发挥效能，减少能源消耗，提高机床的机械效率，也是十分重要的。机床的机械效率是有效功率对输入功率之比。8.人机关系 在设计机床还应该重视人机关系如题。 机床心操纵方便，省力，容易掌握，减少易发生操作错误和故障。这样不仅能减少工人的疲劳，保证工人和机床的安全，还能提高机床的生产率。对于上述的符项技术经济指标，在机床设计时我们将综合考虑，根据具体据不同的需求，有所侧侧重。机床的布局必须充分考虑到操作机床的人，处理好人机关系。充分发挥人与机床各白的特点，使人机的综合效能达到最佳。 机床符部什的相对位置的安排，成考虑到便于操作和观察及测量。安装什部位的高度，应正好处于操作者手臂平的位置。为适应一般操作者的身材高度，对安装工件位置较低的机床，应将床腿或床座垫高。2.2 加工工件的工艺分析本次设计中，设计的是斜交孔多轴专用钻床。零件图（1-1）所加工工件外形尺寸如图示，所完成的工序是对弧形零件面 A 上 6 排位置数量不同的孔的一次装夹完成，因此为了保证配合质量，提高生产效率和减轻劳动强度我们设计一台斜交孔多轴专用钻床可以一次完成一排孔的加工,从而节省人力时间,提高生产效率。- 7 -图 2.12.2 多轴钻床钻削方式设计此设计中主运动和相对运动都有刀具完成，钻头的轴向移动为进击运动钻头的回转运动为主运动。采用此方法把运动完全分配给刀具可以顺利完成弧形零件的加工，钻头在回转过程中同时可以实现进给，从而实现斜交孔的钻削，刀具选择高速钢。在多轴钻床的设计中，进给运动主运动都由钻头完成。2.3 多轴钻床的总计布局设计2.3.1 机床总体布局基本要求1 保证给定的工艺性。2 保证机床的刚度精度抗震性和稳定性，力求减轻机床重量。3 保证机床结构简单，且尽量用较短的传动链，以提高传动效率和传动精度。4保证良好的加工工艺性，以便于机床加工和装配。5 保证安全生产，便于操作调整和维修。6 尽可能的占地面积小。7 机床外观美观大方符合人机学原理 14。2.3.2 决定多轴钻床总体布局因素分析1 零件的工艺方法对钻床设计有一定影响。2 精度等级对机床总体设计有一定制约。3 生产效率对总体布局设计也有很大影响。4 操作方便性也制约总体方案的制定。- 8 -3 多轴钻床的部件我们采用了如图 3.1 所示钻床该钻床主要支撑件有底座工作台、立柱、箱体、限位装置、V 带传动等组成部分，现对机床部分分析。支撑件的设计基本要求：1 根据机床类型和布局，能够顺利的容屑和排屑，以满足使用工艺以及性能等方面的要求。2 工艺要求：具有良好的热工艺性能和冷工艺性能以便于制造装配调整和维修。3 性能要求：具有足够的刚度良好的抗震性，较小的热变形或热变形对加工影响较小。图 3.13.1 底座底座是整个机床重要部件之一，用于支撑其它元件。本设计多轴钻床的底座要能承受压力，满足足够的抗弯强度，并且具有吸振作用。本设计中的斜交孔多轴专用钻床由于钻床加工零件时震动较大，温升迅速所以底座因具备较好的抗震性和散热性。 - 9 -3.2 工作台工作台是安放工件的部件，是机床的是机床的主要部件。该部分与底座相连并固定在底座上。工作台设计时考虑到钻模具的安装，应适当提高其表面质量，这样才能保证加工工件的精度。3.3 立柱本设计中立柱中立柱主要起到支撑箱体作用，保证其足够的强度刚度即可。由于立柱属于机床支撑件，机床支撑件是指用于支撑和连接若干部件的基础件主要有床身、底座、立柱、横梁、工作台是安放工件的部件，是机床的是机床的主要部件。该部分与底座相连并固定在底座上。工作台设计时考虑到钻模具的安装，这样才能保证加工工件的精度。工作台等，支撑件的功用是支撑和连接机床各个部件承受各种载荷（包括工件及各部件重力、摩擦力、切削力、夹紧力等静、动载荷）以及热变形，并保持各部件之间具有正确的相互位置和正确的运动关系，从而保证机床的加工精度和表面质量精度。3.4 箱体放置齿轮轴，主轴，进给轴等主要部件，保证其精度。本设计中箱体分为上箱体和下箱体，上箱体集中了大部分的变速机构和主轴组件，传动集中，功率损失小，下箱体中只有部分主轴，有效地降低了主轴由于钻选引起的震动对变速机构的影响。3.5 限位机构此次设计中的限位机构是螺钉螺母连接。- 10 -4 多轴钻床的参数设计4.1 参数和尺寸参数钻床加工零件孔的大小 d=18.5（mm）对称孔之间的中心距 a=60（mm）120（mm）180（mm） ，六个孔。4.2 运动参数钻床的运动参数指钻头转速、工件安装的进给速度。多轴钻床属于回转式主运动机床，其主运动参数为主轴转速，该机床只加工一种零件，故只有一种固定转速。(4.1)dvn10其中各参数含义：n-主轴转速(r/min)V-切削速度(m/min)d-工件或刀具直径(mm)查切削手册得 min/20vmin/1.34r4.3 动力参数多轴钻床的动力的动力参数包括机床驱动的各种电动及的功率或扭矩。因为机床各传动部件的结构参数都是根据动力参数设计机算的。如果动力参数过大，电动机经常处于低负荷情况，功率因素小，造成电力的浪费，同时使传动部件及相关零件的尺寸设计过大，浪费材料，且机床笨重。如果定的过小，机床达不到设计提出的使用性能的要求。机床电动机的功率 主p（4.1）主主主1) 的计算主p计算公式（4.2）60VFpZ主- 11 -主主VFz代入数值得 KWdTp8.2160主主由于 很小，可以忽略不计，所以根据以上计算选取电动机，查机械设计手主主p册 ，选取型号为 YL1001L，额定功率为 1.5kw，额定转速为 1000r/min- 12 -5 传动系统的设计5.1 传动系统的设计概括的说选择传动类型时所依据主要指标是：效率高、外形尺寸小、质量小、运动性能良好既符合生产条件。传动系统的设计是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，满足传动系统其他结构和传动的要求。传动系统设计的一般要求在本次设计中所采用的主要是带传动、齿轮传动，有电机带动 V 带轮转动，有V 带将转速和转矩齿轮轴，有二级齿轮减速最终转速和转矩传递给了主轴，由此主轴实现主运动即旋转运动，而齿轮齿条啮合，是齿轮的转动转化成齿条的上下移动，而齿条套筒套在主轴上，从而使主轴实现进给运动。5.2v 带传动设计与计算V 带传动的主要失效形式是打滑和疲劳破坏。因此带传动的设计准则是：在保证不打滑的条件下带传动具有一定的疲劳强度和寿命。概括的说选择传动类型时所依据主要指标是：效率高、外形尺寸小、质量小、运动性能良好既符合生产条件。1 确定计算功率 caP由机械设计表 8-7 查得工况系数 =1.1 故AK（5.1）WPca65.1*.2 选择 V 带类型根据 由机械设计图 8-10 选择 A 型1nPca3 确定带轮基准直径并验算带速1初选小带轮基准直径，由机械设计表 8-6 和表 8-8 选取小带轮基准直径 )(12md2验算带速（5.2）)/(91.60*1smndv因为 故带速合适。smv/30/5- 13 -（3估计打带轮基准直径 根据机械设计表 8-8 圆调整为)(280md（4）确定基准带长和中心距 )(35)(10aLd（5）验算小带轮上的包角（5.3） 172.*)(8012ad（6）计算带的根数 Z计算单根 V 带的功率 由 查表 8-4a 得rPmin)/()(311rndkwk.062.0查表 8-5 表 8-2 得 89.LK（5.4）)(51*)(0kPr计算 V 带根数 9.rcaz取 2 根5.3 齿轮的设计与计算齿轮传动是机械传动中最重要传动之一,传动形式很多引用广泛，传动的功率可达数十万千瓦，圆周速度可达 200m/s。齿轮传动主要有以下特点 1.效率高在机械传动中以齿轮传动效率最高。2.结构紧凑，齿轮传动所需的空间尺寸一般较小。3.工作可靠，工作寿命长，这也是其他机械传动无法比拟的。4.传动比稳定。但是齿轮传动制造及安装的精度要求高价格较贵且不宜用于传动距离较大的场合。所以目前设计一般使用的齿轮传动时通常只按保证齿根弯曲疲劳强度及保证齿面接触疲劳强度两准则进行计算。再设计齿轮传动时应使齿面具有较高的抗磨损、抗点蚀、抗胶合、级抗塑性变形的能力，而齿根具有较高的抗折断能力。因此齿轮材料性能的基本要求是齿面要硬，齿芯要韧 15。1.选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数按设计方案所选的传动方案故选用直齿圆柱齿轮传动，多轴钻床为一般工作器，速度不高，故选用 7 级精度，材料选择，小齿轮材料为 40Cr（调质）硬度为280HBS，大齿轮材料为 45 钢（调质）硬度为 240HBS，两者硬度材料差 40HBS。- 14 -2 按齿面接触强度设计由设计公式进行计算，即（5.5）HEdtt ZuTKd*132.11）确定公式内各计算数值初选载荷系数 3.1t2）计算小齿轮转矩 （5.6nPT50*9）)(4.16.51kwPmin/2038min*/02 rrn).(972NT3)初选齿宽系数 1R4）由机械设计图 10-21 按齿面硬度查得小齿轮的解除疲劳强度极限)(601limMPaH)(502limMpaH5）由机械设计式 10-13 计算应力循环次数 1N9*.6）由图 10-19 取接触疲劳强度寿命系数 5.0.21NHNHK7）计算接触疲劳许用应力取失效概率为 1，安全系数为 1，由式子（10-12）得540 （5.7）SHN1limMPa522.5 （5.8）KH2li2计算小齿轮分度圆直径 ，代入 中较小的值td1H=28.28Edtt ZuTd*32.1 m计算圆周速度- 15 -=3.1210601nmzdvs/计算齿宽 b28.28tdb1*计算载荷系数根据 v= 3.12（m/s） ，7 级精度，由图 10-8 查得动载系数12.vK直齿轮 1FHK故载荷系数K= 1.43 （5.9）HVA按实际的载荷系数校核所算的分度圆直径29.28(mm)ttKd15.4 轴的设计和计算轴是组成机器的主要零件之一。一切作回转运动的传动零件，都必须安装在轴上才能进行运动即动力的传递，因此轴的功用时支承回转零件及传递运动和动力。所以，轴的设计也和其它零件的设计一样，包括结构设计和工作能力两方面的内容。轴按照承受载荷的不同，轴可以分为转轴心轴和传动轴三类。与一般传轴一样，主轴也要在一定的转速下传递一定的扭矩，但是主轴要带着工件或是刀具进行切削运动，以形成工作表面。所以一台机床的加工质量在很大程度上决定于主轴组件的质量。主轴要传递扭矩，直接承受切削力而且还要满足不同机床的特殊要求。轴的结构设计就需要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，合理的确定轴的结构形式和尺寸。设计主轴应满足以下要求；1 旋转精度，主轴组件的旋转精度是指装配后，在无载荷，低速转动的条件下主轴前端安装工件或刀具部位的径向跳动和轴向跳动。2 静刚度，主轴组件的静刚度反映组件抵抗静止状态下外载荷的变形能力。3 抗震性，主轴组件产生振动会影响减低工件的表面质量和刀具的耐用度，缩短主轴轴承的寿命还会产生噪声影响环境。4 温升和热变形，主轴组件因工作时各相对运动处的摩擦等而发热，产生温升，从而使主轴组件的形状或位置发生变化，影响工件质量 4 耐磨性，主轴组件的耐磨性是指主轴组件保持原始精度的能力。5 主轴的结构，为了提高刚度主轴的直径应- 16 -尽量大些，前轴承至主轴前端的距离（称悬伸量）应尽可能小一些，为了便于装配主轴常做成阶梯形，主轴的结构与形状和主轴上所安装的传动件、轴承等零件的类型、数量、位置、和安装方法有直接关系。要求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的装配困难。因此，轴的结构设计也是我们这部分要做的主要工作。轴的工作能力计算是指周的强度、刚度和震动稳定性等方面的计算。因为多数情况下，轴的结构工作能力主要取决于轴的强度。在本设计中就是这种情况，因此在设计计算中我们只对轴的强度进行计算，防止其断裂或塑性变形。下面我们进行具体的设计计算。1) 求主轴上的功率 P 、转速 n、转矩 T若取每级齿轮传动的效率包括轴承效率在内 则97.0P= 1.3（kw）n= 344.11（r/min ）T=3608(N.mm)2) 初步确定轴的最小直径，选取轴的材料为 40Cr 调质根据机械设计表 15-3 选取 于事得120A mnpAd68.130min轴的最小直径选取 12（mm）- 17 -6 轴承的选用前面我们对主轴本身进行了结构设计和强度校核，但是影响刚性主轴性能因素很多，除与主轴本身的刚度有关外，与主轴支承系统的刚性也有很大关系，由于主轴本身刚性不足引起的变形，占总变形的 50%70%；因为支承刚性不足，引起的变形，占总变形的 30%50%。这不难看出支承系统的刚性，在刚性主轴设计中是不可忽视的一环。滚动轴承是现代机器中广泛使用的部件之一，它是依靠主要原件之间的滚动接触来支撑转动零件的。滚动轴承绝大多数已经标准化有专业工厂大量制造及提供各种规格的轴承，滚动轴承有摩擦阻力小功率消耗少启动容易等优点。如果仅按轴承用于承受外载荷的不同来分类滚动轴承大概的氛围向心轴承、推力轴承、向心推力轴承三大类。滚动轴承和滑动轴承都可用于机床主轴，都能满足旋转的精度要求。相比之下滚动轴承有以下优点：在转速和载荷变化范围很大的情况下滚动轴承仍能稳定工作，而动压滑动轴承在低速时很难形成具有足够压力的油膜；滚动轴承在零间隙甚至是负间隙情况下对提高旋转精度和刚度有利，而滑动轴承则必须有一定间隙才能正常工作；滚动轴承摩擦系数小，发热少；滚动轴承容易润滑。所以对于加工表面质量要求较高的机床其主轴多采用滚动轴承。轴承种类的选用：轴承所受载荷的大小。方向、性质是选轴承类型的主要依据。根据载荷大小选择轴承类型时，由于滚子轴承中主要原件的是线接触，宜用于承受较大的载荷，承载后变形也较小。而球轴承则主要为点接触，宜用于承受轻的或中等的载荷，故在轻载时优先选用球轴承。根据载荷的类型选择轴承时，对于纯轴向载荷一般选用推力轴承。较小的轴向载荷，可选用推力球轴承；较大的轴向载荷可选用推力滚子轴承。对于纯径向载荷，一般选用深沟球轴承，圆锥滚子轴承或滚针轴承。当轴承在承受径向载荷的同时还承受还有不大的轴向载荷可选用角接触球轴承或接触角不大的角接触球轴承或圆锥滚子轴承；当轴向载荷较大时可以选用接触角角度大的角接触球轴承或圆锥滚子轴承，或者选用向心轴承和推力轴承组合一起的结构，分别承担轴向载荷和径向载荷。本设计中所涉及轴承较多下面一一介绍。分别选用滚针轴承，这种轴承在同样内径的条件下与其他类