“Y”形支架双面钻机床总体设计及左主轴箱设计

目录1前言.12组合机床总体设计.32.1总体方案论证.32.1.1工艺路线的确立.32.1.2确定机床配置型式及结构方案.32.1.3定位基准的选择.32.1.4滑台型式的选择.42.2确定切削用量及选择刀具.42.2.1选择切削用量.42.2.2计算切削力、切削扭矩及切削功率.52.3组合机床总体设计三图一卡.62.3.1被加工零件工序图.62.3.2加工示意图.62.3.3机床联系尺寸图.82.3.4机床生产率计算卡.103组合机床左主轴箱设计.133.1绘制左主轴箱设计原始依据图.133.2主轴结构型式的选择及动力计算.143.2.1主轴结构型式的选择.143.2.2主轴直径和齿轮模数的初步确定.143.2.3主轴箱动力计算.143.3主轴箱传动系统的设计与计算.153.3.1根据原始依据图计算驱动轴、主轴的坐标尺寸.153.3.2拟订主轴箱传动路线.153.3.3传动轴的位置和转速及齿轮齿数.163.3.4手柄轴的设置和主轴箱的润滑.203.4主轴箱中传动轴坐标的计算及坐标检查图的绘制.203.4.1传动轴坐标的计算.203.4.2坐标检查图的绘制.233.5传动轴直径的确定和轴强度的校核.233.5.1轴径的确定.233.5.2轴的校核.243.6齿轮校核计算.243.7轴承的选择与校核.253.8主轴箱的设计.284结论.29参考文献.30致谢.31附录.3211前言组合机床是根据工件加工需要，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。它是按高度工序集中的原则设计的，即在一台机床上可以同时完成钻孔、扩孔、铰孔、镗孔、车端面、车削和铣削等工序的高效率的专用机床。它是一种自动化或半自动化的机床，无论是机械、电气或液压电气控制的都能实现自动化循环，半自动化循环，它一般采用多轴、多刀、多工序、多面、多工位同时加工。与万能机床和专用机床相比，组合机床有重新改装的优越性，其通用零，部件可以多次重复利用，它是按具体加工对象专门设计的。我的毕业设计课题是“Y”形支架双面钻孔机床总体设计及左主轴箱设计，课题来源于盐城市精密机床制造有限公司。这次毕业设计是在实习的基础上进行的，在盐城各机床厂实习期间，深入车间，理论联系实际，了解被加工零件的加工特点，精度和技术要求以及生产率的要求等，确定在组合机床上完成的工艺内容及其加工方法，收集了大量的资料。我们小组通过讨论，协调，既考虑工艺方案的实现，保证加工精度、技术要求及其生产效率，又考虑机床操作、维护、修理是否方便，排屑情况是否良好，还注意被加工零件的生产批量，以便使设计的组合机床符合多快好省的要求。确定了机床各部件间的相互关系，选择通用部件和刀具的导向，计算切削用量.在设计过程中，我参考了组合机床设计简明手册、组合机床设计参考图册、机械设计等资料，进行了主轴箱体的总装设计，齿轮的校核，轴强度的校核等，绘制了零件加工工序图，加工示意图，主轴箱装配图和一套零件图。这台组合机床工序比较集中，一次装夹就可以完成最终加工，既降低了投资成本，又使产品的加工质量得到提高，机床运转平稳，工作可靠，结构简单，装卸方便，便于调整和维修。1.1总体设计1）制定工艺方案，确定机床配置型式及结构方案。2）三图一卡设计，包括：(a)被加工零件工序图，(b)加工示意图，(c)机床联系尺寸图，(d)生产率计算卡，(e)有关设计计算、校核。1.2左主轴箱设计(1)左主轴箱总装图，(2)箱体零件图，(3)其它零件图，(4)有关计算、校核等。国内外现状综述:双面钻孔组合机床是以通用部件为基础，配以按工件特定形状和加工工艺设计的专用部件和夹具，组成的半自动或自动专用机床。双面钻孔组合机2床一般采用多轴、多刀、多工序、多面或多工位同时加工的方式，生产效率比通用机床高几倍至几十倍。由于通用部件已经标准化和系列化，可根据需要灵活配置，能缩短设计和制造周期。因此，组合机床兼有低成本和高效率的优点，在大批、大量生产中得到广泛应用，并可用以组成自动生产线。双面钻孔组合机床一般用于加工箱体类或特殊形状的零件。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、铣削平面、切削内外螺纹以及加工外圆和端面等。有的组合机床采用车削头夹持工件使之旋转，由刀具作进给运动，也可实现某些回转体类零件(如飞轮、汽车后桥半轴等)的外圆和端面加工。组合机床未来的发展将更多的采用调速电动机和滚珠丝杠等传动，以简化结构、缩短生产节拍；采用数字控制系统和主轴箱、夹具自动更换系统，以提高工艺可调性；以及纳入柔性制造系统等。1.3本课题拟解决的问题1机床在能满足加工要求如何保证加工精度。2左主轴箱设计时如何保证精度。3机床设计如何降低制造成本。1.4解决方案及预期效果1.4.1解决方案1这要求把要精确的计算，周到的设计，各动力部件用电气控制。2要通过精确的计算，先设计好9根轴再对称过去。3要尽可能的运用通用材料，结构简单，装卸方便，便于维修、调整。1.4.2预期效果通过设计计算，机床性能运行良好，基本能满足生产要求。32组合机床总体设计组合机床是按高度集中工序原则，针对被加工零件的特点及工艺要求设计的一种高效率专用机床。2.1总体方案论证本设计的组合机床加工对象为支架，材料是QT600,硬度HB266-302，为了能保证孔加工位置精度，达到质量好，效益高等效要求，在工艺安排时，我们按工序集中的原则对机床进行设计。2.1.1工艺路线的确立本道工序为钻左面和前面上的孔。具体加工内容是：左面：钻18-17通孔；前面：钻8-17通孔。2.1.2确定机床配置型式及结构方案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。此外，支架零件的体积小重量大且为两个面同时加工，从装夹的角度来看，卧式平放比较方便，也减轻了工人的劳动强度。通过以上的比较，考虑到卧式床身振动小，装夹方便等优点，选用卧式组合机床。2.1.3定位基准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集中工序。本机床加工时采用的定位方式是以一个侧面A为定位基准面，限制三个自由度；在B面用两个挡铁限制两个自由度；在右侧C处用一个支承针，限制剩下的一个自由度。（定位基面）如图2-1所示：4图2-1被加工零件工序图2.1.4滑台型式的选择本组合机床采用的是液压滑台。与机械滑台相比较，液压滑台具有如下优点：在相当大的范围内进给量可以无级调速；可以获得较大的进给力；由于液压驱动，零件磨损小，使用寿命长；工艺上要求多次进给时，通过液压换向阀，很容易实现；过载保护简单可靠；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。但采用液压滑台也有其弊端，如：进给量由于载荷的变化和温度的影响而不够稳定；液压系统漏油影响工作环境，浪费能源；调整维修比较麻烦。本课题的加工对象是支架二个面上的26个孔，位置精度和尺寸精度要求较高，因此采用液压滑台。由此，根据已定的工艺方案和机床配置形式并结合使用及修理等因素，确定机床为卧式双面单工位液压传动组合机床，液压滑台实现工作进给运动，选用配套的动力箱驱动主轴箱钻孔主轴。2.2确定切削用量及选择刀具2.2.1选择切削用量切削用量选择是否合理，对组合机床的加工精度、生产率、刀具耐用度、机床的布局形式及正常工作均有很大影响。组合机床主轴箱上所有的刀具共用一个进给系统，通常为标准动力滑台。对于26个被加工孔，采用查表法选择切削用量，查文献1表6-11得硬度HB266-302时，高速钢钻头的切削用量如下表：5表2-1高速钢钻头切削用量加工材料加工直径（mm）1d切削速度(m/min)v进给量(mm/r)f300400HBS铸铁12225120.150.2在选择切削速度时，要求同一多轴箱上各刀具每分钟进给量必须相等并等于滑台的工进速度（单位为mm/min）,因此，一般先按各刀具选择较合理的转速fv(单位为r/min)和每转进给量（单位为mm/r），再根据其工作时间最长、负荷inif最重、刃磨较困难的所谓“限制性刀具”来确定并调整每转进给量和转速，通过“试凑法”来满足每分钟进给量相同的要求，即（2-fivnfn211）在选择了转速后就可以根据公式（2-10dv2）选择合理的切削速度。A对左面上的18个孔的切削用量的选择1817通孔深度L=25mm选择200r/min的转速，进给量选择=0.2mm/r,由公式2-1得=40mm/min，由nffv公式2-2得切削速度=10.68m/min.v3.14720B对前面上的8个孔的切削用量的选择817通孔深度L=28mm选择200r/min的转速，进给量选择=0.2mm/r,由公式2-1得=40mm/min，由nffv公式2-2得切削速度=10.68m/min.v3.147202.2.2计算切削力、切削扭矩及切削功率根据文献1表6-20中公式F=26D（2-6.08.HBf63）T=10（2-6.08.9.1HBfD4）P=（2-Tv745）式中：F切削力（N）；T切削转矩（Nmm）；P切削功率（Kw）；v切削速度（m/min）；f进给量（mm/r）；D加工（或钻头）直径（mm）；HB布氏硬度。HB=（2-)(31minaxmaxHBHB6）本设计中，得HB=290。302maxHB26min由以上公式可得：左面单根118轴F=3659.0NT=18019.1N/mmP=0.38Kw前面单根18轴F=3659.0NT=18019.1N/mmP=0.38Kw总的切削功率：即求各面上所有轴的切削功率之和左面180.36.4wPKW前面2.3组合机床总体设计三图一卡2.3.1被加工零件工序图被加工零件工序图是根据选择的工艺方案，表示在机床上完成工序内容加工部位的尺寸及精度、技术要求、加工定位基准、夹压部位以及被加工零件的材料、硬度和机床加工前毛坯情况的图纸。它是设计及验收机床的重要数据，也是制造使用时调节机床的重要技术文件。本设计课题中，主要是钻削1817的孔，要求机床运转平稳，工作可靠且要满足加工要求，保证加工精度。（详见工序图附图ZJ01-00-02）。A.被加工零件名称：支架材料及硬度：QT600HB266302B.图中符号夹紧点定位基面2.3.2加工示意图加工示意图是组合机床设计的重要图纸之一，在机床总体设计中占有重要地位，它是设计刀具、夹具、主轴箱以及选择动力部件的主要资料，同时也是调整机床和刀具的依据。其反映了机床的加工过程和加工方法，并决定浮动夹头和接杆的尺寸、刀具的种类和数量、刀具的长度及加工尺寸、主轴、刀具、导向与工件间关系尺寸7等。根据机床要求的生产率及刀具特点，合理地选择切削用量，以此决定动力头的工作循环。A.刀具的选择一台机床刀具选择是否合理，直接影响机床的加工精度、生产率及工作情况。因而正确选择刀具是一个相当重要的工作。刀具的选择要考虑到工件加工尺寸精度，表面粗糙度，切屑的排除及生产率要求等因素。根据本支架孔的加工精度、加工尺寸、切削排除以及生产率等因素，再加上加工的孔的直径都是17mm，所以应选17mm的高速麻花钻头。B.导向结构的选择在组合机床加工孔，除用刚性主轴的方案外，其余尺寸和位置精度主要决定于夹具的导向。因此，正确地选择导向机构；确定导向的类型、参数和精度是设计组合机床的重要内容，也是加工示意图需要解决的问题。导向机构的结构形式有两种：固定导向、滚动式导向，根据导向的线速度（小于20m/min）、加工精度及刀具的具体工作条件，本机床采用固定式导向（钻套导向）导向参数包括导套直径、导套长度及导向套到工件端面距离等。导向套端面至工件端面距离是为了排屑方便，一般取（11.5）d。查文献1表8-4“通用导套的尺寸规格”：对于加工17孔，选择的导套尺寸为：D=26mm，L=20mm，l=10mm，e=26.5mm，配用螺钉12135,9,4,DmlmM8。C.确定主轴尺寸及外伸尺寸根据选定的切削用量和计算得到切削转矩T，由文献1P43公式：d=（2-410B7）式中：d轴的直径；T轴所传递的转矩（NM）；B系数。（本课题中主轴为非刚性主轴，取B=6.2）a）左主轴箱：轴118d=6.2=19.63mm341089.10b）前主轴箱：轴18d=6.2=19.63mm考虑到安装过程中轴的互换性、安装方便等因素，则左主轴中：118主轴直径都取20；前主轴箱中：18主轴的直径也都取20。根据主轴类型及初定的主轴轴径，查文献1表3-6可得到主轴外伸尺寸及接杆莫氏圆锥号。主轴轴径d=20mm时，主轴外伸尺寸为：D/=32/20,L=115mm，接1d杆莫氏圆锥号为2。D.动力部件工作循环及行程的确定8a)工作进给长度确定IL工作进给长度，应等于加工部位长度L（多轴加工时按最长孔计算）与刀具切入长度和切出长度之和。切入长度一般为510mm，根据工件端面的误差情12况确定，钻孔时切入长度按表2-2：+（38）（注：d为钻头直径）2L表2-2工作进给长度L12LI左主轴箱20201070前主轴箱28121050b）快速进给长度的确定快速进给是动力头把刀具送到工作进给的位置，其长度按具体工作情况确定，在左动力头工作循环中，快速进给行程为330，在前动力头工作循环中，快速进给行程为350。c）快速退回长度的确定快速退回长度一般等于快速进给和工作进给长度之和，对于本机床快速退回行程长度，能使刀具退回导向套内，不影响工件的装卸即可。d）动力部件总行程的确定动力部件的总行程，除能保证实现上述工作循环外，还要考虑装卸和调整刀具的方便性，即要考虑前、后备量。前备量是由于刀具的磨损或为了补偿安装制造的误差，动力部件要向前调节的距离，此距离不小于1520mm，后备量是考虑刀具从主轴孔和夹具导套孔取出所要的距离，保证刀具退离导套外端面的距离要大于刀杆插入主轴孔内的长度。对于本机床的左动力部件循环中：前备量选20，后备量选210；对于本机床的前动力部件循环中：前备量选40，后备量选190。加工示意图如附图ZJ01-00-03所示。2.3.3机床联系尺寸图联系尺寸图是用来表示机床各组成部件的相对位置关系和运动关系，以检验机床各部件相对位置及尺寸联系是否满足加工要求。A.动力滑台的选择根据选定的切削用量计算得到的单根主轴的进给力，按公式：（2-niF1多轴箱8）9式中各主轴所需的轴向切削力，单位为N。iF则左主轴箱：F=3659.018=65862N则前主轴箱：F=3659.08=29272N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，由文献1表5-2，左面的液压滑台选用HY63/型，由文献1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2150Lm座长1920mm，快速移动速度是5m/min,工进速度为6.5250mm/min。B.动力箱型号的选择由切削用量计算得到的各主轴的切削功率的总和，根据公式：切削P（2-切削多轴箱P9）式中：消耗于各主轴的切削功率的总和，单位为KW；切削P多轴箱的传动效率，加工黑色金属时取0.80.9；加工有色金属取0.70.8；主轴数多、传动复杂时取小值，反之取大值。本加工零件的材料为灰铸铁，属黑色金属，又主轴数量较多，传动复杂，故取。0.8由左主轴箱=6.84KW，则。切削P6.84.50PW多轴箱由前主轴箱=3.04KW,则。切削3.K多轴箱查文献1表5-39得出动力箱及电动机型如下表2-3所示：表2-3动力箱及电动机型号C.机床装料高度的确定装料高度是指机床上工件的定位基准面到地面的垂直距离，考虑到刚度，结构功能和使用要求等因素，选国家颁布的标准装料高度1060mm。D.主轴箱轮廓尺寸的确定主要需确定的尺寸是主轴的宽度B和高度H及最底主轴高度,主轴箱宽度B1h动力箱型号电动机型号电动机功率（KW）电动机转速（r/min）输出轴转速（r/min）左主轴箱1TD50Y160M-4111460730前主轴箱1TD40Y132S-45.5144072010和高度H的大小主要与被加工零件孔的分布位置有关，可按下式计算：B=b+2（2-1b10）H=h+（2-h11）式中：b工件在宽度方向相距最远的两孔距离（mm）；最边缘主轴中心距箱外壁的距离（mm）；1h工件在高度方向相距最远的两孔距离（mm）；最低主轴高度（mm）；其中，还与工件最低孔位置（）、机床装料高度（H=1060mm）、滑1260hm台滑座总高（）、侧底座高度（）、滑座与侧底座之间的调整340m43垫片高度（）等尺寸有关。对于卧式组合机床，要保证润滑油不致从7h1h主轴衬套处泄漏箱外，通常推荐140mm，本组合机床按式：8511234(.)Hh1060-0.5-400-630+60=89.5则求出左主轴箱轮廓尺寸为：推荐70100mm，取=100mm，B=b+2=650+2100=850mm，1b1b1bH=h+=172+89.5+100=361.5mmh考虑到另一个面上孔的位置以及支架零件的形状关系，选BH=10001000。前主轴箱轮廓尺寸为：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10mm，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1表8.22选取多轴箱尺寸BH=630mm630mm。组合机床联系尺寸图如附图ZJ01-00-01所示。2.3.4机床生产率计算卡根据加工示意图所确定的工作循环及切削用量等，就可以计算机床生产率并编制生产率计算卡。生产率计算卡是反映机床生产节拍或实际生产率和切削用量、动作时间、生产纲领及负荷率等关系的技术文件。它是用户验收机床生产率的重要依据。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。11（2-kAQt12）B.实际生产率1Q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量。（2-单TQ60113）式中：生产一个零件所需时间（min），可按下式计算：单T（2-）（）（装移快退快进停辅切单tvLtvLtfkff2114）式中：分别为刀具第I、第II工作进给长度，单位为mm；21L、的停留时间，通常指刀具在加工终了时无进给状态下旋转510ffv、转所需的时间，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、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Q1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，fkv=1.5min。则双面计算如下：装卸t1Q左面：12图2-2左动力头循环701.5min4t切3041.56mint辅则=3.35min6T单前面：图2-3前动力头循环501.2min4t切35041.65mint辅则6.9iT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）。3.5in单16083.5QC.机床负荷率负因为是大批大量生产，所以选A为8万件，两班制取4800小时，则kt8016.74kAQt16.792.%Q负D生产率计算卡13图2-4生产率计算卡3组合机床左主轴箱设计主轴箱是组合机床的部件之一，它的功用是根据被加工零件的加工要求，将电机和动力箱部件的功率和运动，通过按一定速比排布的传动齿轮传递给各主轴，使其能按要求的转速和转向带动刀具进行切削。3.1绘制左主轴箱设计原始依据图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14a）主轴箱轮廓尺寸1000*1000；b）工件轮廓尺寸及各孔位置尺寸；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表：图3-1主轴箱设计原始依据图注：a）被加工零件名称：支架材料及硬度：QT600266302HBb）主轴外伸长度及切削用量表3-1主轴外伸长度及切削用量主轴外伸尺寸（mm）轴号加工直径（mm）主轴直径（mm）D/dL切削速度v（m/min）转速n（r/min）每转进给量f（mm/r）118172032/2011510.682000.2c）动力部件1TD50型动力箱P=11kw，n=1460r/min,驱动轴转速n=730rpm。153.2主轴结构型式的选择及动力计算3.2.1主轴结构型式的选择主轴结构型式由零件加工工艺决定，并应考虑主轴的工作条件和受力情况。因本工序是对联轴器端部及内部进行钻孔，轴向切削力较大，因此选用前后支承均为圆锥滚子轴承的主轴结构，这种结构简单，轴承个数少，装配调整方便，且能承受较大的径向力和轴向力，其缺点是结构径向尺寸较大。本主轴是属外伸长度为115mm的长主轴与刀具刚性连接，配置的单导向用于钻孔。3.2.2主轴直径和齿轮模数的初步确定A主轴直径初步主轴直径已在编制“三图一卡”时完成，由此可知主轴直径d=20mm。B齿轮的模数齿轮模数（单位为）一般用类比法确定，也可按公式估算，即m（33(02)Pmzn1）式中，P齿轮所传递的功率，单位为；KWz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。多轴箱中的齿轮常有的模数有1.5、2、2.5、3、3.5等几种。根据经验采用类比法从通用系列中选取各齿轮模数，该主轴箱中主要传动链中的齿轮，由于往往和多个齿轮同时啮合，受力较复杂，且往往速度较低，受力较大，所以选用大一点的模数，而对其它一些齿轮可选小一些。为了便于生产，同一主轴箱中的模数规格不要多于两种。由于本主轴箱为钻孔主轴箱，主轴转速误差较小，且加工孔的位置比较集中，可以根据实际需要选出齿轮模数为2.5、3两种。3.2.3主轴箱动力计算因所有主轴均用于钻孔，且主轴间距较小，所以均选用滚针轴承的主轴，主轴箱所需动力见机床的总体设计，此处不在赘述。3.3主轴箱传动系统的设计与计算3.3.1根据原始依据图计算驱动轴、主轴的坐标尺寸表3-2驱动轴、主轴坐标值坐标销1O驱动轴O主轴1主轴2主轴316X0.000450.000386.000434.000474.000Y0.000169.500795.000795.000795.000坐标主轴4主轴5主轴6主轴7主轴8X514.000514.000514.000474.000426.000Y795.000745.000695.000670.000645.000坐标主轴9主轴10主轴11主轴12主轴13X386.000386.000426.000474.000514.000Y645.000645.000295.000270.000245.000坐标主轴14主轴15主轴16主轴17主轴18X514.000514.000474.000434.000386.000Y195.000145.000145.000145.000145.0003.3.2拟订主轴箱传动路线在设计传动系统时，要尽可能用较少的传动件，使数量较多的主轴获的预定的转速和转向，因此在设计时单一应用计算或作图的方法就难以达到要求，现在一般采用“计算、作图和试凑”相结合的办法来设计。A.分析主轴的位置由于主轴呈两边对称分布，且一边的主轴数量较多较分散，所以将比较接近的主轴分成几组，然后从各组主轴开始选取不同的中间传动轴，分别带动各组主轴，再通过合拢轴将各中间轴和驱动轴联系。所以该主轴箱中轴10、轴11可看成直线分布，用一根中间轴19来带动；轴12、轴13可看成直线分布，用一根中间轴20来带动；轴14、轴15可看成直线分布，用一根中间轴21来带动；轴16、轴17可看成直线分布，用一根中间轴22来带动；由于零件可看成是对称的，所以轴19可用同样的方法来选排中间轴2326。又考虑到各中间轴的位置，距离比较大，当模数m一定时，齿数和即为Z一定值，而驱动轴上齿轮齿数有一定限制（=21-26），所以不易同时满足齿数和驱Z和传动比的要求，他们之间不能相互啮合不能相互传动，所以要通过合拢轴来Z联系。这样轴19、轴20之间增加轴31；轴20、21增加轴32；轴21、22增加轴33；由于主轴18的位置关系跟传动轴22不能直接啮合，就需要一个中间轴34来17传递。主轴呈两边对称分布，所以用同样的方式增加轴36、37、38、39。同样，传动轴19跟23的位置较远，要用两个以上的中间轴做传递，同时又要保证旋转方向一致，所以中间轴的数目只能是奇数，先假定要用三根30、41、42，为了轴19和驱动轴联系而又不跟主轴发生干涉，只有用中间轴饶开主轴，也是用三根轴27、28、29。其传动路线如下：驱动轴O轴27轴28轴30轴19轴10、11轴31轴20轴12、13轴32轴21轴14、15轴33轴22轴16、17轴35轴34轴18轴41轴42轴23轴8、9轴36轴24轴6、7轴37轴25轴4、5轴38轴26轴2、3轴40轴39轴1B.传动比的选择为了使结构紧凑，多轴箱内齿轮传动比一般选在1，但在多轴箱后盖内第.5IV排齿轮，由于允许的结构空间大些，所以根据需要其传动比也可取大些，但不宜超过。13.5据此，本主轴箱为了使主轴上齿轮直径小些，所以先由第IV排齿轮减速，然后再由箱体内最后一级齿轮升速，获的所需的主轴转速，这样结构较为合理紧凑。3.3.3传动轴的位置和转速及齿轮齿数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设计轴的位置。为满足齿轮的啮合关系，有些齿轮采用了变位齿轮来保证中心距的要求。A.由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1231820/minnnr驱动轴07/ir各主轴总传动183.65iB.各轴传动比分配18a)10、11、12、13、14、15、16、17、18轴027.4i2780.i2890.7i2930.i3019.6i190,.32i193311,3224,5.1i6,.i5i54i48.i,ib)1、2、3、4、5、6、7、8、9轴07.i0.i2890.7i2930.i301.i412i后面的传动情况与10轴到18轴同。423238,9C.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如下：（3-主从从主nzu2）（3-）（从主mA23）（3-主从从从主znu4）（3-从主主主从zn5）（3-）（）（从主从主umAnzmAz12126）（3-）（）（主从主从uAnzAz1227）式中，u啮合齿轮副传动比；分别为主动和从动齿轮齿数；从主、z分别为主动和从动齿轮转速，单位为r/mm；从主、nA齿轮啮合中心距，单位为mm；m齿轮模数，单位mm；a）取驱动轴上齿轮的m=3,=24由0z19得027.4zi02746.z又由取得272788.Zim=3275z280z取得228990.i2829取得2293030.Zi=2934z307zb）确定传动轴19的位置及与主轴10、11间的齿轮副齿数，传动轴19中心取在主轴10和11的垂直平分线上，垂直方向位置待齿数确定后便可确定。由，则，取m=2.5，则，30301919.6Zi7z1932z109z1925zm=.由A=，则。102.5()5mz19()5mA1Zc）确定传动轴20的位置，配20轴与主轴12、13连接的是、两对齿轮201z3又由于主轴完全相同,且主轴的转速和方向也要求一致，所以主轴上的齿轮选同样的齿数和摸数即m=2.5取轴20上的齿轮齿数和摸数跟轴19的同。19zd）确定传动轴31的位置，配31轴是与传动轴19、20连接的，为了不改变传动比，选择齿轮同时主轴的旋转方向也一致。319,20e）确定传动轴21的位置，配21轴与主轴14、15连接的是、两对齿轮。214z5、同上述理由得到,m=3.215zm=2.13zf）确定传动轴32的位置，理由同（d）.g）确定传动轴22的位置，配22轴与主轴16、17连接的是、两对齿轮。214z5用上述同样的方法，求得与传动轴22配对的轴14、15上两对齿轮的齿数为,m=3.25zm=2.52z20h）确定传动轴33的位置，配33轴与传动轴21、22连接的是、两对齿321z轮。用上述同样的方法，求得与传动轴33上两对齿轮的齿数为m=3,3m=2.5。325zi）确定传动轴34,35的位置，配轴34与主轴18连接的是齿轮。用上述(c)同3418z样的方法，得齿轮的齿数为m=2.5,而配轴35选择的理由同（d）.3425zj）确定传动轴41的位置，由得到30304141.8zi5m=3。304158.14.zk）确定传动轴23的位置，以及其他配轴的位置。因为支架零件是两边对称的，所以传动轴的排布方法可跟上述的相同。l）确定传动轴42的位置，配轴42与轴23、41连接的,同（d）理由，选齿数m=3的齿轮。32zD.验算各主轴转速104354372570.3/min6019nr2322./i14550.3/in5372319r674420./mi602n1823503n519r953730.3/in819r67442230./i60n452520.3/min5373319r23./i822145706020319./minnr21转速相对损失在5%以内，符合设计要求。3.3.4手柄轴的设置和主轴箱的润滑A.手柄轴的设置由于该主轴箱上有较多的刀具，为了便于更换和调整刀具，以及装配和维修时检查主轴精度，所以在主轴箱上设置一个手柄轴以便于手动回转主轴，为了扳动起来轻便，手动轴的转速应尽可能高些，且其所处位置要靠近机床操作者的一侧，并留有扳手作用位置活动空间，所以本主轴箱的手柄设置在传动轴37的位置。B.主轴箱的润滑主轴箱采用叶片润滑油泵进行润滑。油泵打出的油至分油器经油管分向各润滑部位(如第排齿轮、轴承、分油盘)，对于本机床卧式主轴箱，主轴箱体前后壁间的齿轮和壁上的轴承用油盘润滑，箱体和后盖以及前盖间的齿轮用油管润滑。该叶片润滑泵装在箱体前表壁上，放在第排齿轮上，以便维修，采用油泵传动轴带动叶片转动的传动方式向外供油，计算得，在400800r/min范围243507047.13/min47/i66nrr泵泵n内，满足要求。3.4主轴箱中传动轴坐标的计算及坐标检查图的绘制3.4.1传动轴坐标的计算与两轴定距的传动轴计算公式如下YXjA123B1JC0ILabc(,)R设，（3-8）ABXABY（3-9）2L（3-212IRJI10）22（3-00sinicosBaLA11）则（3-13200csinioIBJAIJcLABa12）还原到X0Y坐标系中去，则c点坐标：（3-LAJBIYXA113）轴（19）的坐标：主轴10、11的坐标分别为（386.000,295.000）,（426.000，295.000）10轴齿轮齿数模数109Z2.5m11轴齿轮齿数模数19轴齿轮齿数模数925.可求得10109Am将坐标值代入公式（4-8）得：426.38.40.5BAXY则由公式（4-9）得2240L由公式（4-10）得222211540.050.3IRJI由公式（4-11）得00sini4BcaLos1A23所以由公式（4-12）得13200cosin20.AIBJAIJcLi513B还原到X0Y坐标系中去，由公式（4-13），则20轴坐标：1386.02.406.95.1.53.AAIBJXLYB得轴19的坐标为（406.000，346.235）其它传动轴的坐标的计算和中心距误差验算可以此类推。综上所求，则得到中间传动轴与油泵轴的坐标如下表：表3-3中间传动轴与油泵轴的坐标坐标传动轴19传动轴20传动轴21传动轴22传动轴23传动轴24传动轴25X406.000520.334562.990454.000406.000520.334562.990Y346.235299.634170.00093.765593.765640.366770.000坐标传动轴26传动轴27传动轴28传动轴29传动轴30传动轴31传动轴32X454.000331.599221.180221.180327.251490.915605.805Y846.235212.594276.344403.844413.398391.016255.924坐标传动轴33传动轴34传动轴35传动轴36传动轴37传动轴38传动轴39X527.847338.369386.880490.916605.805548.177343.867Y80.664117.50060.301548.984684.077864.850830.35324坐标传动轴40传动轴41传动轴42油泵轴43X391.131265.000310.735122.180Y892.403521.218605.624403.8443.4.2坐标检查图的绘制坐标设计完毕后，绘制坐标检查图，以便于检查坐标计算的正确性。图3-2坐标检查图3.5传动轴直径的确定和轴强度的校核3.5.1轴径的确定由文献1P66公式（3-nUTT21总14）作用在第n个主轴上的转矩，单位是；nTNm25传动轴至第n个主轴之间的传动比。nU轴19的轴径：190128.091.3247.5TiNm查文献1表3-4，得。93dm轴20，21，22，23，24，25，26的情况与轴19同，可以得到d=30。轴31，32，33，35，36，37，38，40都是单齿轮的轴，所受的转矩可认为是零，作用也是相当于惰轮，轴径可和上面的同。其它传动轴的轴径的计算可以此类推，取叶片泵轴。d2033.5.2轴的校核在主轴箱中不管是主轴还是传动轴，它们的直径都是按照扭转刚度条件，根据其所受扭矩，由文献1表3-4选取的，所以它们的刚度都满足要求。这里只对相对较为危险的轴进行强度的校核计算。由于118轴钻孔直径都为17，所受的切削力较大，相对来说比较危险，又因为118轴径一样，钻孔直径一样，故只要选一根轴进行校核。轴（12）：T=18.019Nm，轴上齿轮z=19，模数m=2.5，则d=mz=2.519=47.5mm，N，276.14N。280975.64.tTFdtan20758.69tan20rFa）作出水平面受力图及弯矩图由装配图可知，AB=170，BC=60，CD=105。则N，379.3560=22760.7Nmm。1379.52HBDtRBCRMHb）作出垂直面受力图及弯矩图N，=138.19560=8284.2Nmm。8.0VBCrFVBCc）求出合成弯矩，并画出合成弯拒图Nmm22276.4.1.43CHVCMd)作出转矩图，考虑到开始切削和终了切削，轴所受切削扭矩T可看成是脉动的，取修正系数。58.0/01bf）作出弯矩图，对于弯曲与扭转的组合变形，可采用第三强度理论进行校核，（3-WTM22)(15）（3-36331057.1624.mD16）引入修正系数，则26=16.80M，轴12的材料为40Cr，查22226()4.1(0.58.19)7CMTWaP表可知其疲劳极限=70MPa，则，所以轴12满足强度要求。b1b1以下为轴的受力简图、受力弯矩图及扭矩图：图3-3轴的受力图3.6齿轮校核计算在初步拟订多轴箱传动系统后，还要对危险齿轮进行校核计算，尤其是对低速级齿轮或齿根到键槽距离较低的齿轮以及转矩较大的齿轮。通过比较发现27轴上的齿轮较危险，故对其进行校核。已选定齿轮采用45钢，锻造毛坯，软齿面，大齿轮正火处理，小齿轮调质，齿轮精度用8级，软齿表面粗糙度为，对于需校核的一对27、0轴上的齿轮，2.3aR齿数分别为，模数为3，传动比，扭矩2760z24z4.60iNmm619.519.5571.0PTnA设计准则按齿面接触疲劳强度设计，在按齿根弯曲疲劳强度校核。B按齿面接触疲劳强度文献13中公式（7-9）计算27。（3-uKTZddHEt)1(2117）式中：节点区域系数，用来考虑节点齿廓形状对接触应力的影响，取HZ=2.5；材料系数，单位为，取189.8；EMPaPa重合度系数，取=0.90；Z齿宽系数，其值可查文献13表7-7，取=0.3；ddu齿数比，其值为大齿轮齿数与小齿轮齿数之比，u2.5。i1由文献13图7-6选择材料的接触疲劳极限应力为：PaH580lim1PaH560lim2由文献13图7-7选择齿根弯曲疲劳极限应力为：MF23liMF1li应力循环次数N由文献13公式（7-3）计算可得163008=6.73160