通用多轴箱设计

,一、多轴箱的功用,二、多轴箱的组成,三、多轴箱的设计,通用多轴箱设计,一、多轴箱的功用,作用：多轴箱将动力箱的动力传递给主轴，使主轴按加工所要求的转速和转向旋转，提供切削动力。,多轴箱是按专用要求设计的传动系统、并由通用零件组成的专用部件。,应用：多轴箱借助动力箱、动力滑台完成钻孔、扩孔、铰孔、镗孔、攻丝等加工工序。,分类：钻削类多轴箱，攻丝多轴箱，钻、攻复合多轴箱。,二、多轴箱的组成,1.箱体,5.润滑、防油元件,二、多轴箱的组成,二、多轴箱的组成,在多轴箱前后壁之间可安排厚度为24mm的齿轮三排或32mm厚的齿轮两排；在多轴箱的箱体与后盖之间可安排一或两排齿轮。,二、多轴箱的组成,多轴箱通用零件的编号方法,T07表示多轴箱的通用零件小组号分别用1、2、3和4表示箱体类、主轴类、传动轴类和齿轮类零件顺序号和零件顺序号表示的内容随类别号和小组号的不同而不同。,500400T0711-11，宽500mm，高400mm的多轴箱体30T0721-41，圆锥滚子轴承，直径30mm的扩、镗主轴40T0731-44，有IV排齿轮，圆锥滚子轴承，直径40mm的传动轴22530T0741-41，模数为2mm、齿数25、孔径30mm和宽度24mm的齿轮,二、多轴箱的组成,1.通用箱体类零件,通用多轴箱箱体为HT200的灰铸铁，前、后、侧盖为HT150的灰铸铁。其大小规格可根据标准选择。,通用多轴箱箱体厚度为180mm，卧式多轴箱前盖厚度为55mm，立式多轴箱前盖兼作油池，加厚到70mm，基型后盖为90mm，其余后盖为50、100、125mm。,二、多轴箱的组成,二、多轴箱的组成,2.通用轴类零件,（1）钻削类主轴,前、后支承均为圆锥滚子轴承的主轴（滚锥主轴）。,前支承为推力球轴承和向心球轴承、后支承为向心球轴承或圆锥滚子轴承的主轴（滚珠主轴）。,前、后支承均为推力球轴承和无内圈滚子轴承（滚针主轴）,主轴头外伸长度为75mm（立式为60mm）的滚锥主轴为短主轴，采用浮动卡头与刀具连接，配以长导向或双导向用于镗、扩、铰孔工序。,主轴外伸长度大于75mm的主轴为长主轴，与刀具刚性连接，配以单导向用于钻、扩、铰、倒角、锪平面或攻丝加工。,二、多轴箱的组成,（2）攻丝主轴,攻螺纹类主轴按支承形式分为圆锥滚子轴承主轴和滚针轴承主轴两种,主轴材料一般为40Cr钢，热处理C42；用滚针轴承的的主轴材料为20Cr钢，热处理S0.5C59。,二、多轴箱的组成,G_高频淬火；Z_正火；C_一般淬火、脉冲淬火、等温淬火；T_调质；H_火焰（淬火）；S_渗碳；D_渗氮两位数代表HR(洛氏硬度)值，三位数一般代表HB(布氏硬度)值，氮化时代表HV(维氏硬度)值。有的还需在图上表明热处理或硬度的区域。数字代表的硬度值，对HRC一般上下5个单位（在数字接近60时表示最小值），对HB上下30个单位，氮化则示最小值。如：G48数字48确切地代表了HRC4651T235数字235确切地代表了HB220250C42数字42确切地代表了HRC40-45C35数字35确切地代表了HRC32-38,二、多轴箱的组成,（3）通用传动轴（P150）,圆锥滚子轴承传动轴；滚针轴承传动轴；,埋头式传动轴。,手柄轴；油泵轴；攻丝用蜗杆轴。,传动轴材料一般用45钢，调质处理T215，滚针传动轴用20Cr钢，热处理S0.5C59。,二、多轴箱的组成,3.通用齿轮,电机齿轮的宽度为32mm，传动齿轮的宽度为24mm和32mm标准齿轮为不变位齿轮，材料均为45钢，齿部高频淬火G54。,动力箱齿轮有：齿宽32mm，轴向总宽度84mm,二、多轴箱的组成,4.润滑泵,中等规格的多轴箱用一个润滑泵；规格较大且主轴数量多的多轴箱用两个润滑泵;润滑泵泵出的油经分油器至各润滑点。,润滑泵安装在前盖内，润滑泵轴在箱体内的悬伸长度为24mm，传动方式有两种，一是由润滑泵传动轴传动，另一种是通过传动轴上的齿轮直接与润滑泵轴上的齿轮啮合传动，传动齿轮齿宽为12mm。,规格较大的通用多轴箱常采用R12-1A叶片泵进行润滑。,二、多轴箱的组成,5.其他通用零件,除上述零件外，多轴箱上还有隔套、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。,二、多轴箱的组成,三、多轴箱的设计,多轴箱的设计步骤和内容,多轴箱原始依据图的内容包括：多轴箱设计的原始要求和已知条件。,多轴箱轮廓尺寸。,工件轮廓及各孔位置尺寸。,从“三图一卡”中已知：,工件与多轴箱的相对位置,1.绘制多轴箱设计原始依据图,三、多轴箱的设计,（1）各主轴的位置尺寸及工件与多轴箱的相关尺寸,多轴箱和被加工零件在机床上是面对面摆放的，则多轴箱横截面上的水平尺寸方向应与被加工零件工序图的水平尺寸方向相反。,三、多轴箱的设计,根据多轴箱和零件的相对位置找出统一基准，标出其相对位置尺寸。如：零件中心线与多轴箱中心线重合，作为水平方向的尺寸基准。,零件与多轴箱相对位置确定后，可在多轴箱上设置坐标，按工序图各孔位置，计算出多轴箱上各主轴的坐标。,三、多轴箱的设计,（2）应标注主轴旋向。,标准刀具为右旋，故要求主轴为逆时针旋转（面对主轴看），逆时针转向可不标注。,（3）标出多轴箱的轮廓尺寸、驱动轴O1、定位销孔坐标轴。,三、多轴箱的设计,例:某钻孔多轴箱传动链如图示，传动路线是驱动轴O主轴3、4、5、6、油泵轴；驱动轴O主轴1、2；若各主轴均采用左旋钻头,各主轴、传动轴的转向?,主轴采用左旋钻头，从主轴箱前方看，主轴应保证顺时针的旋转方向；,三、多轴箱的设计,（5）注明动力箱型号，功率，转速和其它主要参数。,（4）列表标明工件材料、加工表面要求、各主轴轴号、工序内容、主轴外伸部分尺寸和切削用量。,三、多轴箱的设计,2.确定主轴结构型式及齿轮模数,（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，选择时需考虑主轴的工作条件和受力情况。,钻削加工的主轴，轴向切削力较大。选用推力球轴承承受轴向力，向心球轴承承受径向力，且推力球轴承安排在主轴前端。,镗削加工的主轴，轴向切削力较小，有时工艺要求主轴进退都要切削，两方向都有切削力，选用前后支承均为圆锥滚子轴承的结构。承受较大的径向力和轴向力。,此结构轴承个数少，装配调整较方便，广泛用于扩孔、镗孔、铰孔、攻丝等加工。,三、多轴箱的设计,短主轴采用浮动卡头与主轴连接，以长导套和或双导套导向，多用于镗削。,长主轴的轴头内孔较长，可增大刀具尾部连接的接触面，减少刀具前端下垂。可用标准导套导向，用于钻、扩、铰等工序。,钻、扩、铰、镗的主轴，轴头用圆柱孔与刀具连接，用单键传递转矩。,攻丝主轴因靠模杆在主轴孔内作轴向移动，为获得良好的导向，采用双键结构，轴向不定位。,主轴孔间距较小，可采用滑动轴承。,三、多轴箱的设计,（2）主轴直径和齿轮模数的初步确定,大型组合机床多轴箱常用的模数为2、2.5、3、3.5、4等。一般在同一个多轴箱中齿轮模数最好不多于两种。,三、多轴箱的设计,（3）多轴箱的动力设计,多轴箱的动力计算，包括计算多轴箱所需功率和进给力两项。,多轴箱所需的功率为,多轴箱所需的进给力，就是动力滑台所需的进给力F进，即,黑色金属=0.80.9,有色金属=0.70.8。,因动力滑台的最大进给力F进还要克服滑台移动所引起的摩擦阻力，则最终选择：,三、多轴箱的设计,3.多轴箱传动系统设计,1）尽量用一根中间传动轴带动多根主轴。当齿轮啮合中心距不符合标准时，可用变位齿轮或略变传动比的方法解决。,2）尽量不用主轴带动主轴的方案，否则增加主轴的负荷。,多轴箱传动系统设计内容通过一定的传动链把动力箱输出轴传进来的动力和转速按要求分配到各主轴，实现所需的转向和转速。传动系统的设计原则以获得所需的主轴转速和旋向为原则。,三、多轴箱的设计,4）驱动轴转速较高时，采用逐步降速传动；驱动轴转速较低时，可先使速度升高一点再降速。,5）粗加工切削力大，如钻孔，其主轴上的齿轮尽量安排靠近前支承，以减小主轴的扭转变形。,3）多轴箱内的齿轮传动副的最佳传动比为11.5，后盖内的第排（或第排）齿轮，根据需要，传动比可取大一些，但不能超过33.5。,三、多轴箱的设计,6）齿轮安排不同轴上齿轮不相碰，可放在同一排上；不同轴上齿轮与轴或轴套不相碰，可放在不同排上；齿轮与轴相碰，可放在后盖内。,7）驱动轴直接带动的传动轴不超过2根，避免装配困难。粗、精加工合一的多轴箱，粗、精传动路线应分开。,三、多轴箱的设计,拟定传动系统的基本方法,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取同心圆，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。“从主轴的布置开始，最后引到驱动轴上”。驱动轴的中心必须处于多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。,（2）主轴分布及传动系统设计,三、多轴箱的设计,（2）主轴分布及传动系统设计,1）主轴分布,同心圆分布分别用一根中间传动轴带动。主轴可等分或不等分，齿轮可在同一排或不同排，转速可相同或不相同。,三、多轴箱的设计,（2）主轴分布及传动系统设计,1）主轴分布,直线分布分别用一根中间传动轴带动两根主轴。,三、多轴箱的设计,任意分布将靠近的主轴分别组成同心圆或直线分布。也称混合分布。,三、多轴箱的设计,“树梢”表示各个主轴，如主轴1-11；“树根”表示驱动轴，如驱动轴O；各分叉点为传动轴，如传动轴由12-18。“树枝”以定向边代表各轴间的传动副，以箭头表示传动顺序。,2）传动系统设计,设计方式:利用传动树形图来描述多轴箱的传动链。,三、多轴箱的设计,主轴1-11分别分为1-4，5-7，8-9，10-11四组，分别由中心传动轴12-15传动传动轴13、14和传动轴12、15，分别由传动轴16、17传动。最后由向驱动轴合拢的传动轴18与驱动轴0连接起来。,三、多轴箱的设计,刀具一般为右旋(标准刀具)，从主轴箱前方看，主轴应保证逆时针的旋转方向；主轴采用左旋钻头，从主轴箱前方看，主轴应保证顺时针的旋转方向。,三、多轴箱的设计,把主轴3-6作为一组同心圆，在其圆心上布置中心传动轴；把主轴1、2作为一组，看作直线分布，在两主轴中心连线的垂直平分线上布置中心传动轴。,同样，油泵传动轴用中心传动轴驱动。然后，将中心传动轴、作为一组同心圆，在其圆心上用传动轴I驱动。最后，将传动轴I与驱动轴O1连接起来，形成多轴箱的传动系统。,三、多轴箱的设计,2）传动系统设计,驱动轴转速由动力箱型号确定，其转向可任意选择。,驱动轴的水平方向位置一般在多轴箱中心。垂直方向由动力箱定。如果采用电机直接装在多轴箱上，驱动轴即电机轴的垂直方向位置，需考虑电机外轮廓不碰滑台，装卸方便。,确定驱动轴转速、转向及位置,三、多轴箱的设计,用最少齿轮和传动轴连接驱动轴和各主轴,主轴数量不多，分布比较分散时，可从驱动轴开始，分几路单独和各主轴联系。,主轴数量较多且较分散时，可先将比较接近的主轴分成几组，然后从主轴开始布置，最后连到驱动轴上。,排列齿轮时，先满足转速最低及主轴间距最小的那些主轴的要求。,三、多轴箱的设计,多轴箱的变速和操纵,变速方法可采用交换齿轮、滑移齿轮、电磁啮合器等。,操纵方式根据需要可采用电、液、机械等型式。,调整手柄用于对刀，调整或装配维修时检查主轴精度。,为了扳动省力，手柄轴的转速尽量高一些，手柄轴位置应便于工人操作，应保证回转时手柄不碰主轴。,三、多轴箱的设计,油泵个数和油泵轴的转速根据工作条件而定，箱体宽，主轴多，采用2个油泵。油泵的转速应在400800r/min之间选择，泵轴的位置应尽量靠近油池，离油面高度不大于400500mm。,润滑油泵安排,为便于维修，油泵齿轮最好安排在第排，油泵安装在前盖内，前盖与油泵相应处开一窗口，以便于油泵清洗。如受结构限制，也可安排在第排。,油泵轴,油泵,三、多轴箱的设计,油泵的安置要使其回转方向保证进油口到排油口转过2700。可事先用透明纸画出油泵外轮廓图（包括进出油管接头），待传动系统排好后找个适当位置布置。,当泵体或管接头与传动轴端部相碰时，传动轴用埋头型式。,润滑系统,三、多轴箱的设计,5.绘制坐标检查图,（1）画出选定的箱体外廓尺寸，根据坐标计算选定的基本坐标架，画出箱体的横坐标轴X和纵坐标轴Y。,（2）按已知和计算出的坐标值，标出各主轴、驱动轴及传动轴的位置，标出轴号、动力箱驱动轴和油泵轴的转向。,多轴箱坐标检查图,三、多轴箱的设计,（4）为便于检查，可用各种不同颜色的线条画出各轴、隔套外径、轴承外径、主轴防油套外径、附加机构的外廓及其相邻各别轴的螺母外径。,（3）画出各轴齿轮的分度圆，标明各齿轮排数、齿数及模数。,三、多轴箱的设计,6.多轴箱总图设计,（1）主视图,主要用以表明多轴箱的传动系统、齿轮排列位置，附加机构及润滑油泵的位置，润滑点的配置，手柄轴的位置和各轴的编号。,三、多轴箱的设计,（2）简化展开图,1）展开图主要表示多轴箱内各轴装配关系，主轴、传动轴、齿轮、隔套、防油套、轴承等的形状和轴向位置。,在展开图中各零件的尺寸要按比例画出；各轴径向可不按传动关系和展开顺序画；图中必须注明齿轮排数，轴的编号、直径和规格。,三、多轴箱的设计,2）对结构相同的同类型主轴和传动轴，可只画一根，并注明相同的轴号。,3）对于轴向装配结构基本相同，只是齿轮大小及排列位置不同的两根轴，可以合画在一起。即轴心线两边各表示一根轴。,三、多轴箱的设计,4）展开图上应完整标注多轴箱的厚度尺寸和与厚度有关的尺寸，主轴外伸部分长度尺寸及内外径。,三、多轴箱的设计,多轴箱总装图,主轴和传动轴装配表,三、多轴箱的设计,当机床主轴上的丝锥每分钟回转n转时，则S丝=nPh。S丝丝锥每分钟自行引进量（mm/min）；n丝锥每分钟转速（r/min）；Ph丝锥的螺距，多头螺纹为导程（mm）。,7.攻丝多轴箱的设计,（1）组合机床常用的攻丝法,组合机床用丝锥攻制螺纹的加工特点：刀具的“自引法”,自引法是指当丝锥攻入螺孔12扣之后，丝锥自行引进，主运动和进给运动之间的严格关系由丝锥自身保证。,三、多轴箱的设计,对攻丝主轴系统的要求,为保证丝锥稳定可靠地攻入工件，不干扰丝锥的自行引进量，要求攻丝主轴系统向前进给与丝锥的自行引进完全同步。即：vf=S丝，vf主轴系统的进给量（mm/min）。,因此组合机床上，在丝锥和主轴系统之间大多不采用刚性连接，而是在二者之间设有进给补偿环节。补偿越灵活，加工出的螺纹精度越高。,三、多轴箱的设计,（2）常用攻丝组合机床的结构方案,1）攻丝动力头型攻丝组合机床当被加工零件的孔数量较多，深度不大，且全部为攻丝工序时，可采用此类攻丝组合机床。,组合机床与通用机床一样：加工螺纹时，主运动和进给运动之间保持严格的传动比关系，即内联系传动。,根据实现内联系传动系统所选用的机构不同，攻丝组合机床可分为两大类：攻丝动力头型、攻丝靠模型,攻丝动力头结构复杂，传动误差大，攻丝卡头不易完全补偿，故加工精度低，加工的螺孔一般低于3级。,三、多轴箱的设计,靠模机构由靠模螺杆5、靠模螺母4组成，其螺距等于被加工螺孔的螺距。当靠模螺杆每转一转时，可带动丝锥前进一个螺距P杆，因此要求螺杆的P杆尽量接近工件的P工。,攻丝主轴系统的进给运动由攻丝靠模机构得到。,因为攻丝靠模装置能起到通用机床加工螺纹的内联系传动作用，其特点包括：,2）攻丝靠模型攻丝组合机床,攻丝靠模组合机床加工的螺孔精度较高，被广泛应用。,三、多轴箱的设计,由于攻丝加工中只是靠模螺杆带动丝锥轴向移动，所以主轴与螺杆连接处用滑键连接。滑动的最大距离为攻丝的最大行程。机床的动力滑台只提供快进、快退运动。,由攻丝靠模和攻丝卡头配合组成攻丝靠模装置（T0281型）。,（3）攻丝靠模装置的结构特点,三、多轴箱的设计,攻丝卡头于连接丝锥和攻丝主轴，其主要作用是:1)保证丝锥与被加工的螺纹底孔自动对中，并保证丝锥顺利地引进。2)补偿丝锥每分钟引进量与攻丝主轴每分钟进给量之差值，保证丝锥引进与主轴进给同步。因此，要求攻丝卡头有很好的定心性和补偿灵活性，径向尺寸应较小，以适应中心距小的螺孔加工。,攻丝卡头的作用,三、多轴箱的设计,攻丝靠模型攻丝组合机床，靠模可以经磨制得到较准确的螺距，由于靠模杆带动丝锥进给比较轻巧，再加上又有攻丝接杆补偿攻丝主轴靠模系统与丝锥自行引进的进给差，则攻丝时可得到较高的精度(一般可加工出2级精度螺孔)。,与攻丝动力头比较，攻丝靠模装置除了具有结构简单，制造成本较低的特点外，还由于每根靠模杆都各自具有自己的螺距数值，因此可用一个攻丝装置方便地加工出不同尺寸规格的螺纹，且可各自选用合理的切削用量。,用靠模原理进行攻丝的机床可分为两种型式:一种是把攻丝靠模直接装在多轴箱内，组成用于整台机床或一个工位全部是攻丝工序的攻丝装置。它的特点是刚性好，结构较简单，但调整更换丝锥不方便。,三、多轴箱的设计,该装置易装卸、调整，只要松开压板，可方便取出攻丝靠模。但轴向尺寸较大，不能组成钻攻复合的组合机床。,因攻丝靠模机构的螺杆能磨制出较准确的螺距，带动丝锥进给比较轻巧，外加攻丝卡头补偿引进量，因此，攻丝靠模装置组合机床可加工出2级精度螺孔。,三、多轴箱的设计,另一种是用攻丝模板，即将攻丝靠模系统装在模板上，模板用固定在多轴箱上的导杆导向，攻丝模板对于被加工工件要有定位装置，定位销和孔一般分置在攻丝模板和夹具上。,结构较复杂，刚度亦差些，但其调整更换丝锥方便，且使用时灵活性大，在普通的多轴箱上加上攻丝靠模板就能进行攻丝。当攻丝工序和其他钻孔工序需在一个多轴箱上同时进行(即钻孔-攻丝复合)时，则用此种形式最方便，,三、多轴箱的设计,用钻孔一攻丝复合模板进行攻丝，其传动原理见图。此种加工方法，攻丝主轴由单独电机带动。整个攻丝过程应在钻孔的工进中完成，即丝锥从孔中退出后稍停(通常为0.1min),动力滑台继续进给l1距离，然后动力滑台才带动整个多轴箱快退。,三、多轴箱的设计,攻丝的工作循环如图所示:l为攻丝主轴启动时，动力滑台已工作进给的距离;l1为攻丝主轴停转时，动力滑台继续工作进给的距离。为了使多轴箱完成上述的攻丝工作循环，一般是借助攻丝行程控制机构来实现的。生产中使用的攻丝行程控制机构种类很多。,三、多轴箱的设计,（4）攻丝组合机床工作循环,一般攻丝,停止,钻孔、攻丝同时进行,停止,组合机床工作循环,三、多轴箱的设计,组合机床工作循环,三、多轴箱的设计,当被加工孔没有特殊要求时，可以用图a)的工作循环，当加工表面不允许有螺旋退刀痕，而可有直线退刀痕时，可采用图b)的工作循环，即动力头加工完了时使主轴停止转动，然后快速退回原位停止。,若完全不允许有退刀痕，而且生产率允许时，则可采用图c的工作循环，动力头在加工完了时，以工作进给速度退回，将孔精光一次，待镗刀退出孔后再快速退回原位。,加工一般通孔的工作循环,组合机床工作循环,三、多轴箱的设计,加工孔深要求不严，如钻孔、倒角等工序，可采用图a)所示的循环。这个工作循环的特点在于动力头行程终了时，不是直接快退，而是顶住死挡铁，使刀具在无进给下旋转几转后，再自动快退。为了实现这个要求，采用液动力头或滑台时，其系统中要增加一个压力继电器(YJ)。,其控制过程为:动力头前进，在液压挡铁作用下转换为工作进给，加工完了时顶住死挡铁使液压系统压力升高，压力继电器动作，发出电信号，使动力头快退到原位停止。,加工不通孔和阶梯孔的工作循环,组合机床工作循环,三、多轴箱的设计,当加工的阶梯孔有较大的止口或刮断面，同时又有较严的深度要求(0.1毫米)时，则应采用图b)所示的循环，这时需要有第一工作进给和第二工作进给，还要在死挡铁上停留。,实现这个工作循环，液压驱动的动力部件较为方便。在其液压操纵挡铁中增加二次进给挡铁即可实现。为能在死挡铁上停留较长时间，需同时采用压力继电器和时间继电器(YJ+SJ)。,加工不通孔和阶梯孔的工作循环,组合机床工作循环,三、多轴箱的设计,加工多层壁同轴孔系的工作循环,跳跃加工循环,让刀循环,组合机床工作循环,三、多轴箱的设计,通用多轴箱设计,（5）攻丝行程控制机构,多轴箱完成攻丝工作循环是借助攻丝行程控制机构来实现的。,攻丝主轴正向切削回转时通过齿轮(往往在主轴与蜗杆之间不止一对齿轮，图中末示出)、蜗杆4、蜗轮5，带动挡铁盘6回转，当攻丝到全深，盘6相应地转过一定角度，盘上的反向挡铁2压下组合开关中的反向触点9，攻丝电机反转带动丝锥反转退回，盘6亦随之反转，待丝锥退到原位，盘上原位挡铁3重新压下原位触点7，切断电机电源，主轴停止转动，至