机械毕业设计（论文）-多轴钻床主轴箱设计

1、本科毕业设计（论文）题 目:多轴钻床主轴箱的设计英文题目：the design of spindle box for multi spindledrilling machine学院：专业：姓名:学号:指导教师：2016年1月12日毕业设计论文）独创性声明该毕业设计（论文）是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成 果。文中除了特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或其他机构已经发表 或撰写过的研究成果。其他同志对本研究的启发和所做的贡献均己在论文中作了 明确的声明并表示了谢意。作者签名：日期：年 月 日毕业设计论文使用授权声明本人完全了解xx学院有关保留、使用毕业设计（论文）的规定，即

2、：学校 有权保留送交毕业设计（论文）的复印件，允许被查阅和借阅；学校可以公布全 部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存该毕业设计（论文）。 保密的毕业设计（论文）在解密后遵守此规定。摘要本设计介绍了多轴钻床主轴箱的设计，设计屮首先要了解工件的加工工艺 路线及工序的计算，确定钻孔主轴的直径，初步选用电机型号及机床各部分部 件。在多轴箱设计中，首先需要确定传动系统，然后计算主轴坐标，传动部件的 校核及最后多轴钻床主轴箱总图、原始依据图等等相关图纸的绘制。本次设计有效地将多工位钻孔工艺有机地结合为一体，这样以来不但降低 了机器成本，而且节省了加工时间，提高了工作生产效率。关键i司：多轴钻

3、床主轴箱，主轴，总图绘制，牛产效率abstractthe design on the box axlebox more than the design, design is first necessary to understand the workpiece in the processing line and process of calculation to determine tapping the spindle diameter, the initial choice of motor model and some parts of the machine. in multi-ax

4、le box design, drive system established to calculate coordinates spindle, transmission parts of the spindle box and check the total mapping.this design will be drilling, tapping combination of the two as one and reduce the cost of machinery, processing and save time, improve the work efficiency of p

5、roduction.key words： multi axis drilling machine spindle, spindle, general layout drawing, production efficiencyj caxat程图文档(4)ao-1 粟尺寸冒.a1原始依 扬囹dwg坐标检>g.dwg厶 microsoft word 97 - 2003 萍 说明书doc全套设计，请加12401814目录摘要tabstract ii1绪论11.1本课题研究的背景及意义11.2本课题国内外研究概况21.3研究的主要内容42组合机床总体设计62. 1组合机床工艺方案拟定82.2加工工

6、序图102.3加工示意图122. 3. 1刀具的分析132. 3. 2钻孔靠模装置选择142. 3. 3选择接杆、浮动卡头152. 3. 4动力部件工作循环及行程的确定172.4机床联系尺寸图182. 5机床牛产率计算卡193多轴钻床主轴箱的设计203.1多轴箱的组成及表示方法213.2多轴箱通用零件213.3绘制多轴箱原始依据图223.4主轴齿轮确定、动力计算233. 5多轴箱传动系统设计253.6多轴箱坐标检查图25结论26致谢27参考文献28in1绪论1. 1本课题研究的背景及意义随着现代化工业技术的快速发展，特别是随着它在自动化领域内的快速发 展，组合机床的研究已经成为当今机器制造界的

7、一个重要方向，在现代工业运用 屮，大多数机器的设计和制造都是用机床大批量完成的。现代大型工业技术的飞 速发展，降低了组合机床的实现成本，软件支持机制也使得实现变得更为简单， 因此，研究组合机床的设计具有十分重要的理论意义和现实意义。因此，本课题基于使设计岀的机床结构简单、使用方便、效率高、质量好 提出的要求，着重选择最佳的工艺方案，合适地确定机床工序集中程度，合理地 选择组合机床的通用部件，恰当的组合机床的配置型式，合理地选择切削用量， 以及设计高效率的夹具、工具、刀具及主轴箱就是本次设计主要内容。具体的工 作就是要制定工艺方案，进行机床结构方案的分析和确定，进行组合机床总体设 计，组合机床的

8、部件设计和施工设计，使其具有工程意义，实现其在实际应用中 的价值。12本课题国内外研究概况近20年来，组合机床自动线技术取得长足进步，自动线在加工精度、生产 效率、利用率、柔性化和综合自动化等方面的巨大进步，标志着组合机床自动线 技术发展达到了高水平。自动线的技术发展，刀具、控制和其他相关技术的进步, 特别是cnc控制技术发展对自动线结构的变革及其柔性化起着决定性的作用。随 着市场需求的变化，柔性将愈来愈成为抉择设备的重要因素。因此，组合机床自 动线将面临由高速加工中心组成的fms的激烈竞争。组合机床是一种专用高效自动化技术装备，目前，由于它仍是大批量机械产 品实现高效、高质量和经济性生产的关

9、键装备，因而被广泛应用于汽车、拖拉机、 内燃机和压缩机等许多工业生产领域。其中，特别是汽车工业，是组合机床最人 的用户。如德国大众汽车厂在salzgitter的发动机工厂，在大批量生产的机械 工业部门，大量采用的设备是组合机床。因此，组合机床的技术性能和综合自动 化水平，在很大程度上决定了这些工业部门产品的生产效率、产品质量和企业生 产组织的结构，也在很大程度上决定了企业产品的竞争力。3研究的主要内容本次设计主要针对多轴钻床主轴箱进行设计，从多轴钻床主轴箱的整理方案 出发，然后具体细化出具体内部结构，其具体内部结构主要包括以下几个方面：1）分析多轴钻床主轴箱及其技术条件，收集设计资料；2）完成

10、开题报告；3）主轴箱总体方案的确定；4）绘制主轴箱原始依据图，坐标检查图以及主轴箱装配图等；5）完成毕业设计论文。2组合机床的总体设计2. 1组合机床工艺方案的拟定工艺方案的拟订是组合机床设计的关键一步。因为工艺方案在很大程度上决 定了组合机床的结构配置和使用性能。因此，应根据工件的加工要求和特点，按 一定的原则、结合组合机床常用工艺方法、充分考虑各种影响因素，并经技术经 济分析后拟岀先进、合理、经济、可靠的工艺方案。2.2加工工序图被加工零件工序图具有直观的作用，此外，它还具有一些特定的要求。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-条自动线上完成的 工艺内容，加工部位的尺

11、寸及精度、技术要求、加工用定位基准、夹压部以及被 加工零件的材料、硬度和在本机床上加工前毛坯情况的图纸。它是在原有的工件 图基础上，以突岀本机床或自动线加工内容，加上必耍的说明绘制的。它是组合 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。被 加工零件工序图应包括下列内容: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。2.3.1刀具的选择刀具的类型的选择决定于所钻内孔的性质、所钻内孔在工件上的位置、工件的构造与尺寸及生产的批量，一般根据相关工件的材料来进行钻头的

12、选取，通常 选用细柄机用钻刀h3 (gb3464-83)。2.3.2钻孔靠模装置选择在组合机床上钻内孔多采用钻孔靠模装置。其原理仍然是“自引法”钻孔。 这种钻孔装置的进给运动，直接由靠模螺杆、螺母得到。常用的靠模装置有：t0281 型钻孔靠模装置和t0282型靠模装置。本设计中采用了通用的t0281型钻孔靠模装置t0281型钻孔靠模这种靠模装置有钻孔靠模和钻孔卡头配合组成，并由钻孔装置配置成钻孔组 合机床。2. 3. 3选择接杆、浮动卡头加工内孔时，常采用钻孔靠模装置和钻孔卡头及相配套的钻孔接杆，钻刀用 相应的弹簧夹头装在钻孔接杆上。选用用于夹持m6m30的机用钻刀弹簧夹头， 选用钻孔卡头及钻

13、孔接杆。2. 3. 4动力部件工作循环及行程的确定动力部件的工作循环是指加工吋，动力部件从原始位置开始运动到加工终了 位置，又返回到原位的动作过程。(讎欣)2.4机床联系尺寸图2. 4.1机床联系尺寸图作用和内容机床联系尺寸图是以被加工零件工序图和加工不意图为依据，并按初步选定 的主要通用部件以及确定专用部件的总体结构而绘制的。是用来表示机床的配置 形式、主要构成及各部件安装位置、相互关系、运动关系和操作方位的总体布局 图。2. 4. 2绘制机床尺寸联系总图之前应确定的内容2.4.2. 1选择动力部件动力部件的选择主要是确定动力箱和动力滑台。根据已定的工艺方案和机床 配置形式并结合使用及修理因

14、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多轴箱钻孔主轴。动力箱规格与滑台要匹配，其驱动功率主要依据是根据多轴箱所传递的切屑 功率来选用。确定钻孔电机功率，应考虑钻刀钝化的影响，一般按计算功率的 1.52. 5倍选取。p _绩削住轴箱_式中：p切削一一消耗于各主轴的切削功率的总和，单位为k叫主轴箱的传动效率，加工黑色金属时取0.旷0.9,加工有色金 属吋取0.70.8,主轴数多、传动复杂吋取小值，反之取大值。则:亠=195 沪忖=i95x8j.25u8 = ° 皿9740加）9740©9740 x 8 x 龙片才削二6x0

15、. 1636/0. 8=1. 09kw1. 09x2=2. 18kw木机床左右多轴箱均采用1td25-ib型动力箱（坷二1420/min;电动机选y100l1-4®,功率为 2.2kw）。f = 26zy°-8h50-6 = 26x8x1.25o8x2oo0-6 =5973.23144677f息=6f = 6x5973.231446 = 35839.388672.5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 编制牛产率计算卡。生产率计算卡是反映机床生产节拍或实际牛产率和切削用 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

16、收机床生产效 率的重要依据。2.5. 1理想生产率q理想生产率是指完成年生产纲领a所要求的机床生产率。与全年工吋5总 数有关，单班制取2350ha二5000x(l+2%+2%)二520 件q=a/tk=5200/2350=2. 21 件/h2.5.2实际生产率q1实际生产率是指设计机床每小时实际可生产的零件数量。q尸60/t单式中t单生产一个零件所需的时间(min),可按下式计算：t 单二t 切+t 辅二(li/vn+ i/vip+t 停)+ (l 快进+l 快退)/vfk+ t 移+ t 装1八、12刀具第一、第二工作进给长度，单位为mm；vn vf2刀具第一、第二工作进给量，单位为mm/m

17、in;t停一一通常刀具在加工终了时无进给状态下旋转510转所需的时间，单 位为 min;取 0. lmin,即 6s.vrk动力部件快速行程速度。 本次采用的是液压动力部件，为5m/mino t移一一冋转工作台进行一次工位转换时间，一般取0.1 min;此道工序可忽 略。t装一一工件装、卸的时间(包括定位或撤消定位、夹紧或松开、清理基面 或切屑及调运工件等的时间)通常取0. 5-1. 5min.取1. 5min .把数值带入(2-13)中：得到：t 单二23/397. 5+23/397. 5+0. 1+0. 075/5+0. 075/5+1. 5二1. 7456min;所以 ql60/t 单二

18、60/1. 71=34. 32 件/小时则 q&q所以满足牛产率要求3多轴钻孔主轴箱的设计3. 1多轴箱的组成及表示方法多轴箱按结构特点分为通用（即标准）和专用多轴箱两大类。前者结构典型, 能利用同用的箱体和传动件；后者结构特殊，往往需要加强主轴系统刚性，而使 主轴及某些传动件必须专门设计，故专用主轴箱通常指“刚性主轴箱”，即采用 不需要刀具导向装置的刚性主轴和用精密滑台导轨来保证加工孔的位置精度。通 用主轴箱则采用标准主轴，借助导向套引导刀具来保证被加工孔的位置精度。本设计屮所采用的就是通用主轴箱。3.1.1多轴箱的组成多轴箱由通用零件如箱体、主轴、传动轴、齿轮和附加机构等组成。其基

19、本 结构中，箱体、前盖、后盖、上盖、侧盖等为箱体类零件；主轴、传动轴、传动 齿轮、动力箱和电动机齿轮等为传动类零件；分油器、注油标、排油塞、和防油 套等为润滑及防油元件。在多轴箱箱体内腔，可安排两排32伽宽的齿轮或三排24伽宽的齿轮；箱体 后壁与后盖之间可安排一排（后盖用90mm厚时）或两排（后盖用125mni厚时） 24mm宽的齿轮。本多轴箱考虑到实际情况，在箱体体内安排了三排24mm宽的齿轮和一排 32nmi宽的齿轮。3.1.2多轴箱总图绘制方法特点1 主视图 用点划线表示齿轮节圆，标注齿轮齿数和模数，两啮合齿轮相 切处标注罗马字母，表示齿轮所在排数。标注各轴轴号及主轴和驱动轴、液压泵 轴

20、的转速和方向。2 展开图 每根轴、轴承、齿轮等组件只画轴线上边或下边（左边或右边） 一半,对于结构尺寸完全相同的轴组件只画一根，但必须在轴端注明相应的轴号;齿轮可不按比例绘制，在图形一侧用数码箭头标明齿轮所在排数。3.2多轴箱通用零件多轴箱的通用零件的编号方法如下： t 07t07或1t07系指与td或与1td系列动力箱配套的主轴箱同用零件，其标记 方法详见相应的配套零件表。3.2.1通用箱体类零件多轴箱的通用箱体类零件配套表详见组合机床设计简明手册屮表7-4； 箱体材料为ht200,前、后、侧盖等材料为ht150o多轴箱体基本尺寸系列标准 （gb3668. 1-83）规定，9种名义尺寸用相应

21、滑台的滑鞍宽度表示,多轴箱体宽 度和高度是根据配套滑台的规格按规定的系列尺寸（9中表7-1）选择；多轴 箱后盖与动力箱法兰尺寸见9屮表7-2,其结合面上联接螺孔、定位销孔及其 位置与动力箱联系尺寸相适应；通用多轴箱体结构尺寸及螺孔位置详见相关资 料。3.2.2通用主轴、通用传动轴、通用齿轮和套本设计中，通用主轴、通用传动轴的传动结构，配套零件及联系尺寸。多 轴箱通用齿轮有：传动齿轮、动力箱齿轮和电机齿轮三种（见9表4-5）,其 结构型式、尺寸参数及制造装配要求详见9表。多轴箱用套和防油套综合表参阅9表7-24.表7-23o3.3绘制多轴箱设计原始依据图多轴箱设计原始原始依据图，是根据“三图一卡

22、”整理编绘出来的。其内 容及注意事项如下：1根据机床联系尺寸图，绘制多轴箱外形图，并标注轮廓尺寸及动力箱驱动 轴的相对位置尺寸。2根据联系尺寸图和加工示意图，标注所有主轴位置尺寸及工件与主轴、主 轴与驱动轴的相关位置尺寸。3根据加工示意图标注各主轴转速及转向主轴逆时针转向。4列表标明各主轴的工序内容、切削用量及主轴外伸尺寸。5标明动力件型号及其性能参数。3. 4主轴' 齿轮的确定及动力计算主轴的型式和直径，主要取决于加工工艺方法、刀具主轴联接结构、刀具的 进给抗力和切削转矩。钻孔类主轴按支承型式分为两种订1前后支承均为圆锥滚子轴承主轴。2 前后支承均为推力球轴承和无内环滚针轴承的主轴。

23、3.4. 1主轴型式的确定木设计中根据加工工艺要求，采用了第一种前后支承均为圆锥滚子轴承主 轴。其装配结构、配套零件及联系尺寸详见组合机床设计简明手册中第七章 第二节。主轴材料采用了 40cr钢，热处理c42o3. 4. 2主轴直径的确定根据被加工零件工序图和加工示意图中的要求，是采用标准高速钢钻刀，对箱体上2-01ooh9孔进行钻孔。(3-1)根据公式:d=6.2v10t此处删减nnnnnnnn字需全套设计请联系12401814查3p209,公式 10-5(2-13)公式中：k = ka kv ka k/）为载荷系数k使用系数，查p201 ,表10-2,取ka二1.25kv：动载系数，查p2

24、02 ,图10-8,取仏二1.25ka：齿间载荷分布系数，查p203,表 10-3,取=1.0s齿间载荷分布系数，查p204,表 10-4,取 k严.117t：传递扭矩;9732n 加(2-14)因为传递的功率较小，选取=0.5, z0 = 21,丫巾、厶查p209,表10-5£=2.76也=1566尸查 p216,图表 10-20c, <7f=427/?22xl.25xl.25xl 117x10-x276x256v0.5x2124272.52(2-由于齿轮模数大小取决于弯曲强度所决定的承载能力。呼3>252,完全满足疲劳强度要求。因此所取齿轮模数满足使用及性能要求。3轴

25、的强度校核从上述可知，各轴所能承受的扭矩:轴 d=20mm m； = 1 ookg.mm通过计算各轴所承受载荷的情况:mmax = 250kg mm <1100 kg.mm由此可以得出，各轴实际承受的扭矩远远小于轴所能承受的扭矩最人值。因此其强度完全满足要求。多轴箱总装配图如下图所示亠3. 6多轴箱坐标计算检查图坐标计算是根据已知的驱动轴和主轴的位置以及传动关系，精确计算各中间 传动轴的坐标。其目的是为多轴箱箱体零件补充加工图提供孔的坐标尺寸，并用 于绘制坐标检查图来检查齿轮排列、结构布置是否合理。多轴箱坐标计算步骤、 要求如下：3.6.1选择加工基准坐标系xoy,计算主轴、驱动轴坐标3

26、. 6.1.1加工基准坐标系的选择为便于加工多轴箱体，设计时必须选择基准坐标系。通常采用直角坐标系xoyo在本设计屮，由于多轴箱是直接安装在动力箱上，因此，加工基准坐标系的 选择按照第一种方法，坐标原点选在定位销孔上。3. 6.1.2计算主轴以及驱动轴的坐标根据多轴箱设计原始依据图，按照选定的基准坐标系xoy,计算或者标出各 个主轴以及驱动轴的坐标（计算精度要求精确到小数点后面三位数）。如果零件 上孔距尺寸带有单向或者双向不等公差，则在标注坐标时，应该把公差考虑进去, 使孔距的名义坐标尺寸恰好位于公差带的中央。六轴钻孔多轴箱各主轴、驱动轴 坐标值见下表：坐标销o驱动轴0主轴1主轴2主轴3主轴4

27、主轴5主轴6x0.00094.50051.000103.000155.000210.000253.000296.000y0.000175.000179.000209.000179.500174.500199.500174.5003. 6. 2计算传动轴的坐标3.6. 2. 1与一轴定距的传动轴坐标计算轴9坐标计算已知轴 5 的坐标(253.000, 150. 150),轴 9 的坐标(253.000, 51.330)。轴5与轴9之间的齿轮传动参数(z5 =40, z9=25,m=3) o在图中量得 x=0. 000, y=97. 500根据啮合中心距/?5-9=m(z5 + z9)/2=97.

28、5(与实测结果相符)，计算可得x二 v/?2-/2 = a/97.52-97.5002 =0y= v/?2-x2 =v97.52 -o2 =97. 500x9 = x5-x=253. 000-0=253. 000旳二儿-y二 150. 150-97. 500=51. 330轴10坐标计算已知轴 3 的坐标(103.000, 209.500),轴 10 的坐标(73.360, 277.440)。轴3与轴10之间的齿轮传动参数(z3 =50, zl0 =24,m=2)。在图屮量得 x=29. 640, y=67. 800根据啮合中心距/?3-10=m(z3 + zlo)/2=74(与实测结果相符)

29、，计算可得x= >r2-y2 =v742-67.8002 =29. 65063237y二 jw - x?二74229.64()2 二67. 80464881x1o = x3-x=1o3. 000-29. 65063237=73. 34936763二儿+y二209. 500+67. 80464881=277. 304648803. 6. 2. 2与三轴定距的传动轴坐标计算传动轴4坐标计算q = 一 乂人二x3-xl 二103. 000-51. 000=52. 000勺=5一乙二y3yl二209. 500-179. 500=30. 000a2=xc-xa=x2-x 1=155. 00-51.

30、 000=104. 000b2=yc-ya=y2-yl=179. 500-179. 500=0邠+勺2 =厶2二3604色2+$2 =厶2 二 10816x = bl； _优厶2 =522(a2b -aab2)厶-叽二-30. 066666672(a2b -ab2)x = xa+x=51. 000+52=103. 000y =乙 + y 二179. 500-30. 06666667=149. 43333332传动轴5坐标计算a,=xb- xa 二x8-x6二253. 00-210. 00二43. 000勺=辱-岭=y8-y6=199 500-174. 500=25. 000$ = xc xa=

31、x7-x6=296. 000-210. 000-86. 000$ =牟乙二y7-y6二 174. 500-174. 500=0"+肉2 =厶2二2474«22 +/?22 二厶2? =7396x =_s厶2 =432（如入 _ a、bjy= aaxli = -24. 482（心一“2）x = xa+x=210. 000+43=253. 000y = h + y 二 174. 500-24. 48=150. 0203. 6. 3验算中心距误差多轴箱体上的孔系是按照计算的坐标加工的，而装配要求两轴间齿轮能正常 啮合。因此，必须骑算根据坐标计算确定的实际中心距a,是否符合两轴间齿

32、轮 啮合要求的标准中心距r, r与a的差值5为5 =r-ao验算标准：屮心距允差§w （0. 0010.009） mm3. 6. 3. 1传动轴与一轴定距验算轴10与轴3的中心距误差6 二r-a二r一yx2 + y2 =97.5-vo2 +97.52 二omni轴9与轴5的中心距误差5 二r-a二 r_jf + y2 二 74-29.650632372 + 67.8046488f 二-0. 006539816mni <0. 009mm,满足齿轮啮合要求。3. 6. 3. 2传动轴与三轴定距验算传动轴与三轴定距验公式s=/?-vx2 + r21传动轴4与轴1、2、3的中心距误差5

33、=r-a =r-yx2 + y2传动轴4与轴1、2、3之间的标准中心距分别为/?_、知2、知3/?4-l = /?4-2 = /?4-3=60mm传动轴4与轴1、2、3之间的实际中心距分别为a-、a4_2、a4_3a4_, = j(xj 乙尸 + 乙)2 = 7(103.000 - 51.000)2 + (149.4333333 -179.500)2=60. 06666668mma4_2 = 7(x4-x2)2+(；-y；)2 = 7(103.000 -155.000)2 + (149.4333333 -179.500)2=60. 06666668mma4_3 = yl(x4-x2+(y4-y

34、3)2 = 7(103.000 -103.000)2 + (149.4333333 - 209.500)2=60. 06666667mm中心距误差分别为5 4-1=/?4_(-4=60-60. 06666668-0. 067min8 4-2二-a4_2 =60-60. 06666668-0. 067mm5 4-3=/?4_3-a4_3 =60-60. 066666667-0. 067mm6 4-1、6 4-2、§4-3都大于0. 009,因此轴4与轴1、轴4与轴2、轴4与轴3 之间的齿轮需要采用变位齿轮，变位量为人一】二o 0671i1ii1, a4_2=0. 067mm, a a4

35、_3=0. 067mm。其中多轴钻床主轴箱检查尺寸坐标图如下图所示：多轴钻床主轴箱检查尺寸坐标图在最近的一段时间的毕业设计，使我们充分把握的设计方法和步骤，不仅 复习所学的知识，而且还获得新的经验与启示，在各种软件的使用找到的资料或 图纸设计，会遇到不清处的作业，老师和学生都能给予及吋的指导，确保设计进 度，本文所设计的是多轴钻床主轴箱的设计，通过初期的定稿，查资料和开始 正式做毕设，让我系统地了解到了所学知识的重要性，从而让我更加深刻地体会 到做一门学问不易，需要不断钻研，不断进取才可要做的好，总之，本设计完成 了老师和同学的帮助下，在人学研究的最感谢帮助过我的老师和同学，是人家的 帮助才使我的论文得以通过。至此在论文完成之际，向我的导师表示由衷的感谢！真心的感谢我的导师这 几年来对我的谆谆教导，感谢我敬爱的老师，您不仅在学习学业上给我以精