毕业设计(论文)--水平双面组合钻床设计.doc

成都学院学士学位论文设计目 录1 绪论III1.1 组合钻床概述III1.2 该课题研究的目的和意义IV1.3 组合钻床发展史IV1.4 国内外该研究技术现状V1.5 本课题研究的基本内容VII1.6 本课题主要研究解决的难点问题和拟采用的办法VII2 水平双面组合钻床总体方案设计92.1 零件分析92.1.1 零件的技术要求92.1.2 结构方案分析和方案的选择92.1.3 选择定位基准的原则及应注意的问题92.1.4 确定夹压位置应注意的问题92.2 工艺分析102.3 确定机床的配置形式112.3.1 不同配置形式组合钻床的特点及适应性112.3.2 不同配置形式组合钻床的加工精度122.3.3 选择机床配置形式应注意的问题123 组合钻床设计143.1 切削用量的确定143.2 确定切削力、切削扭矩、切削功率143.3 选择刀具结构163.4 导向结构的选择163.5 确定主轴类型、尺寸、外伸长度173.6 选择刀具接杆183.7 确定加工示意图的联系尺寸193.8 工作进给长度的确定193.9 快进长度的确定203.10 机床尺寸联系图204 主轴箱设计264.1 主轴箱的基本结构及表达方法264.2 通用箱体264.2.1 通用箱体类零件274.2.2 通用钻削类主轴274.3 主轴箱的设计284.3.1 绘制主轴箱设计原始依据图284.3.2 确定主轴结构型式及齿轮模数294.4 主轴箱的传动系统设计304.5 主轴箱传动轴位置及齿轮齿数确定344.5.1 确定齿轮齿数344.5.2 确定油泵轴的位置及其与主轴的齿轮副齿数344.6 轴的强度计算344.7 齿轮的校核354.7.1 齿面接触疲劳强度校核364.7.2 齿根弯曲疲劳强度校核375 结论38参考文献39致谢411 绪论1.1 组合钻床概述组合钻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。组合钻床一般采用主轴、多刀、多任务序、多面或多任务位同时加工的方式，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，组合钻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。组合钻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。有的组合钻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。通用部件按功能可分为动力部件、支承部件、输送部件、控制部件和辅助部件五类。动力部件是为组合钻床提供主运动和进给运动的部件。主要有动力箱、切削头和动力滑台。支承部件是用以安装动力滑台、带有进给机构的切削头或夹具等的部件，有侧底座、中间底座、支架、可调支架、立柱和立柱底座等。输送部件是用以输送工件或主轴箱至加工工位的部件，主要有分度回转工作台、环形分度回转工作台、分度鼓轮和往复移动工作台等。控制部件是用以控制机床的自动工作循环的部件，有液压站、电气柜和操纵台等。辅助部件有润滑装置、冷却装置和排屑装置等。组合钻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。组合钻床是以系列化、标准化的通用部件为基础，再配以少量专用部件而组成的专用机床，具有一般专用机床结构简单，生产率及自动化程度高，易保证加工精度的特点，又能适应工件的变化，具有一定的重新调整、重新组合的能力。组合钻床可以对工件采用多刀、多面及多方位加工，特别适于在大批、大量生产中对一种或几种类似零件的一道或几道工序进行加工。组合钻床可完成钻、扩、铰、镗孔、攻螺纹、车、铣、磨削以及滚压等工序。1.2 该课题研究的目的和意义传统机床只能对一种零件进行单刀，单工位，单轴，单面加工，成产效率低且加工精度不稳定，组合钻床能够对一种（或几种）零件进行多刀、主轴、多面、多工位加工。在组合钻床上可以完成钻孔、扩孔、铣削磨削等工序，生产效率高，加工精度稳定。本课题针对特工件设计专用双面组合钻床，有利于提高大批量生产的生产效率，提高加工精度稳定性，节约社会资源。1.3 组合钻床发展史专用机床是随着汽车工业的兴起而发展起来的。在专用机床中某些部件因重复使用，逐步发展成为通用部件，因而产生了组合钻床。最早的组合钻床是1911年在美国制成的，用于加工汽车零件。初期，各机床制造厂都有各自的通用部件标准。为了提高不同制造厂的通用部件的互换性，便于用户使用和维修，1953年美国福特汽车公司和通用汽车公司与美国机床制造厂协商，确定了组合钻床通用部件标准化的原则，即严格规定各部件间的联系尺寸，但对部件结构未作规定。二十世纪70年代以来，随着可转位刀具、密齿铣刀、镗孔尺寸自动检测和刀具自动补偿技术的发展，组合钻床的加工精度也有所提高。铣削平面的平面度可达0.05毫米0.001毫米，表面粗糙度可低达2.50.63微米；镗孔精度可达IT76级，孔距精度可达0.030.02微米 。1.4 国内外该研究技术现状组合钻床自1911年在美国研制成功后便广泛应用于大批量生产的汽车工业中，并且随着汽车工业的发展而逐步完善。组合钻床是根据被加工件的工艺要求，按照工序高度集中的原则而设计的，并以系列化 、标准化的通用部件为基础，配以少量专用部件而组成的专用设备，并配以专用夹具，采用多把刀具同时进行加工。组合钻床的辅助动作实现了自动化，具有专用、高效、自动化和易于保证加工精度。当被加工的零件尺寸结构有所改进时，合机床的通用零部件还可以重新被利用组成新的组合钻床，且具有一定的柔性度。在数控设备还没有普及和推广的几十年里，它对于提高加工效率，降低对操作者的技术要求起到了很大的作用，尤其是组合铣床和专用钻床，在壳体类零件的加工线中应用非常广泛。近几年来，由于国家加大基础设施的投入，工程机械需求呈现了强劲的增长势头，部分生产厂家呈现出一年翻一番的发展形势，虽然国家因出现局部经济过热而采取对钢材、建材、电解铝等行业进行调控，但许多重点工程都陆续开工上马，工程机械虽不会出现过热现象，但今后几年仍然会维持较大程度的增长态势。国内工程机械同进口产品相比，其特点是价位低、产品稳定性、可靠性差、零件加工手段落后。随着国家对世贸承诺的逐步实现，价格的竞争优势也逐渐减少，以装载机为例：目前大多数的主机生产厂及部件配套厂家对变速箱箱体、变矩器壳体前车架、后车架、动臂、驱动桥等关键零件，大多采用通用设备加工，这种加工方式的缺点有：生产能力难以扩大，产品质量不稳定，在制品积压严重，经济效益不够显著。值得庆幸的是国内比较大的装载机生产厂家都已逐步认识到这一问题。在机构件方面，厦工、临工、宜工、龙工纷纷采用组合钻床对动臂、前车架、后车架，前后铰接架的孔系进行加工，零件一次装夹，多头同时加工，比通用机床单孔逐个加工，效率提高了36倍，而且避免了工件调头而产生的二次定位误差。运用组合钻床加工结构件与通用机床相比各孔系坐标精度可以由1mm提高到0.2mm，同轴度05mm提高到008mm孔系平行度由0.7mm提高到0.1 mm 而且所有精度均靠机床本身的装配精度保证，为提高整车的质量奠定了基础。变速箱箱体是装载机运动系统中的核心部件， 零件本身的结构刚度较差，而加工精度相对要求较高，不采用特殊措施，使得与变速器结合面0.08mm的平面度以及各孔对此面的垂直度，各孔中心矩均难以保证。组合钻床与通用机床组合生产线使适当的投资能迅速扩大生产规模，解决通用机床加工效率低，同一工序需要多台机床加工的难题。在工程机械快速发展的今天，我们面临的产品上规模，质量上台阶的难题，都可以运用组合钻床加工得到有效的解决，组合钻床在工程机械领域有着更大的发展空间。1.5 本课题研究的基本内容(1)零件分析仔细阅读所拿到的零件图纸，分析零件的结构特点及技术要求。(2)拟定零件工艺方案确定零件的材料，加工时的定位基准以及零件的加工工艺方案。(3)总体方案设计确定机床的配置形式及总体结构方案。(4)组合钻床设计绘制机床尺寸联系图，机床生产率计算卡。(5)主轴箱设计绘制主轴箱草图，选择主轴结构形式及动力计算，设计主轴箱的传动系统，绘制主轴箱箱体补充加工示意图。1.6 本课题主要研究解决的难点问题和拟采用的办法(1) 主轴箱传动系统的设计根据查阅各种资料，以及参阅多孔钻相关案例，拟采用主轴钻动力头的形式，将输出轴按所要加工孔的位置尺寸分布，动力从主轴输出后经传动轴将动力传递给各个输出轴，分布形式如图1-1所示。图1-1 动力传动系统示意图(2) 组合钻床的配置形式为了方便加工，拟采用传统的卧式钻床形式，改造主轴箱及增加主轴箱改造形式如图1-2所示。 图1-2 组合钻床配置形式示意图2 水平双面组合钻床总体方案设计2.1 零件分析被加工零件：棒料 工件材料：452.1.1 零件的技术要求同心度精度达到0.06mm,棒料两端面同时钻孔。2.1.2 结构方案分析和方案的选择本课题是针对棒料两端面同时钻孔这一特定工序而设计的一台水平双面组合钻床。正确选择加工用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，从而实现减少机床台数的效果。由于采用专用夹具，对其精度要求完全可以达到。2.1.3 选择定位基准的原则及应注意的问题(1) 应尽量选择零件设计基准作为组合钻床加工的定位基准。这样可以减少基准不符的误差，以保证加工精度，但在某些情况下，却必须选用其他作为定位基准。(2) 选择定位基准应确定工件定位稳定。尽量采用已加工较大平面作为定位基准，这对于加工尤为重要。2.1.4 确定夹压位置应注意的问题在选择定位基面时，要相应决定夹压位置。此时应注意的问题是：(1)保证零件夹压后定位稳定。为使工件在加工过程中不产生振动移动，夹压力要足够，夹压点布置加压合力落在定位平面内。(2)尽量减少避免零件夹压后得变形，消除其对加工精度的影响。2.2 工艺分析工艺分析是设计组合钻床最重要的一步，必须认真分析被加工零件的工艺过程。深入现场全面了解被加工零件的结构特点，加工部位，夹紧方式，工艺方法和加工过程所用的刀具，切削用量及生产率等。选择单工位，水平双面组合钻床，使机床结构简单，工件可靠，更符合多、快、好、省的要求。(1)加工精度的要求由于加工孔相对于中心的位置度要求比较高，因此采用单工位方法一次定位，可以减少定位误差。(2)被加工零件大小形状特点，加工部位特点要求。这些特点在很大的程度上决定采用水平钻床。一般来说，孔中心线与定位基面平行宜采用水平钻床。故本加工工序采用水平钻床。该组合钻床是钻242，精度等级H7/h6。本道工序的夹紧也非常方便，可以利用上一道工序的加工特点。孔定位，端面定位，端夹紧，定位可靠，夹紧方便，装卸方便，工艺装备简单。根据上述被加工零件的结构特点，加工要求，工艺过程及生产率，可以确定机床配置形式为卧式组合钻床，这种配置形式可达到较高的加工精度，对于精加工机床的夹具公差，一般加工零件的三分之一至五分之一，对于粗加工机床采用固定式导向，能达到0.2mm。2.3 确定机床的配置形式通常根据工件的结构特点，加工要求，生产率和工艺过程方案等，大体上就可以确定应采用哪种基本形式的组合钻床。但在基本形式的基础上，由于工艺的组织，动力头的不同配置方法，零件安装数目和工位数多少等具体安排不同，而具有多种配置方案。它们对机床的结构复杂程度，通用化程度，结构工艺性能，重新调整的可能性以及经济效果，还有维修操作是否方便等，都具有不同的影响。另外，还必须看到，就是在有些情况下，对于工艺过程方案做不大的更改或重新安排，往往会使机床简单，工作可靠，结构紧凑，更符合多快好省的要求。因此，在最后决定机床配置形式和结构方案时，必须注意下面一些问题：(1)加工精度要求的影响;(2)钻床生产率的影响;(3)被加工零件的大小，形状加工部位特点的影响;(4)车间布置情况的影响;(5)工艺间联系情况的影响;(6)使用厂的技术后方和自然条件的影响;被加工零件的特点在很大程度上决定了钻床的配置形式。2.3.1 不同配置形式组合钻床的特点及适应性单工位组合钻床通常是用于加工一个或两个工件，特别适用于大中型箱体件的加工。根据配置动力部件的数量，这类机床可以从单面或同时从几个方面对工件进行加工。各种形式的单工位组合钻床具有固定的夹具。通常可以安装一个工件特别适合于大中型零件的加工。本设计的零件较大，需要加工的孔径较大，且与轴箱配合安装，基于这点考虑，本设计采用单工位组合钻床是合适的。多工位组合钻床主要适用于中小型零件。2.3.2 不同配置形式组合钻床的加工精度在组合钻床上影响加工精度的因素很多，一般分为与切削负荷无关的误差（如钻床原始误差，工件安装误差，夹具与刀具的误差，其它偶然性误差等）和与切削负荷有关的误差（如夹压变形，热变形，刀具磨损所引起的误差和其他偶然性误差）。组合钻床加工精度通常是靠夹具来保证的，我们也可以把影响加工精度的因素分为加工误差和夹具误差两大类。那么现在的问题在于确定夹具误差和加工误差的比例，这个问题的解决通常是根据经验数据来进行机床配置形式的选择。一般从固定式夹具组合钻床的加工精度和移动式夹具组合钻床的加工精度来考虑。固定式夹具单工位组合钻床加工精度最高。这种机床由于零件采用固定导向的位置度可以达到0.2mm。可见这种形式的组合钻床加工此零件能稳定的保证加工精度。2.3.3 选择机床配置形式应注意的问题(1)适当提高工序集中程度。在确定机床的配置形式和结构方案时，要合理解决工序集中程度的问题。(2)注意排屑和操作使用的方便性。排除切屑和操作使用的方便性对钻床设计方案也有影响。(3)夹具形式对机床配置形式的影响。选择机床配置形式时要注意考虑夹具结构的实现可能性和工作的可靠性，在决定加工一个工件的成套流水线上个钻床的型式时，还应注意，是钻床与夹具的型式尽量一致，尤其是粗加工钻床。这样不仅有利于保证加工精度，而且便于设计，制造和维修。(4)另外还应具有一定的成产批量。133 组合钻床设计3.1 切削用量的确定因为所设计的组合钻床为双面同步加工在大多数情况下，所选切削用量，根据经验比一般通用机床单钻加工低10%左右主轴箱上通常为标准动力滑台，工作时，要求钻头的每分钟进给量相同，且等于动力滑台的每分钟进给量（mm/min）应是适合有钻头的平均值。因此，主轴箱上的钻头主轴可设计成每转进给量（mm/r）与其适应。满足棒料的加工，即： v=nf (3-1)式中 n 主轴转速（r/min）； f 主轴进给量（mm/r）； v 动力滑台每分钟进给量（mm/min）。由于分棒料的加工精度、工件材料、工作条件、技术要求都是相同的。按照经济地选择满足加工要求的原则，采用查组合钻床设计简明手册P130表6-1高速钢钻头切削用量得：钻头直径d=42mm,45钢HB=600MPa、进给量f=0.15mm/r、切削速度v=17.5m/min。3.2 确定切削力、切削扭矩、切削功率根据选定的切削用量（主要指切削速度v及进给量f）确定切削力，作为选择动力部件（滑台）及夹具设计的依据；确定切削扭矩，用以确定主轴及其它传动件（齿轮，传动轴等）的尺寸；确定切削功率，用以选择主传动电动（一般指动力箱）功率，计算如下：切削力： (3-2)=8044N切削扭矩： (3-3)切削功率： (3-4)式中 抗拉强度（）或（）F切削力（N）;D钻头直径（mm）;f每转进给量（mm/r）;T切削扭矩();v切削速度（m/min）;P切削功率(kW)。3.3 选择刀具结构棒料的抗拉强度为600，孔径D为42mm，刀具的材料选择高速钢钻头（W18Cr4V），为了使工作可靠、结构简单、刃磨简单，选择标准42的麻花钻。孔加工刀具的长度应保证加工终了时刀具螺旋槽尾端与导向套之间有3050mm的距离，以便排出切屑和刀具磨损后有一定的向前的调整量。 图3-1 麻花钻结构示意图3.4 导向结构的选择导向套的选择 在组合钻床上加工孔，除用刚性主轴的方案外，工件的尺寸、位置精度主要取决于夹具导向。因此正确选择导向装置的类型，合理确定其尺寸、精度，是设计组合钻床的重要内容，也是绘制加工示意图时必须解决的内容。(1)选择导向类型 根据刀具导向部分直径=42mm和刀具导向的线速度，选择固定式导向。(2)导向套的参数 根据刀具的直径选择固定导向装置，如图3-2所示。图3-2 固定导向装置固定导向装置的标准尺寸见。固定装置的配合如表3-1所示，导向装置的布置如表3-2及图3-3所示。表3-1 固定装置的配合导向类别工艺方法DDD1刀具导向部分外径固定导向钻孔G7(或F8)表3-2 导向装置的参数(mm)项目尺寸L与直径d的关系（12.5）d计算值2d=84图3-3 固定导向装置的布置3.5 确定主轴类型、尺寸、外伸长度因为轴的材料为40Cr，剪切弹性模量G=81.0GPa,刚性主轴取14（0）m,取B=7.3，根据刚性条件计算主轴的直径为： （3-5）图3-4 箱体配置图式中 d主轴直径（mm）；T轴所承受的转矩（Nmm）； B系数。 轴能承受的转矩取所有主轴直径d=25mm,通用主轴的系列参数查得，主轴外伸长度为：L=115mm，接杆莫氏圆锥号为1，2，3。3.6 选择刀具接杆 由以上可知，主轴箱各主轴的外伸长度为一定值，而刀具的长度也是一定值，因此，为保证主轴箱上各刀具能同时到达加工终了位置，就需要在主轴与刀具之间设置可调环节，这个可调节在组合钻床上是通过可调整的刀具接杆来解决的,连接杆如图3-5所示。图3-5 可调连接杆连接杆上的尺寸d与主轴外伸长度的内孔D配合，因此，根据接杆直径d选择刀具接杆参数如表3-3所示。表3-3 可调接杆的尺寸d(h6)d1(h6)d2d4Ll1l3螺母厚度28Tr282莫氏1 或2号25954215123.7 确定加工示意图的联系尺寸从保证加工终了时主轴箱端面到工件端面间距离最小来确定全部联系尺寸。其中最重要的联系尺寸即工件端面到主轴箱端面之间的距离，它等于刀具悬伸长度、螺母厚度、主轴外伸长度与接杆伸出长度（可调）之和，再减去加工孔深度和切出值。3.8 工作进给长度的确定如图3-5工作进给长度应等于工件加工部位长度L与刀具切入长度和切出长度之和。切入长应应根据工件端面误差情况在510mm之间选择，误差大时取大值，因此取=10mm，加工部位长度L=38mm，切出长度=,则L=+L+=10+38+12=60mm。 图3-6 工作进给长度3.9 快进长度的确定考虑实际加工情况，在未加工之前，保证工件表面与刀尖之间有足够的工作空间，也就是快速退回行程须保证所有刀具均退至夹具导套内而不影响工件装卸。钻孔取快速退回行程为120mm，快退长度等于快速引进与工作工进之和，因此快进长度12060=60mm。3.10 机床尺寸联系图1.联系尺寸图的作用和内容一般来说，组合钻床是由标准的通用部件动力箱、动力滑台、侧底座、中间底座加上专用部件主轴箱、刀、辅具系统、夹具、液、电、冷却、润滑、排屑系统组合而成。联系尺寸图用来表示机床各组成部件的相互装配和运动关系，以检验机床各部件的相对位置及尺寸联系是否满足要求，通用部件的选择是否合适，并为进一步开展主轴箱、夹具等专用部件、零件的设计提供依据。联系尺寸图也可以看成是简化的机床总图，它表示机床的配置型式及总体布局。 图3-7 机床尺寸联系图如图3-7所示，机床联系尺寸图的内容包括机床的布局形式，通用部件的型号、规格、动力部件的运动尺寸和所用电动机的主要参数、工件与各部件间的主要联系尺寸，专用部件的轮廓尺寸等。2.选用动力部件选用动力部件主要选择型号、规格合适的动力滑台、动力箱。(1)滑台的选用。通常，根据滑台的驱动方式、所需进给力、进给速度、最大行程长度和加工精度等因素来选用合适的滑台。（a）驱动形式的确定。根据对液压滑台和机械滑台的性能特点比较，并结合具体的加工要求，使用条件选择HY系列液压滑台。（b）确定轴向进给力。滑台所需的进给力 （3-6） 46447+31374167011 （3-7） 5770.15 83.6mm/min式中 主轴加工时所产生的轴向力。由于滑台工作时，除了克服各主轴的轴的向力外，还要克服滑台移动时所产生的摩擦力。因而选择滑台的最大进给力应大于67.011kN。（c）确定进给速度。液压滑台的工作进给速度规定一定范围内无级调速，对液压滑台确定切削用量时所规定的工作进给速度应大于滑台最小工作进给速度的0.51倍;液压进给系统中采用应力继电器时，实际进给速度应更大一些。本系统中进给速度mm/min。所以选择A液压滑台，工作进给速度范围12.5500mm/min，快速移动速度8 m/min。（d）确定滑台行程。滑台的行程除保证足够的工作行程外，还应留有前备量和后备量。前备量的作用是动力部件有一定的向前移动的余地，以弥补机床的制造误差以及刀具磨损后能向前调整。本系统前备量为30mm，后备量的作用是使动力部件有一定的向后移动的余地，为方便装卸刀具，取40mm,所以滑台总行程应大于工作行程，前备量，后备量之和。综合上述条件，确定液压动力滑台型号A。(2)由下式估动力箱的选用。动力箱主要依据主轴所需的电动机功率来选用，在主轴箱没有设计之前，可算 （3-8）4.6kw式中：主轴箱传动效率，加工黑色金属时0.80.9；有色金属时0.70.8，本系统加工45钢，取0.7。动力箱的电动机功率应大于计算功率，并结合主轴要求的转速大小选择。因此，选用电动机型号为的I型动力箱，动力箱输出轴至箱底面高度为159.5mm。主要技术参数如下表：表3-4电机参数表主电机传动型号转速范围（r/min）主电机功率（kw）电机转速输出转速Y132S-414407205.5(3)配套支承部件的选用侧底座选1CC4013.确定装料高度装料高度指工件安装基面至机床底面的垂直距离，在现阶段设计组合钻床时，装料高度可视具体情况在H5801060mm之间选取，本系统取装料高度为880mm。4.中间底座轮廓尺寸中间底座的轮廓尺寸要满足工件及夹具在其上面安装的需要，又考虑到与滑台侧底座相连接。因此，中间底座的宽为600mm,长度为800mm。5.确定主轴箱轮廓尺寸 标准通用主轴箱厚度是一定的卧式325mm。因此，确定主轴箱，主要是确定主轴箱的宽度B和高度H及最低主轴高度 B=b+2 （3-9） H=h+ （3-10）式中 b工件在宽度方向相距最远的两孔的距离 b=210mm;最边缘主轴中心至箱体壁距离 70100mm 取=100mm;h工件在高度方向相距最远的两孔距离 h=200.5mm;最低轴高度。=69.5+880-(0.5+560+320)=69B=210+2100=410mm H=h+h1+b1=200.5+69+100=369.5mm查组合钻床设计简明手册，P135表7-1并综合其与动力箱的配套规格选取主轴箱体规格尺寸630500。6.机床分组为了便于设计和组织生产，组合钻床各部件和装置按不同功能划分编组。本机床编组如下：第10组 左滑台侧底座第20组 夹具第11组 右滑台侧底座第12组 中间底座第30组 电气装置第40组 传动装置第60组 刀具第61组 工具第71组 左主轴箱第72组 右主轴箱384 主轴箱设计4.1 主轴箱的基本结构及表达方法主轴箱是组合钻床的重要专用部件。它是根据加工示意图所确定的工件加工孔的位置、切削用量和主轴类型设计的传递各主轴运动的动力部件。其动力来自通用的动力箱，与动力箱一起安装于进给滑台，可完成钻、扩、铰、镗孔等加工工序。主轴箱按结构特点分为通用(即标准)主轴箱和专用主轴箱两大类。前者结构典型，能利用通用的箱体和传动件；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，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。4.2 通用箱体通用主轴箱主要由箱体类零件、主轴、传动轴、齿轮以及润滑和防油元件等组成，在主轴箱体的内腔，可安装厚度为24mm的齿轮三排或厚度32mm的齿轮两排；在后盖内，可安装一排（后盖厚度为90mm、100mm时）或者两排（后盖厚度为125mm时）齿轮通用箱体类零件的编号方法：图4-1 零件编号4.2.1 通用箱体类零件它包括主轴箱箱体、前盖、后盖、上盖和侧盖。箱体材料为HT200，前、后盖材料为HT150，上盖材料为HT150。主轴箱体规格依据动力箱规格进行选择。主轴箱后盖与动力箱的结合面上联接螺孔、定位销孔的大小、位置应与动力箱联系尺寸相适应。主轴箱箱体的标准厚度为180mm，用于卧式组合钻床的主轴箱前盖厚度为55mm，基型后盖厚度为90mm变型后盖厚度为50mm、100mm、125mm三种，可根据主轴箱内传动系统安排和动力箱与主轴箱的连接情况合理选用。 图4-2 组合钻床主轴箱箱体4.2.2 通用钻削类主轴按支承型式可分为三种：(1)滚锥轴承主轴；前后支承均为圆锥滚子轴承。这种支承可承受较大的径向和轴向力，且结构简单、装配调整方便，广泛用于扩、镗、铰孔和攻螺纹等加工；当主轴进退两个方向都有轴向切削力时常用此种结构；(2)滚珠轴承主轴：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。固推力球轴承设置在前端，能承受单方向的轴向力，适用于钻孔主轴；(3)滚针轴承主轴：前后支承均为无内环滚针轴承和推力球轴承。当主轴间距较小时采用。 图4-3 通用钻削类主轴4.3 主轴箱的设计主轴箱是组合钻床的主要部件之一，按专用要求进行设计，由通用零件组成。其主要作用是，根据被加工零件的加工要求，安排各主轴位置，并将动力和运动由电动机或者动力部件传给各工作主轴，使之得到要求的转速和转向。主轴箱按结构大小分为大型主轴箱和小型主轴箱。按结构特点分为通用（标准）和专用主轴箱。4.3.1 绘制主轴箱设计原始依据图原始依据图的主要内容如下：(1)根据机床联系尺寸图，绘制主轴箱外形图，并标注轮廓尺寸和驱动轴O1定位销孔的坐标值。(2)根据联系尺寸图和加工示意图，画出工件与主轴箱的对应位置尺寸，标注所有主轴的坐标值及工件轮廓尺寸。在原始依据图中注意：工件与主轴箱的摆放位置，一般情况下，工件在主轴箱前面。如图4-4所示，主轴箱的两定位销孔中心线连线为横坐标，箱体中心垂线为纵坐标。 (3)标注各主轴的转速及转向。逆时针转向不标，只标顺时针转向主轴。 (4)列表说明主轴的工序内容，切削用量及主轴的外伸长度。(5)表明动力部件的型号及其性能参数。图4-4 主轴箱设计原始依据图4.3.2 确定主轴结构型式及齿轮模数一般情况根据工件加工工艺、刀具和主轴的连接结构和刀具的进给抗力及切削转矩来确定主轴的结构形式。钻削加工主轴，需要承受较大的单向轴向力，故最好选用向心球轴承和推力球轴承组合的支承结构，且推力球轴承布置在主轴前端；如果主轴前进和后退时都需要进行切削时，可选用前后支承都是圆锥滚子轴承的主轴结构，以便承受两个方向的轴向力；如果主轴孔间距较小，可选用滚针轴承和推力球轴承组合的支承结构，但是这种结构的主轴精度和装配工艺性均较差，除非必要时最好不选用，本设计是钻孔加工，选用向心球轴承和推力球轴承组合的主轴结构。主轴箱内所有传动轴直径根据主轴直径25mm暂时确定为30mm，待传动系统设定好以后进行检验。主轴采用向心球轴承和推力球轴承组合，传动轴采用圆锥滚子轴承。齿轮模数用估算公式 （4-1）式中所估算的齿轮模数（mm）；齿轮所传递的功率（）；对啮合齿轮中的小齿轮齿数；小齿轮的转速（r/min）主轴箱的齿轮模数按驱动轴齿轮估算：。 表4-1 通用齿轮系列参数齿轮种类宽度（）齿 数模数（）孔径（）数量传动齿轮2416502,2.5,315,20,25,30,35,40384321650，5070仅偶数2,2.5,3,425,30,35,40,50,60589动力头齿轮84（A型）21263,420,25,30,35,40,50,602244（B型）25,30,40,50-电机齿轮76、78、7921263,422,28,32,3816按照通用齿轮系列参数，且方便生产，选择传动齿轮的模数为3，动力箱齿轮的模数为3 mm。4.4 主轴箱的传动系统设计组合钻床主轴箱的传动系统就是用一定数量的传动元件，把动力箱的输出轴与主轴连接起来，组成一定的传动链，并满足轴的转速和转向要求。主轴箱的传动系统主要是指齿轮传动路线的设计。是指驱动轴（动力箱或电机轴）的运动通过什么样的传动路线，采用多少级齿轮传动，并且这些齿轮布置在主轴箱的什么位置上，最后把运动传到主轴，使其获得规定的转速。齿轮传动路线的设计是主轴箱设计中最关键的一步，因为他直接影响着主轴箱部件的质量和零件的通用化程度。齿轮传动设计的一般原则是力求在保证足够的强度和刚度条件下，使传动链最短，即采用较少的传动轴和传动齿轮来实现传动。1.主轴箱的特点是：针对某零件的特定加工工序恒速加工，传动链短；主轴同时加工，传动链分支多。因此，主轴箱传动设计，以获得需要的主轴转速和旋向为原则，不存在通用机床前缓后急的最小传动比限制，甚至可以用升速传动副驱动主轴。对主轴箱传动系统的一般要求：(1)从面对主轴的位置看去，所有主轴（特殊主轴要求除外）应逆时针方向旋转。(2)保证转速和转向的前提下，应力求用最少的传动轴和齿轮（数量和规格）。因此，应尽可能用一根传动轴同时带动多根主轴，并将齿轮布置在同一排位置上。当齿轮啮合中心距不符合标准时，可用变位齿轮或略微改变传动比的方法解决。(3)尽量避免主轴兼作传动轴用，以免增加主轴负荷，影响加工质量。遇到主轴分布较密，布置齿轮的空间受到限制，或主轴负荷较小，加工精度要求布告时，也可用一根强度较高的主轴带动12根主轴的传动方式。(4)主轴箱内齿轮传动副的最大传动比imax=2，最小传动比imin=2-1；最佳传动比为1.5-1i1.5，以使主轴箱结构紧凑。后盖内的齿轮传动比imax2，imin3.5；除非传动链的最后可采用升速传动外，应尽可能避免升速传动，以避免空转功率损失。(5)用于粗加工主轴上的齿轮。应尽可能设置在前端第排，以减少主轴的扭转变形；精加工主轴上的齿轮，应设置在第排以减少主轴的弯曲变形。(6)同一主轴箱内，如有粗精加工主轴，最好从动力箱驱动轴后，就分两条路线传动，以免影响精加工主轴的加工精度。(7)刚性镗孔主轴上的齿轮，其分度圆半径要尽可能大于被加工的孔的孔径，以减少震动，提高运动平稳性。(8)驱动轴直接带动的传动轴数不超过2根，以免装配困难。2.拟订传动路线的基本方法拟订传动路线的基本方法是：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。这就是“从主轴的布置开始，最后引到驱动轴上”。但是驱动轴的中心必须落在主轴箱箱体宽度的中心线上，其中心高度则从选定的动力箱联系尺寸图中确定。在生产中遇见的主轴分布情况，可以归纳为：圆周分布的主轴：在圆周上可能是等分的，也可能是不等分的；其转速可能是相同的，也可能是不同的。通常是在圆心的位置上布置传动轴同时传动所有的主轴/但这时必须考虑分布圆的直径大小和传动速比的限制。对于直线分布的主轴，可以用一根传动轴同时传动几根主轴；或者选择他们的近似圆的圆心，在圆心的位置上传动轴同时传动几根主轴。这时中心距可能会产生误差，经常采用变位齿轮修正的方法来解决。对于任意分布的主轴，可以根据任意三点为一个圆的原则，在圆心位置上布置传动轴同时传动三根主轴；或者与直线分布的主轴一样用一根传动轴同时传动几根主轴。针对此次设计的主轴箱。为单轴，故主轴在箱体中心位置。3.确定传动轴的位置及齿轮齿数驱动轴的直径为40mm，由机械零件设计手册知：图示齿轮t=43.3mm。当时，驱动轴上最小齿轮齿数为： (4-2) 由组合钻床设计简明手册