立卧式33轴组合机床上主轴箱设计.docx
《立卧式33轴组合机床上主轴箱设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《立卧式33轴组合机床上主轴箱设计.docx（27页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
立卧式33轴组合机床上主轴箱设计
立卧式33轴组合钻床上主轴箱设计
摘要
机械制造装备的发展是机械工业最主要的环节，目前，机械加工对精度要求越来越高，机械工厂为了降低加工成本，提高加工质量，导致组合机床在制造业中应用越来越广，并已显示出巨大的优势。
本组合机床主要是保证被加工零件的尺寸精度和位置精度要求，高速高效地完成对缸体的加工，设计了本组合机床。
在设计过程中借鉴了国内外一些现有的组合机床设计资料。
在组合机床的设计中，主轴箱加工工艺是关键。
“三图一卡”包括加工零件工序图，加工示意图，机床总图，生产效率计算卡，在此基础上，绘制了上主轴箱设计的原始依据图，拟订了主轴箱的传动路线，应用最优化方法布置齿轮。
确定传动参数，绘制了上主轴箱装配图、箱体补充加工图，进行了轴、齿轮等零件的强度校核。
较好地完成了设计要求，在提高了产品质量的前提下，提高了效益。
大体掌握了组合机床的制造过程。
组合机床上主轴箱的基础环节是绘制上主轴箱树形图，主轴箱属性图实际上是借鉴了通用机床主传动系统设计中使用的转速图、结构图经演化而得。
由于主轴箱传动系统是一个原动件带动多个从动件，没有变速机构，而传动路线条数却很多，出现许多分支。
从图形上看，驱动轴相当于树根，各主轴及油泵轴均为末端件，相当于各条树枝的末梢，故形象地命名为“树形图”。
关键词：
组合机床,上主轴箱,三图一卡,树形图
Horizontaldouble33shaftcombinationdrillingmachine
leftspindleboxdesign
Author：
yangyaowen
Tutor：
JiaBaiHe
Abstract
Machinerymanufacturingequipmentisthedevelopmentofthemachineryindustrythemostmainlink,atpresent,mechanicalprocessingtotheprecisionrequirementmoreandmorehigh,machineryfactoryinordertolowermanufacturingcosts,improvethemachiningquality,thecombinationmachinetoolsinthemanufacturingindustryismoreandmoreextensiveapplication,andhasshowngreatadvantage.Combinationmachinetoolsismainlybythesizeoftheprocessingcomponentstoensuretheprecisionandlocationaccuracy,highspeedandhighefficienttothefinishofmachining.Inthedesignofthecombinationmachinetools,spindleboxprocessingtechnologyisthekey.Drawspindleboxdesignoriginalmovedtofigure,drawsupthespindleboxtransmissionline,applicationoptimizationmethodsdecorategear,suredriveparametersanddrawthespindlebox,boxaddedprocessingchartassemblydrawings,andaxle,gearsandpartsofintensity.
Combinationmachinetoolsspindleboxfoundationlinkisdrawingspindleboxtreestructures,spindleboxtreestructuresisactuallylessonsfromthegeneralmachinemaintransmissionsystemusedinthedesignofthespeeddiagram,thestructureoftheevolution.Duetothespindleboxtransmissionsystemisaformermoveadrivemorefollower,nospeedchanginginstitutions,andtransmissionlinenumberbutmanyarticle,appearmanybranches.Fromgraphics,itisequivalenttotherootsofthedriveshaft,thespindleandoilpumpshaftareattheendofathing,whichisequivalenttothevariousperipheralbranches,sotheimageofthenamed"treestructures".
Keywords:
transferandunitmachine,Headstock,athreechartscardTrees
1绪论
1.1课题背景及目的
组合机床（图1.1）是根据工件加工需要，以大量通用部件为基础，配以少量的专用部件组成的一种高效专用机床，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。
通用部件按其功能通常分为五大类。
1）动力部件动力部件是用于传递动力，实现工作运动的通用部件。
2）支承部件支撑部件是用于安装动力部件、输送部件等的通用部件。
3）输送部件输送部件是具有定位和加紧装置、用于安装工件并运送到预定工位并运送到预定工位的通用部件。
4）控制部件控制部件用来控制具有运动动作的各个部件，以保证实现组合机床工作循环。
5）辅助部件辅助部件包括定位、加紧、润滑、冷却、排屑以及自动线的清洗机等各种辅助装置。
主轴箱是组合机床的重要组成部分。
包括通用主轴箱和专用主轴箱，本设计的是通用主轴箱，包括主轴，传动轴，动力部件以及其他辅助装置。
图1.1组合钻床图
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。
组合机床具有如下的特点：
1）主要用于棱体类零件和杂件的孔面加工。
2）生产率高。
因为工序集中，可多面、多工位、多轴、多刀同时自动加工。
3）加工精度稳定。
因为工序固定，可选用成孰的通用部件、精密夹具和自动工作循环来保证加工精度的一致性。
4）研制周期短，便于设计、制造和使用维护，成本低。
因为通用化、系列化、标准化程度高，通用零部件占70％～90%，通用件可组织批量生产进行预制或外购。
5）自动化程度高，劳动强度低。
6）配置灵活。
因结构是模块化、组合化。
可按工件或工序要求，用大量通用部件和少量专用部件灵活组成各种类型的组合机床及自动线；机床易于改装：
产品或工艺变化时，通用部件一般还可以重复利用。
1.2组合机床的分类和组成
组合机床的通用部件分大型和小型两大类。
大型通用部件是指电机功率为1.5～30千瓦的动力部件及其配套部件。
这类动力部件多为箱体移动的结构形式。
小型通用部件是指电机功率为1～2.2千瓦的动力部件及其配套部件，这类动力部件多为套筒移动的结构形式。
用大型通用部件组成的机床称为大型组合机床。
用小型通用部件组成的机床称为小型组合机床。
按设计的要求本次设计的机床为大型通用机床。
组合机床除分为大型和小型外，按配置形式又分为单工位和多工位机床两大类。
单工位机床又有单面、双面、三面和四面几种，多工位机床则有移动工作台式、回转工作台式、中央立柱式和回转鼓轮式等配置形式。
1.3国内外研究状况
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，因而产生了组合机床。
最早的组合机床是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，确定了组合机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，组合机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／1000毫米，表面粗糙度可低达2.5～0.63微米；镗孔精度可达IT7～6级，孔距精度可达0.03～0.02微米。
组合机床一般采用多轴、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。
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。
动力部件是为组合机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。
为了使组合机床能在中小批量生产中得到应用，往往需要应用成组技术，把结构和工艺相似的零件集中在一台组合机床上加工，以提高机床的利用率。
这类机床常见的有两种，可换主轴箱式组合机床和转塔式组合机床。
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。
1.4论文构成及研究内容
目前，组合机床主要用于平面加工和孔加工两类工序。
其中孔加工包括钻、扩、铰、镗孔以及倒角、切槽、攻螺纹等。
随着综合自动化的发展，其工艺范围正在扩大到车外圆、行星铣削、拉削等工序。
此外还可以完成焊接、热处理、自动装配和检索、清洗等非切削工作。
组合机床在汽车、拖拉机、柴油机、电机、仪器仪表、军工等行业大批大量生产中以获得广泛的应用；在一些中小批量生产的企业，如机床、机车、工程机械等制造业中也已推广应用。
组合机床最适宜于加工各种大中型箱体类零件，如汽缸盖、汽缸体、变速箱体、电机座等。
我国组合机床技术的发展起步比较晚，但通过不断引进大量先进的技术和设备，经过科技人员的积极消化和吸收，与时俱进，努力奋斗，使我国的组合机床技术有了迅速发展。
本次毕业设计题目为立卧式双面33轴组合钻床上主轴箱设计，主要有以下几部分组成：
绪论、总体结构设计、多轴箱设计。
另外论文还包括总体结构图和主要零件的结构图。
本次设计研究的主要是立卧式双面33轴组合钻床上主轴箱设计，本次设计重点放在多轴箱的结构设计上，同时介绍齿轮位置的设计和齿轮轴以及其它部件的选用。
2加工工艺分析
加工对象：
气缸缸体
材料牌号：
HT250
材料硬度：
HB190～240
加工内容：
在顶面上扩孔16个孔和钻一个通孔
生产批量：
5万台/年
工艺方案的拟定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、结合机床常用工艺方法、充分考虑各种影响因素，并经过技术经济分析后拟定出先进、合理、经济、可靠的工艺方案。
本工序中包含（图2.1）：
1）在顶面上扩14个孔，扩深35.5mm。
2）在顶面上扩2个孔，扩深11mm。
3）在顶面钻1个通孔，钻钻通。
图2.1加工工件工序图
本工序中满足工艺方案基本原则：
粗精加工分开原则；工序集中原则（适当考虑相同类型工序的集中；有相对位置精度要求的工序应集中加工）。
满足在制定加工一个工件的几台成套机床或流水线的工艺方案时，应尽可能使精加工集中在所有粗加工之后，以减少内应力变形影响，有利于保证加工精度。
3多轴箱的基本结构及表达方法
多轴箱是组合机床的重要专用部件。
它是根据加工示意图所确定的工件加工孔的数量和位置、切削用量和主轴类型设计的传递各主轴的动力部件。
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。
多轴箱一般具有多根轴同时对一列孔系进行加工。
但也有单轴的，用于镗孔居多。
多轴箱按结构特点分为通用（即标准）多轴箱和专用多轴箱两大类。
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，故专用多轴箱通常指“刚性主轴箱”，即采用不需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。
通用多轴箱则采用标准主轴，借助导向套引导刀具的设计方法基本相同。
处于本设计的考虑，下面仅介绍大型通用多轴箱的设计。
3.1多轴箱的组成
大型通用多轴箱由箱体、主轴、传动轴、齿轮和附加机构等组成，其基本结构包括：
箱体、前盖、后盖、上盖、侧盖等箱体类零件；主轴、传动轴、手柄轴、传动齿轮、动力箱或电动机齿轮13等传动类零件；叶片泵、分油器、注油标、排油塞、油盘（立式多轴箱不用）和防油套等润滑及防油元件。
在多轴箱箱体内腔，可安排两排32mm宽的齿轮或三排24mm宽的齿轮；箱体后壁与后盖之间可安排一排或两排24mm宽的齿轮。
3.2多轴箱总图绘制方法特点
（1）主视图用双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、液压泵轴的转速和转向。
（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。
3.3多轴箱通用零件
多轴箱通用零件包括：
通用箱体类零件、通用主轴、通用传动轴、通用齿轮和套。
为节约时间，把握设计重点，其详细不在此列说。
此处省略 NNNNNNNNNNNN字。
如需要完整说明书和相应的设计图纸等.请联系在线扣扣：
九七一九二零八零零另提供全套机械毕业设计下载！
4多轴箱的设计
目前多轴设计有一般设计法和电子计算机辅助设计法两种。
计算机设计多轴箱，由人工输入原始数据，按事先编制的程序，通过人机交互方式，可迅速、准确的设计传动系统，绘制多轴箱总图、零件图和箱体补充加工图，打印出轴孔坐标及组件明细表。
一般设计发的顺序是：
绘制多轴箱设计原始依据图；确定主轴结构、轴颈及齿轮拟定传动系统；计算主轴、传动轴坐标（也可用计算机计算和验算箱体轴孔的坐标尺寸）、绘制坐标检查图；绘制多轴箱总图，零件图及编制组件明细表。
具体内容和方法简述如下。
4.1绘制多轴箱设计原始依据图
多轴箱设计原始依据图是根据“三图一卡”绘制的。
其主要内容及注意事项如下：
1）根据机床联系尺寸图，绘制对轴箱外形图，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。
在绘制主轴位置时，要特别注意：
主轴和被加工零件在机床上是面对面安放的，因此，多轴箱主视图上的水平方向尺寸与零件工序图上的水平方向尺寸正好相反。
其次，多轴箱上的坐标尺寸基准和零件工序图上的基准经常不重合，应根据多轴箱与加工零件的相对位置找出统一基准，并标出其相对位置关系尺寸，然后根据零件工序图各孔位置尺寸，算出多轴箱上各主轴坐标值。
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（面对主轴看）可不标，只注顺时针转向。
4）标明动力部件型号及其性能参数等。
图4.1所示为立卧式双面33轴组合钻床上主轴箱设计原始依据图。
图4.1多轴箱设计原始依据图
注：
1.被加工零件编号及名称：
YTR3105.020101气缸体。
材料及硬度：
HT250，190～240HBS。
2.主轴外尺寸及切削用量（表4.1）。
3.动力部件1TD32Ⅱ，电动机功率3KW，电动机转速715r/min。
表4.1主轴外尺寸及切削用量
轴号
主轴外伸尺寸（mm）
切削用量
D/d
L
工序内容
n（r/min）
v（m/min）
f（mm/min）
1、2、
3、4
5、6
40/28
115
扩
320
12
50
7、10、11、1415、16
32/20
115
扩
320
12
50
8
32/20
115
钻通孔
260
12.25
50
9、12
25/16
85
扩
320
12
50
13、17
25/16
85
扩
320
11.76
50
4.2主轴、齿轮的确定及动力计算
4.2.1主轴型式和直径、齿轮模数的确定
（1）主轴形式的确定主轴的型式和直径，主要取决于工艺方法、刀具主轴连接结构、刀具的进给抗力和切削转矩。
如钻孔时常采用滚珠轴承主轴；扩、镗、铰孔等工序常采用滚锥轴承主轴；主轴间距较小时常选用滚针轴承主轴。
根据零件上的轴与轴之间的距离和轴上的转速以及进给，安排轴上的齿轮的大小，根据齿轮的大小，初步选定轴的轴径。
主轴1～6选半径为12.5mm;主轴7、8、10、11和14～16轴半径选为10mm；主轴9、12、13、17选半径为7.5mm。
主轴直径按加工示意图所示主轴类型及外伸尺寸可初步确定。
传动轴的直径也可参考主轴直径大小初步选定。
待齿轮传动系统设计完后再检验某些关系轴颈。
主轴1～6以及7、10、11、14～16轴选用前后支承均为圆锥滚子轴承，这中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。
主轴8可以使用滚珠轴承主轴，前支承为推力球轴承和向心轴承、后支承为向心球轴承。
因为推力轴承设置在前端，能承受单方向的轴向力，适用于钻孔主轴。
主轴9、12、13、17主轴间距较小，采用滚针轴承主轴，前后支承均为无内环滚针轴承和推力球轴承。
（2）齿轮模数的确定齿轮模数m（单位为mm）一般用类比法确定，也可按公式估算。
本次设计多采用类比法。
同时为了便于生产，同一多轴箱中的模数规格一般不多余两种。
现本设计中采用的模数为2、3mm。
4.2.2多轴箱所需动力的计算
多轴箱的动力计算包括多轴箱所需要的功率和进给力两项。
传动系统确定后，多轴箱所需功率按下列公式计算：
式中——切削功率，单位KW；
——空转功率，单位KW；
——与负荷成正比的功率损失，单位KW。
每根主轴的切削功率，由选定的切削用量按公式计算或查表获得；每个轴上的空转功率按［1］中的表4－6确定；每根轴上的功率损失，一般可取所传递功率的1%。
（1）切削功率的计算主轴8加工的工序内容和切削用量。
主轴8的切削转矩。
进给量
布氏硬度
切削转矩
＝
＝10×171.622×0.267×25.667=11761.41N.mm
主轴8的切削功率
主轴1～7和9～12以及14～16加工的工序内容和切削用量一样，主轴1～7和9～12以及14～16的切削功率一样。
主轴的切削转矩
进给量＝50mm/min＝（50mm/r=0.156mm/r
布氏硬度＝240－
（240－190）＝223.33
每齿进给量===0.65
切削转矩
＝80.6
＝80.67.8650.71225.667
＝3278.5N·mm
主轴1～7和9～12以及14～16的切削功率0.105KW
主轴13和17的切削转矩
进给量＝50mm/min＝（50÷320）mm/r=0.156mm/r
布氏硬度HB
每齿进给量===0.45
切削转矩
＝80.6×××223.33
＝80.6×7.702×0.283×0.53225.667
＝2398.898N·mm
主轴13和17的切削功率
切削功率＝
＝
＝（14KW
1.941KW
（2）空转功率的计算主轴1～6的空转功率按［1］中的表4－6得：
＝0.036KW。
主轴7、10、11、13、14、15的空转功率查［1］中的表4－6得：
＝0.023KW。
主轴8的空转功率查［1］中的表4－6得：
＝0.019KW。
主轴9、12、13、17的空转功率按［1］中的表4－6得：
＝0.013KW。
传动轴的总空转功率查［1］中的表4－6得：
＝0.22KW。
=
＝6×+6×++4+
＝6×0.036+6×0.023+0.019+40.013+0.22
＝0.645KW
（3）损失功率的计算总的功率损失＝
＝0.19KW
多轴箱所需功率＝1.941+0.645+0.19＝2.771KW
4.3多轴箱传动设计
4.3.1拟定传动路线
把主轴1、2、3视为一组同心圆主轴，在其圆心（即三主轴轴必组成的三角形外接圆圆心）处设中心传动轴27；把主轴4、5、6视为一组同心圆主轴，在其圆心（即三主轴轴必组成的三角形外接圆圆心）处设中心传动轴19，再在中心传动轴19上加齿轮与驱动轴0连接起来；把主轴11、14、15视为一组同心圆主轴，在其圆心（即三主轴轴必组成的三角形外接圆圆心）处设中心传动轴30；把主轴12、13视为一组直线分布主轴，在两主轴中心连线的垂直平分线上设中心传动轴29，再在中心传动轴29上加齿轮连接主轴14；在中心传动轴27上加齿轮和中心传动轴29加齿轮用轴28连接起来；把主轴10,16视为一组直线分布主轴，在两主轴中心连线的垂直平分线上设中心传动轴24；把主轴16、17视为一组直线分布主轴，在两主轴中心连线的垂直平分线上设中心传动轴25；中心传动轴24用轴2连接起来，主轴9和传动轴22用轴23连接，传动轴22和主轴5通过传动轴21连接起来。
在主轴6上加齿轮通过传动轴把主轴7连接起来，主轴7和主轴8通过传动轴26连接起来。
各轴之间的传动副为“树枝”，箭头表示传递方向（线路）。
运用传动树形图对多轴箱进行传动方案设计较为清晰、简便。
图4.2多轴箱传动树形图
4.3.2确定驱动轴、主轴坐标尺寸
根据原始依据图4.1，算出驱动轴、主轴坐标尺寸，如表4.2所示。
表4.2驱动轴、主轴坐标值
坐标
销0
驱动轴0
主轴1
主轴2
主轴3
主轴4
主轴5
X
0.000
350.000
159.500
223.000
286.500
350.000
413.500
Y
0.000
95.000
211.490
172.490
211.490
172.490
升级会员 