專用支架鉆、擴(kuò)孔組合機(jī)床左多軸箱設(shè)計(jì)
專用支架鉆、擴(kuò)孔組合機(jī)床左多軸箱設(shè)計(jì),專用,支架,擴(kuò)孔,組合,機(jī)床,軸箱,設(shè)計(jì)
題目：專用支架鉆擴(kuò)孔組合機(jī)床左多軸箱設(shè)計(jì)
撰寫內(nèi)容要求：
設(shè)計(jì)（論文）進(jìn)展?fàn)顩r：
在繪制草圖前，做了大量的學(xué)習(xí)、實(shí)踐工作。收集整理資料，參閱部分收集到的資料，對(duì)論文命題有了更深的認(rèn)識(shí)。查找與設(shè)計(jì)相關(guān)的資料與文獻(xiàn)，對(duì)其進(jìn)行整理與分析，結(jié)合前人的研究成果，完成了多軸箱的總體設(shè)計(jì)，繪制了主軸傳動(dòng)圖。
對(duì)傳動(dòng)的連接方式與傳動(dòng)形式進(jìn)行原因分析和影響分析。并運(yùn)用自己所學(xué)的知識(shí)，對(duì)其所給零件圖進(jìn)行分析與計(jì)算。傳動(dòng)鏈的總體框架已經(jīng)確定，初步確定了26根軸,其中主軸13根，傳動(dòng)軸13根。
存在問題及解決措施：
到目前存在的問題主要有:
（1）對(duì)設(shè)計(jì)所涉及的知識(shí)認(rèn)識(shí)得不夠深刻，所以進(jìn)行的探討不夠深入。（2）研究中引入的數(shù)據(jù)不夠，對(duì)相關(guān)問題的支撐程度不足。（3）設(shè)計(jì)各部分之間的銜接不夠連續(xù)，有的地方傳動(dòng)鏈設(shè)計(jì)的有些模糊。
造成這些問題的原因主要有兩個(gè)，一是從未接觸過類似的設(shè)計(jì)畫圖，二是相關(guān)資料準(zhǔn)備不足，沒有足夠的制圖經(jīng)驗(yàn)。
解決措施:
（1） 多借閱圖書館的相關(guān)書籍認(rèn)真閱讀，上網(wǎng)下載相關(guān)的多軸箱設(shè)計(jì)參考文獻(xiàn)。
根據(jù)公式B=b+2b1 H=h+h1+b1可得 多軸箱選取箱體尺寸為B×H=800×630。
由《組合機(jī)床簡明手冊(cè)》表7—23 電動(dòng)機(jī)用齒輪選取模數(shù)為3，齒數(shù)為24的齒輪，其孔徑為38。
確定傳動(dòng)排數(shù)為兩排，軸1、2、3、4、5為一排，軸8-13為另一排。
計(jì)算主軸直徑為15mm和25mm，其主軸外伸尺寸為L=85mm和L=115mm，D/d=25/16和D/d=40/28。
由表5—39查的電動(dòng)機(jī)型號(hào)為ITD40，型號(hào)為Ⅳ型，電動(dòng)機(jī)功率為4W，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為960r/min，輸出軸轉(zhuǎn)矩為480r/min。
傳動(dòng)比為960/727=1.32/1,理論轉(zhuǎn)速為72/60=1.2/1，在容許的誤差范圍內(nèi)，可用。
在選取電動(dòng)機(jī)主軸位置是參考了《組合機(jī)床簡明手冊(cè)》表5-40 動(dòng)力箱多軸箱、滑臺(tái)的聯(lián)系尺寸可知電機(jī)軸到箱體下底面的距離為160mm。
（2）與同組的同學(xué)進(jìn)行討論，對(duì)有的問題達(dá)成一致，對(duì)比自己的與別人的進(jìn)行分析計(jì)算，設(shè)計(jì)出符合自己的合理的傳動(dòng)方式。傳動(dòng)鏈設(shè)計(jì)圖如下圖所示。
（3）對(duì)AUTOCAD軟件進(jìn)行全方位的學(xué)習(xí)和熟練的掌控，在作圖中遇到的問題多請(qǐng)教老師和同學(xué)。
后期工作安排：
后期工作安排主要圍繞尚存在的問題及為此提供解決方案展開，具體安排見下表：
4—6周：完成方案設(shè)計(jì)，繪制總裝配圖。完成外文翻譯，寫中期報(bào)告；
7—10周：多軸箱工作裝置的具體方案設(shè)計(jì)，圖紙準(zhǔn)備，準(zhǔn)備中期答辯；
11—15周：撰寫畢業(yè)設(shè)計(jì)論文，論文修改，答辯前準(zhǔn)備；
16周：答辯。
指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日
注：1）正文：宋體小四號(hào)字，行距20磅，單面打??；其他格式要求與畢業(yè)論文相同。
2）中期報(bào)告由各系集中歸檔保存，不裝訂入冊(cè)。
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告
題目：專用支架鉆擴(kuò)孔組合機(jī)床左多軸箱設(shè)計(jì)
1. 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）綜述（題目背景、研究意義及國內(nèi)外相關(guān)研究情況）
1.1題目背景、研究意義
?背景和意義:多軸箱是組合機(jī)床中的主要專用部件之一。它要求設(shè)計(jì)者依據(jù)被加工零件上被加工孔的相對(duì)坐標(biāo)尺寸、被加工零件的材質(zhì)等設(shè)計(jì)出能滿足實(shí)際加工要求的多軸箱。通過本題目的設(shè)計(jì)可以使機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)學(xué)生對(duì)四年所學(xué)主要課程有一次較為全面的綜合應(yīng)用，得到一次近乎實(shí)戰(zhàn)的鍛煉機(jī)會(huì)。
組合機(jī)床是由大量的通用部件和少量專用部件組成的工序集中的高效專用機(jī)床。它能夠?qū)σ环N（或多種）零件進(jìn)行多刀、多軸、多面、多工位加工。在組合機(jī)床上可以完成鉆孔、擴(kuò)孔、鉸孔、鏜孔、攻絲、車削、銑削、磨削及滾壓等工序，生產(chǎn)效率高，加工精度穩(wěn)定。多軸箱是組合機(jī)床的重要專用部件。它是根據(jù)加工示意圖所確定的工件加工孔的數(shù)量和位置、切削用量和主軸類型設(shè)計(jì)的傳遞各主軸運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力部件。其動(dòng)力來自通用的動(dòng)力箱，與動(dòng)力箱一起安裝于進(jìn)給滑臺(tái)，可完成鉆、擴(kuò)、鉸、鏜孔等加工工序。
多軸箱一般具有多根主軸同時(shí)對(duì)一列孔系進(jìn)行加工。但也有單軸的，用于鏜孔居多。多軸箱按結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分為通用（即標(biāo)準(zhǔn)）多軸箱和專用多軸箱兩大類。前者結(jié)構(gòu)典型，能利用通用的箱體和傳動(dòng)件；后者結(jié)構(gòu)特殊，往往需要加強(qiáng)主軸系統(tǒng)剛性，而使主軸及某些傳動(dòng)件必須專門設(shè)計(jì)，故專用多軸箱通常指“剛性主軸箱”，即采用不需刀具導(dǎo)向裝置的剛性主軸和用精密滑臺(tái)導(dǎo)軌來保證加工孔的位置精度。通用多軸箱則采用標(biāo)準(zhǔn)主軸，借助導(dǎo)向套引導(dǎo)刀具來保證加工孔的位置精度。通用多軸箱又大型多軸箱和小型多軸箱，這兩中多軸箱的設(shè)計(jì)方法基本相同。
本課題主要設(shè)計(jì)大型通用多軸箱。大型通用多軸箱由通用零件如箱體、主軸、傳動(dòng)軸、齒輪和附加機(jī)構(gòu)等組成。
1.2 國內(nèi)外相關(guān)研究情況
1.2.1 我國組合機(jī)床現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢
我國組合機(jī)床現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢
我國加入WTO 以后，制造業(yè)所面臨的機(jī)遇與挑戰(zhàn)并存、組合機(jī)床行業(yè)企業(yè)適時(shí)調(diào)整戰(zhàn)略，采取了積極的應(yīng)對(duì)策略，出現(xiàn)了產(chǎn)、銷兩旺的良好勢頭，截至2005 年4 月份，組合機(jī)床行業(yè)企業(yè)僅組合機(jī)床一項(xiàng)，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)產(chǎn)量已達(dá)1000 余臺(tái)，產(chǎn)值達(dá)3.9 個(gè)億以上，較2004 年同比增長了10%以上，另外組合機(jī)床行業(yè)增加值、產(chǎn)品銷售率、全員工資總額、出口交費(fèi)值等經(jīng)濟(jì)指標(biāo)均有不同程度的增長，新產(chǎn)品、新技術(shù)較去年年均有大幅度提高，可見行業(yè)企業(yè)運(yùn)營狀況良好。
1.2.2國外組合機(jī)床的發(fā)展?fàn)顩r
???80 年代以來，國外組合機(jī)床技術(shù)在滿足精度和效率要求的基礎(chǔ)上，正朝著綜合成套和具備柔性的方向發(fā)展。組合機(jī)床的加工精度、多品種加工的柔性以及機(jī)床配置的靈活多樣方面均有新的突破性進(jìn)展，實(shí)現(xiàn)了機(jī)床工作程序軟件化、工序高度集中、高效短節(jié)拍和多功能監(jiān)控。組合機(jī)床技術(shù)的發(fā)展趨勢
2. 本課題研究的主要內(nèi)容和擬采用的研究方案、研究方法或措施
2.1主要內(nèi)容：
? 被加工零件孔的直徑及相對(duì)坐標(biāo)尺寸（見零件示意圖）；2）被加工零件的材料為HT200 ；3）工件中心距工作臺(tái)面高115毫米；4）設(shè)計(jì)多軸箱裝配圖及主要零件圖，變位齒輪圖；5）熟悉組合機(jī)床的基本形式形式；6）確定切削用量、計(jì)算切削力、選擇動(dòng)力箱型號(hào)；7）工位間距350毫米，工位對(duì)稱中心線與工作臺(tái)中心線重合。
2.2研究方案:
2.2.1 (1) 運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)：根據(jù)給定的被加工零件，確定機(jī)床的切削用量，通過分析比較擬定傳動(dòng)方案和傳動(dòng)系統(tǒng)圖，確定傳動(dòng)副的傳動(dòng)比及齒輪的齒數(shù)，并計(jì)算主軸的實(shí)際轉(zhuǎn)速與標(biāo)準(zhǔn)的相對(duì)誤差。
(2) 動(dòng)力設(shè)計(jì)：根據(jù)給定的工件，初算傳動(dòng)軸的直徑、齒輪的模數(shù)；確定動(dòng)力箱；計(jì)算多軸箱尺寸及設(shè)計(jì)傳動(dòng)路線。完成裝配草圖后，要驗(yàn)算傳動(dòng)軸的直徑，齒輪模數(shù)否在允許范圍內(nèi),還要驗(yàn)算主軸主件的靜剛度。
(3) 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：進(jìn)行主運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)軸系、變速機(jī)構(gòu)、主軸主件、箱體、潤滑與密封等的布置和機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì),即繪制裝配圖和零件工作圖。
3. 本課題研究的重點(diǎn)及難點(diǎn)，前期已開展工作
本課題的重點(diǎn)和難點(diǎn)：多軸箱中傳動(dòng)軸的傳動(dòng)設(shè)計(jì)方案是本課題的重點(diǎn)與難點(diǎn)，再設(shè)計(jì)是應(yīng)該考慮設(shè)計(jì)時(shí)傳動(dòng)鏈之間相互不影響的前提下，盡可能減少傳動(dòng)軸的個(gè)數(shù)與傳動(dòng)的功率、傳動(dòng)時(shí)的精度。
前期已開展的工作：查閱各種學(xué)術(shù)文獻(xiàn)，期刊雜志，科技報(bào)紙等資料深入了解本課題內(nèi)容以及組合機(jī)床多軸箱的具體狀況，分析部件的工作原理。
4. 完成本課題的工作方案及進(jìn)度計(jì)劃（按周次填寫)
1—4周：查找資料，完成開題報(bào)告；5—10周：完成方案設(shè)計(jì)，繪制總裝配圖。完成外文翻譯，寫中期報(bào)告；11—14周：完成全部技術(shù)設(shè)計(jì)； 15—17周：撰寫畢業(yè)設(shè)計(jì)論文；18周：答辯前準(zhǔn)備。
5 指導(dǎo)教師意見（對(duì)課題的深度、廣度及工作量的意見）
指導(dǎo)教師：
年 月 日
6 所在系審查意見：
系主管領(lǐng)導(dǎo)：
年 月 日
參考文獻(xiàn)
[1] 裘愉. 從幾個(gè)側(cè)面看組合機(jī)床的發(fā)展動(dòng)向.組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù)，1994 年第11 期
[2] 李明、王合增、張應(yīng)午.組合機(jī)床的發(fā)展趨勢及企業(yè)的對(duì)策.機(jī)械產(chǎn)品與科技，2002 年第1 期
[3] 李如松．組合機(jī)床和自動(dòng)線的技術(shù)發(fā)展．組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù)，1999．(1)：5～10
[4] 佟璞瑋.組合機(jī)床行業(yè)概況及今后發(fā)展對(duì)策.組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù)，1996 年第8 期：2—8
[5] 沈陽工業(yè)大學(xué)、大連鐵道學(xué)院、吉林工學(xué)院編.組合機(jī)床設(shè)計(jì).上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，1985.
[6] 謝家瀛.組合機(jī)床設(shè)計(jì)簡明手冊(cè).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1992.
[7] 東北重型機(jī)械學(xué)院、洛陽農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)院、長春汽車廠工人大學(xué).機(jī)床夾具設(shè)計(jì)手冊(cè).上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，1980.
[8] 李慶余、張佳.機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003.8.
[9] 王先逵.機(jī)械制造工藝學(xué).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1995.11.
[10] 李鐵堯.金屬切削機(jī)床.北京：機(jī)械工業(yè)出版社.1990.
[11] 胡家秀.機(jī)械零件設(shè)計(jì)實(shí)用手冊(cè).北京：機(jī)械工業(yè)出版社. 1999.
[12] 黃鶴汀.金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì).上海：上?？萍嘉墨I(xiàn)出版社. 1986.
[13] 大連組合機(jī)床研究所編．組合機(jī)床設(shè)計(jì).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1985.
[14] 葉偉昌.主編．機(jī)械工程及自動(dòng)化簡明設(shè)計(jì)手冊(cè)[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2001.
[15] 大連組合機(jī)床研究所編．組合機(jī)床設(shè)計(jì)參考圖冊(cè)[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1975.
[16] 趙家齊編.機(jī)械制造工藝學(xué)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010.
[17] 哈爾濱工業(yè)大學(xué)、哈爾濱市教育局.專用機(jī)床設(shè)計(jì)與制造.哈爾濱：黑龍江人民出版社，1979.
[18] 從鳳廷，遲建山.組合機(jī)床設(shè)計(jì)[M].上海：上?？茖W(xué)出版社，1993.
[19] Ling C，Yip-Hoi D，Koren Y．Operation Clustering in Process Planning for Reconfigurable M achining System Desig[J]．The 2000 Japan——USA Symposium on Flexible Automation (2000 JUSFA)，Ann Ar—bor，USA，2000.
[20] Koren,Y.,Heisel,U.Reconfigurable Manufacturing Systems [J]. Annals of the CIRP .1999,48(2):527～540
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本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)
題目：專用支架鉆擴(kuò)孔組合機(jī)床左多
軸箱設(shè)計(jì)
專用支架鉆擴(kuò)孔組合機(jī)床左多軸箱設(shè)計(jì)
摘 要
本文介紹了一種專用支架鉆擴(kuò)孔組合機(jī)床左多軸箱的設(shè)計(jì)，前期文中對(duì)現(xiàn)代組合機(jī)床和以后的組合機(jī)床的發(fā)展有個(gè)大概的概述，后面是主要的設(shè)計(jì)計(jì)算具體過程，主要的內(nèi)容如下，根據(jù)被加工零件的具體要求，如何確定機(jī)箱型號(hào)，確定切削量，運(yùn)動(dòng)參數(shù)和動(dòng)力參數(shù)，以及主軸和傳動(dòng)軸的軸頸確定，然后根據(jù)各軸的位置確定出合適的傳動(dòng)鏈和齒輪的選取，并計(jì)算出各軸的位置坐標(biāo)，最后校核齒輪的中心距，特殊軸和軸承的強(qiáng)度，具體步驟見下文。
關(guān)鍵詞：組合機(jī)床；多軸箱；主軸；傳動(dòng)軸；齒輪
I
Special Support Drilling and Reaming Left Spindle Box of Modular Machine Tool Design
Abstract
In this paper, a special seat drilling and reaming left spindle box of modular machine tool design, the prophase of the modern combination machine tools and later a general overview of the development of modular machine tool, is behind the main design and calculation of the specific process, main content is as follows, according to the specific requirements of processed spares, how to determine the case model, determine the cutting quantity, motion parameters and dynamic parameters, as well as the journal main shaft and the shaft, then according to the position of the shaft to determine the proper selection of transmission chain and gear, and calculate the coordinates of each shaft end check gear of center distance, special shaft and bearing strength of concrete steps below.
Key words: Combination machine; Multi-axle box; Spindle; Drive shaft; Gear
I
主要符號(hào)表
n 轉(zhuǎn)速
切應(yīng)力
d 直徑
v 速度
P 功率
T 扭矩
M 彎矩
F 力
A 中心距
u 傳動(dòng)比
C 載荷
m 模數(shù)
z 齒數(shù)
Lh 齒輪工作壽命
K 載荷系數(shù)
S 安全系數(shù)
ZE 彈性影響系數(shù)
Wt 抗彎截面模數(shù)
抗扭截面模數(shù)
I
目 錄
1緒論........................................................................................................1
1.1引言....................................................................................................1
1.2組合機(jī)床概論......................................................................................1
1.2.1.組合機(jī)床的特性.............................................................................1
1.3組合機(jī)床的發(fā)展趨勢...........................................................................2
1.4本課題研究內(nèi)容及目...........................................................................3
1.4.1本課題的研究內(nèi)容.........................................................................3
1.4.2本課題的研究目的.........................................................................4
2多軸箱的原始依據(jù)..............................................................................4
2.1被加工件的特點(diǎn)和設(shè)計(jì)技術(shù)要求.........................................................5
2.2切削參數(shù)的確定.................................................................................5
2.3機(jī)床動(dòng)力參數(shù)的確定..........................................................................6
2.4動(dòng)力部件的選取.................................................................................7
2.5軸的確定...........................................................................................8
2.6箱體型號(hào)的確定................................................................................10
3多軸箱傳動(dòng)鏈設(shè)計(jì).............................................................................11
3.1多軸箱傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的準(zhǔn)則...............................................................11
3.2泵軸和手柄軸位置確定.....................................................................12
3.3方案的制定.......................................................................................12
3.4 各軸坐標(biāo)的計(jì)算...............................................................................14
3.4.1坐標(biāo)的計(jì)算..................................................................................14
3.4.2計(jì)算中心距誤差...........................................................................17
4主軸和傳動(dòng)軸的校核.........................................................................18
4.1 軸的扭轉(zhuǎn)度校核...............................................................................18
4.2 軸的抗彎扭強(qiáng)度校核和軸承齒輪的強(qiáng)度校核......................................19
4.2.1強(qiáng)度校核理論..............................................................................19
4.2.2軸承的校核..................................................................................20
4.2.3 齒輪的受力析.............................................................................20
4.2.4 齒輪的校核.................................................................................21
4.3 具體計(jì)算.......................................................................................22
4.3.1 軸30及其配件的校核..................................................................22
4.3.2 齒輪的校核.................................................................................26
4.3.3 小結(jié)...........................................................................................26
結(jié)論........................................................................................................28
參考文獻(xiàn)................................................................................................29
致謝........................................................................................................29
IV
1緒論
1.1引言
組合機(jī)床是以系列化、標(biāo)準(zhǔn)化的通用部件為基礎(chǔ)，配以少量的專用部件組成的專用機(jī)床。它適宜于在大批、大量生產(chǎn)中對(duì)一種或幾種類似零件的一道或幾道工序進(jìn)行加工。這種機(jī)床既有專用機(jī)床的結(jié)構(gòu)簡單、生產(chǎn)率和自動(dòng)程度較高的特點(diǎn)，又具有一定的重新調(diào)整能力，以適應(yīng)工件變化的需要。組合機(jī)床廣泛應(yīng)用于大批量生產(chǎn)的行業(yè)，如；汽車、拖拉機(jī)、電動(dòng)機(jī)、內(nèi)燃機(jī)、閥門、縫紉機(jī)等制造業(yè)。
1.2組合機(jī)床概論
組合機(jī)床是隨著汽車工業(yè)的興起而發(fā)展起來的。在專用機(jī)床中某些部件因重復(fù)使用，逐步發(fā)展成為通用部件，因而產(chǎn)生了組合機(jī)床。最早的組合機(jī)床是1911年在美國制成的，用于加工汽車零件。初期，各機(jī)床制造廠都有各自的通用部件標(biāo)準(zhǔn)。為了提高不同制造廠的通用部件的互換性，便于用戶使用和維修，1953年美國福特汽車公司和通用汽車公司與美國機(jī)床制造廠協(xié)商，確定了組合機(jī)床通用部件標(biāo)準(zhǔn)化的原則，即嚴(yán)格規(guī)定各部件間的聯(lián)系尺寸，但對(duì)部件結(jié)構(gòu)未作規(guī)定。
二十世紀(jì)70年代以來，隨著可轉(zhuǎn)位刀具、密齒銑刀、鏜孔尺寸自動(dòng)檢測和刀具自動(dòng)補(bǔ)償技術(shù)的發(fā)展，組合機(jī)床的加工精度也有所提高。銑削平面的平面度可達(dá)0.05毫米/1000毫米，表面粗糙度可低達(dá)2.5～0.63微米；鏜孔精度可達(dá)IT7～6級(jí)，孔距精度可達(dá)0.03～0.02微米。
組合機(jī)床未來的發(fā)展將更多的采用調(diào)速電動(dòng)機(jī)和滾珠絲杠等傳動(dòng)，以簡化結(jié)構(gòu)、縮短生產(chǎn)節(jié)拍；采用數(shù)字控制系統(tǒng)和主軸箱、夾具自動(dòng)更換系統(tǒng)，以提高工藝可調(diào)性；以及納入柔性制造系統(tǒng)等。
1.2.1.組合機(jī)床的特性：
(1) 主要用于棱體類零件和雜件的孔面加工。
(2) 生產(chǎn)率高。因?yàn)楣ば蚣?，可多面、多工位、多軸、多刀同時(shí)自動(dòng)加工。
(3) 加工精度穩(wěn)定。因?yàn)楣ば蚬潭?，可選用成熟的通用部件，精密夾具和自動(dòng)工作循環(huán)來保證加工精度的一直性。
(4) 研制周期短，便于設(shè)計(jì)，制造和使用維護(hù)，成本低。因?yàn)橥ㄓ没?，系?
化，標(biāo)準(zhǔn)化程度高，通用零件占70%～90%，通用件可組織批量生產(chǎn)進(jìn)行預(yù)制或外購。
27
(5) 自動(dòng)化程度高，勞動(dòng)強(qiáng)度低。
(6) 配置靈活。因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)模塊化、組合化?？砂垂ぜ蚬ば蛞?，用大量通
用部件和少量專用部件靈活組成各種類型的組合機(jī)床及自動(dòng)線；機(jī)床易于改裝；產(chǎn)品或工藝變化時(shí)，通用部件一般還可以重復(fù)利用。
1.3組合機(jī)床的發(fā)展趨勢
我國加入WTO 以后，制造業(yè)所面臨的機(jī)遇與挑戰(zhàn)并存、組合機(jī)床行業(yè)企業(yè)適時(shí)調(diào)整戰(zhàn)略，采取了積極的應(yīng)對(duì)策略，出現(xiàn)了產(chǎn)、銷兩旺的良好勢頭，截至2005 年4 月份，組合機(jī)床行業(yè)企業(yè)僅組合機(jī)床一項(xiàng)，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)產(chǎn)量已達(dá)1000 余臺(tái)，產(chǎn)值達(dá)3.9 個(gè)億以上，較2004 年同比增長了10%以上，另外組合機(jī)床行業(yè)增加值、產(chǎn)品銷售率、全員工資總額、出口交費(fèi)值等經(jīng)濟(jì)指標(biāo)均有不同程度的增長，新產(chǎn)品、新技術(shù)較去年年均有大幅度提高，可見行業(yè)企業(yè)運(yùn)營狀況良好。
組合機(jī)床技術(shù)的發(fā)展趨勢有以下幾點(diǎn)：
（1） 行業(yè)企業(yè)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的變化組合機(jī)床行業(yè)企業(yè)主要針對(duì)汽車、摩托車、內(nèi)燃機(jī)、農(nóng)機(jī)、工程機(jī)械、化工機(jī)械、軍工、能源、輕工及家電行業(yè)提供專用設(shè)備。隨著我國加入WTO 后與世界機(jī)床進(jìn)一步接軌，組合機(jī)床行業(yè)企業(yè)產(chǎn)品開始向數(shù)控化、柔性化轉(zhuǎn)變。從近兩年是企業(yè)生產(chǎn)情況來看，數(shù)控機(jī)床與加工中心的市場需求量在上升，而傳統(tǒng)的鉆、鏜、銑組合機(jī)床則有下降趨勢，中國機(jī)床工具工業(yè)學(xué)會(huì)的《機(jī)床工具行業(yè)企業(yè)主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)報(bào)表》是統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，僅從幾個(gè)全國大型重點(diǎn)企業(yè)生產(chǎn)情況看，2003 年生產(chǎn)數(shù)控機(jī)床890 臺(tái)，產(chǎn)值16187 萬元，生產(chǎn)加工中心148 臺(tái)，產(chǎn)值5770 萬元；2004 年生產(chǎn)數(shù)控機(jī)床985 臺(tái)，產(chǎn)值25838 萬元，生產(chǎn)加工中心159 臺(tái)，產(chǎn)值7099 萬元；而2005年，截至4 月份，數(shù)控機(jī)床、加工中心、產(chǎn)值已接近2003 年全年水平，故市場在向數(shù)控、高精制造技術(shù)和成套工藝裝備方面發(fā)展。 “九五”后期，在組合機(jī)床行業(yè)企業(yè)的50 多家組合機(jī)床分會(huì)會(huì)員中，僅有兩家企業(yè)實(shí)行了股份改造，一家企業(yè)退出國有轉(zhuǎn)為民營，其余的都是國有企業(yè)。而從2001 至2002 年，不到兩年的時(shí)間，就先后有十幾家企業(yè)實(shí)行股份制改造，一些小廠幾乎全部退出國有轉(zhuǎn)為民營，現(xiàn)在一些國家重點(diǎn)國有企業(yè)也在醞釀股份制改造，轉(zhuǎn)制已勢不可檔，“民營經(jīng)濟(jì)在經(jīng)歷了從組合機(jī)床行業(yè)企業(yè)正在以股份制、民營化等多種形式快速發(fā)展。
（2） 組合機(jī)床技術(shù)裝備現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢。組合機(jī)床及其自動(dòng)線是集機(jī)電于一體是綜合自動(dòng)化度較高的制造技術(shù)和成套工藝裝備。它的特點(diǎn)是高效、高質(zhì)、經(jīng)濟(jì)實(shí)用，因而被廣泛應(yīng)用與工程機(jī)械、交通、能源、軍工、輕工、家電行業(yè)。
我國的傳統(tǒng)的組合機(jī)床及組合機(jī)床自動(dòng)線主要采用機(jī)、電、氣、液壓控制，它的加工對(duì)象主要是生產(chǎn)批量比較大的大中型的箱體類和軸類零件（近年研制的組合機(jī)床加工連桿、板件等也占一定份額），完成鉆孔、擴(kuò)孔、鉸孔，加工各種螺紋、鏜孔、車端面和凸臺(tái)，在孔內(nèi)鏜各種形狀槽，以及銑削平面和成型面等。組合機(jī)床的種類繁多，隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，一種新型的組合機(jī)床——柔性組合機(jī)床越來越受人們是親昧，它應(yīng)用多工位主軸箱、可換主軸箱、編碼隨行夾具和刀具的自動(dòng)更換，配以可編程序控制器（PLC）、數(shù)字控制（NC）等，能任意改變工作循環(huán)控制和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，并能靈活適應(yīng)多種加工的可調(diào)可變的組合機(jī)床。另外，近年來組合機(jī)床加工中心、數(shù)控組合機(jī)床、機(jī)床輔機(jī)等在組合機(jī)床行業(yè)中所占份額也越來越大。由于組合機(jī)床及其自動(dòng)線是一種技術(shù)綜合性很高的高技術(shù)專用產(chǎn)品，是根據(jù)用戶特殊要求而設(shè)計(jì)的，它涉及到加工工藝、刀具、測量、控制、診斷監(jiān)控、清洗、裝配和試漏等技術(shù)。我國組合機(jī)床及其組合機(jī)床自動(dòng)線總體技術(shù)水平比發(fā)達(dá)國家相對(duì)落后，國內(nèi)所需的一些高水平組合機(jī)床及自動(dòng)線幾乎都從國外進(jìn)口。工藝裝備的大量進(jìn)口勢必導(dǎo)致投資規(guī)模的擴(kuò)大，并使產(chǎn)品生產(chǎn)成本提高。因此，市場要求我們不斷開發(fā)新技術(shù)、新工藝、研制新產(chǎn)品，由過去的“剛性”機(jī)床結(jié)構(gòu)，向“柔性”化方向發(fā)展，滿足用戶需要，真正成為剛?cè)峒鎮(zhèn)涞淖詣?dòng)化裝備。
1.4本課題主要研究內(nèi)容及目的
機(jī)床工業(yè)是現(xiàn)代工業(yè)特別是現(xiàn)代制造業(yè)的基礎(chǔ)，在國民經(jīng)濟(jì)中占有重要的戰(zhàn)略地位。機(jī)床工業(yè)與一個(gè)國家的工業(yè)競爭力、制造業(yè)發(fā)展水平緊密相關(guān)，本國的機(jī)床工業(yè)水平越高，工業(yè)和制造業(yè)競爭力越強(qiáng)。對(duì)我國而言，機(jī)床工業(yè)不僅僅具有重要的經(jīng)濟(jì)意義，而且還具有重要的國防戰(zhàn)略意義。研究機(jī)床工業(yè)的特點(diǎn)，有助于我們了解機(jī)床工業(yè)的特殊規(guī)律，從而找到適合我國國情的機(jī)床工業(yè)發(fā)展之路。我國工業(yè)競爭力和制造業(yè)發(fā)展水平不高，一定程度上是與我國機(jī)床工業(yè)發(fā)展水平不高相聯(lián)系的，加快我國機(jī)床工業(yè)的發(fā)展，提高我國機(jī)床工業(yè)技術(shù)和管理水平，將有利于我國工業(yè)和制造業(yè)發(fā)展。所以對(duì)機(jī)床的研究設(shè)計(jì)意義是極其重大的。
畢業(yè)設(shè)計(jì)是高等教育體系中非常重要的環(huán)節(jié)，它可以檢驗(yàn)自己對(duì)專業(yè)知識(shí)理解與掌握的程度，也可以提高自己綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)的能力，也能在分析問題和解決問題的過程中學(xué)到更多新的知識(shí)。
1.4.1 本課題研究的內(nèi)容
（1） 被加工零件孔的直徑及相對(duì)坐標(biāo)尺寸見零件示意圖；
（2） 被加工零件的材料為HT200；
（3） 工件定位面比工作臺(tái)面高115毫米；
（4） 設(shè)計(jì)多軸箱裝配圖及主要零件圖，變位齒輪圖；
（5） 熟悉組合機(jī)床的基本形式；
（6） 確定切削用量、計(jì)算切削力、選擇動(dòng)力箱型號(hào)；
（7） 工位間距350毫米，工位對(duì)稱中心線與工作臺(tái)中心重合。
1.4.2 本課題的研究目的
機(jī)床設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)，其目的在于通過機(jī)床主運(yùn)動(dòng)機(jī)械變速傳動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使我們?cè)跀M定傳動(dòng)和變速的結(jié)構(gòu)方案過程中，得到設(shè)計(jì)構(gòu)思、方案的分析、結(jié)構(gòu)工藝性、機(jī)械制圖、零件計(jì)算、編寫技術(shù)文件和查閱資料等方面的綜合訓(xùn)練，樹立正確的設(shè)計(jì)思想，掌握基本的設(shè)計(jì)方法，培養(yǎng)基本的設(shè)計(jì)方法，并培養(yǎng)了自己具有初步的結(jié)構(gòu)分析、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和計(jì)算能力。多軸箱是組合機(jī)床的重要專用部件。它是根據(jù)加工示意圖所確定的工件加工孔的數(shù)量和位置、切削用量和主軸類型設(shè)計(jì)的傳遞各主軸運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力部件。其動(dòng)力來自通用的動(dòng)力箱，與動(dòng)力箱一起安裝于進(jìn)給滑臺(tái)，可完成鉆、擴(kuò)、鉸、鏜孔等加工工序。多軸箱一般具有多根主軸同時(shí)對(duì)一列孔系進(jìn)行加工。但也有單軸的，用于鏜孔居多。多軸箱按結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分為通用（即標(biāo)準(zhǔn)）多軸箱和專用多軸箱兩大類。前者結(jié)構(gòu)典型，能利用通用的箱體和傳動(dòng)件；后者結(jié)構(gòu)特殊，往往需要加強(qiáng)主軸系統(tǒng)剛性，而使主軸及某些傳動(dòng)件必須專門設(shè)計(jì)，故專用多軸箱通常指“剛性主軸箱”，即采用不需刀具導(dǎo)向裝置的剛性主軸和用精密滑臺(tái)導(dǎo)軌來保證加工孔的位置精度。通用多軸箱則采用標(biāo)準(zhǔn)主軸，借助導(dǎo)向套引導(dǎo)刀具來保證加工孔的位置精度。通用多軸箱又大型多軸箱和小型多軸箱，這兩中多軸箱的設(shè)計(jì)方法基本相同。本課題主要設(shè)計(jì)大型通用多軸箱。大型通用多軸箱由通用零件如箱體、主軸、傳動(dòng)軸、齒輪和附加機(jī)構(gòu)等組成。
2 多軸箱的原始依據(jù)
2.1 被加工件的特點(diǎn)和設(shè)計(jì)技術(shù)要求
（1） 工件材料：HT200；
（2） 材料硬度：170～220HB；
（3） 被加工件孔的直徑及相對(duì)坐標(biāo)尺寸見零件示意圖；
（4） 工件定位面比工作臺(tái)臺(tái)面高115毫米；
（5） 確定切削用量、計(jì)算切削力、選擇動(dòng)力箱型號(hào)；
（6） 設(shè)計(jì)多軸箱裝配圖及主要零件圖、變?yōu)辇X輪圖。
2.2 切削參數(shù)的確定
表2.1 鉆孔推薦切削用量
加工材料
加工直徑
d(mm)
切削速度
v（m/min）
進(jìn)給量
f(mm/r)
鑄
鐵
160～200HBS
1～6
16～24
0.07～0.12
﹥6～12
﹥0.12～0.2
﹥12～22
﹥0.2～0.4
﹥22～50
﹥0.4～0.8
鉆孔的切削用量除與孔徑有關(guān)外還與鉆孔深度有關(guān)。
表2.2 深孔鉆切削用量遞減表[2]
深徑比
3d
(3～4)d
(4～5)d
切削速度v（m/min）
V
(0.8～0.9)v
(0.7～0.8)v
進(jìn)給量f （mm/r）
F
0.9f
0.9f
鉆削的孔直徑分別為12.5mm、14.5mm
由表2.1有、的鉆削參數(shù)分別如下表所示：
表2.3推薦參數(shù)
孔
切削速度v(m/min)
進(jìn)給量f(mm/r)
16～24
0.2～0.4
根據(jù)各個(gè)切削用量之間的關(guān)系，可以計(jì)算出各個(gè)主軸的轉(zhuǎn)速范圍，其計(jì)算方法為：
（2.1）
其中：v為切削速度 (mm/min)
為所鉆孔的直徑（mm）
所以：
(2.2)
(2.3)
綜上所述，整理有表2.4：
表2.4 切削參數(shù)
切削速度v(m/min)
20
20
進(jìn)給量f (mm/r)
0.2
0.2
轉(zhuǎn)速n (r/min)
509.3
439
2.4 機(jī)床動(dòng)力參數(shù)的確定
組合機(jī)床的切削用量計(jì)算切削力、轉(zhuǎn)矩及功率,鉆孔時(shí)(刀具材料選用高速鋼;工件材料為灰鑄鐵)
切削力：
（N） （2.4）
切削轉(zhuǎn)矩：
（N﹒mm） （2.5）
切削功率：
(KW) （2.6）
其中：v — 切削速度（m/min）
f— 進(jìn)給量 （mm/r）
D— 加工直徑（mm）
HB —布氏硬度 ：HB=
對(duì)于
(KW)
對(duì)于
(KW)
2.5 動(dòng)力部件的選?。?
動(dòng)力部件的選擇主要是確定動(dòng)力箱的選擇，其驅(qū)動(dòng)功率主要依據(jù)多軸箱所需傳遞的切削功率來選用。在不需要精確計(jì)算多軸箱功率或多軸箱尚未設(shè)計(jì)出來之前，可按下列簡化公式進(jìn)行估算：
（2-8）
式中：
—消耗于各主軸的切削功率的總和，單位KW；
—多軸箱的傳動(dòng)效率，加工黑色金屬時(shí)取0.8～0.9，加工有色金屬時(shí)取0.7～0.8；主軸多、傳動(dòng)復(fù)雜時(shí)取小值，反之取大值。
必須注意：當(dāng)某一規(guī)格的動(dòng)力部件的功率或進(jìn)給力不能滿足要求，但又相差不大時(shí)，不要輕易選取大一規(guī)格的動(dòng)力部件，而應(yīng)該以不影響加工精度和效率為前提，適當(dāng)降低關(guān)鍵性刀具的切削用量或?qū)⒌毒咤e(cuò)開順序加工，以降低功率和進(jìn)給力。[2]
對(duì)該被加工零件進(jìn)行分析，其有的孔各四個(gè)，由于該機(jī)床在鉆孔時(shí)的主軸是空轉(zhuǎn)的。分別計(jì)算鉆時(shí)所需要的功率如下：
(2.9)
用鉆削功率來估算動(dòng)力箱的功率，由上邊的公式所述，由于加工的是鑄鐵且內(nèi)部傳動(dòng)連復(fù)雜，所以取效率為0.8，則有：
(2.10)
考慮到傳動(dòng)軸的功率損失，選取動(dòng)力箱為1TD40Ⅳ型 其參數(shù)如表2.9：
表2.9 動(dòng)力箱參數(shù)
電動(dòng)機(jī)型號(hào)
電動(dòng)機(jī)功率
L3
電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速
輸出軸轉(zhuǎn)速
Y132-6
4.0 (KW)
435 （mm）
960 (r/min)
480 (r/min)
2.6 軸的確定
軸材料的選擇：軸的材料主要是碳鋼和合金鋼，由于碳鋼比合金鋼價(jià)廉，對(duì)應(yīng)力集中的敏感性較低，同時(shí)也可用熱處理或化學(xué)熱處理的辦法提高其耐磨性和抗疲勞強(qiáng)度，故采用碳鋼制造軸尤為廣泛，其中最常用的是45鋼。
軸的結(jié)構(gòu)主要以下因素：軸在機(jī)器中的安裝位置及形式，軸上安裝零件的類型、尺寸、數(shù)量以及和軸連接的方法，載荷的性質(zhì)、大小、方向及分布情況：軸的加工工藝等。軸的結(jié)構(gòu)的因素較多，且結(jié)構(gòu)形式又要隨著具體情況的不同而異，所以軸沒有標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)形式，設(shè)計(jì)時(shí)，必須針對(duì)不同情況進(jìn)行具體的分析。但是，不論何種具體條件，軸的結(jié)構(gòu)都應(yīng)滿足：軸和裝在軸上的零件要有準(zhǔn)確的工作位置；軸上的零件應(yīng)便于裝拆和調(diào)整。
表2.10 各主軸的動(dòng)力參數(shù)
切削功率P(KW)
0.37
0.47
切削轉(zhuǎn)矩T(Nm)
7.1
10.34
雖然在加工過程中有鉆套等輔助設(shè)備來保證加工精度但是為了更大程度的保證主軸在工作中的可靠性、提高加工精度，選用剛性主軸并有公式計(jì)算的其直徑：
（2.11）
=21.2mm (2.12)
=23.28mm (2.13)
根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)軸頸將其圓整為：
表2.11 各主軸的初選直徑
Φ12
Φ14
切削轉(zhuǎn)矩T(Nm)
7. 1
10.34
軸徑（mm）
25
25
傳動(dòng)軸的直徑也參考主軸直徑而定，取直徑Φ25。
通用鉆削類主軸按支承方式可以分為三種：
（1） 滾錐軸承主軸：前后支承均為圓錐滾子軸承。這種支承可以承受較大的徑向和軸向力，且結(jié)構(gòu)簡單、裝配調(diào)整方便，廣泛應(yīng)用于擴(kuò)、鏜、鉸孔和攻螺紋等加工；當(dāng)?shù)毒哌M(jìn)退兩個(gè)方向都有軸向力切削力時(shí)常用此種結(jié)構(gòu)。
（2） 滾珠軸承主軸：前支承為推力軸承和向心球軸承、后支承為向心球軸承或圓錐滾子軸承。因推力球軸承設(shè)置在前端，能承受較大的軸向力，適應(yīng)于鉆孔加工。
（3） 滾錐軸承主軸：前后支承均采用無內(nèi)環(huán)滾針軸承和推力軸承。當(dāng)主軸間距較小時(shí)采用。
對(duì)于本設(shè)計(jì)而言，設(shè)計(jì)的是箱體鉆孔組合機(jī)床多軸箱，所以在主軸選用時(shí)按推薦的鉆削類主軸選用滾珠軸承主軸，結(jié)構(gòu)如圖2.1所示：軸承分別為33005、16005（16004）、51105（51104）。
圖2.1 主軸的支承結(jié)構(gòu)
對(duì)于傳動(dòng)軸，基本上不承受軸向力，但是為提高加工精度，防止派生的軸向力影響傳動(dòng)，故選用滾錐軸承的支承方式即在兩端均采用圓錐滾子軸承33005。這樣就可以通過軸承的預(yù)緊來更好的提高加工進(jìn)度,結(jié)構(gòu)如圖2.2。
圖2.2 傳動(dòng)軸的支承結(jié)構(gòu)
2.7 箱體型號(hào)的確定
由任務(wù)書知，工件定位面比工作臺(tái)高115mm，工件高度h為410mm寬度B=560為毫米。
所以箱體的尺寸初步計(jì)算為：
H箱體=115+410=525
B箱體=410
其中為保證多軸箱內(nèi)有足夠安排齒輪的空間 ，故取，則
考慮到其內(nèi)部傳動(dòng)連復(fù)雜、需要安裝潤滑用的油泵等設(shè)備，應(yīng)優(yōu)先考慮外部動(dòng)力輸入，預(yù)定采用630×500的多軸箱箱體。由所選動(dòng)力箱、和箱體，取箱體底面為坐標(biāo)的橫軸（X軸），縱軸（Y軸）通過定位銷孔，則輸入軸0位置（265，160）。
3 多軸箱傳動(dòng)鏈設(shè)計(jì)
3.1多軸箱傳動(dòng)鏈設(shè)計(jì)的準(zhǔn)則
3.1.1對(duì)多軸箱傳動(dòng)系統(tǒng)的一般要求
(1) 在保證主軸的強(qiáng)度、剛度、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向的條件下，力求使傳動(dòng)軸和齒輪的規(guī)格、數(shù)量為最少。為此，應(yīng)盡量用一根中間軸帶動(dòng)多根主軸，并將齒輪布置在同一排上。當(dāng)中心距不符合標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，可采用變?yōu)辇X輪或略微改變傳動(dòng)比的方法來解決。
(2) 盡量不使用主軸帶動(dòng)主軸的方案，以免增加主軸的負(fù)荷，影響加工質(zhì)量。
(3) 為使結(jié)構(gòu)緊湊，多軸箱內(nèi)齒輪副的傳動(dòng)比一般不要大于1/2，后蓋內(nèi)齒輪傳動(dòng)比允許至1/3～1/3.5；盡量避免用升速傳動(dòng)。但是為了使主軸上的齒輪不至于過大，最后一級(jí)經(jīng)常采用升速傳動(dòng)。
(4) 用于粗加工主軸上的齒輪，應(yīng)盡量設(shè)在靠近前蓋處，以減少主軸的扭轉(zhuǎn)變形；
(5) 驅(qū)動(dòng)軸直接帶動(dòng)的傳動(dòng)軸數(shù)不要超過兩根，以免給裝配帶來困難。
3.1.2擬定多軸箱傳動(dòng)方案的基本方法
先把全部主軸中心分布在幾個(gè)同心圓上，在各個(gè)同心圓的圓心上分別設(shè)置中心傳動(dòng)軸；非同心圓分布的一些主軸也已設(shè)置中間傳動(dòng)軸（如一根傳動(dòng)軸帶動(dòng)兩根或三根主軸）；然后根據(jù)已選定的各中心傳動(dòng)軸再取同心圓，并用最少的傳動(dòng)軸帶動(dòng)這些中心傳動(dòng)軸；最后通過合攏傳動(dòng)軸與動(dòng)力箱驅(qū)動(dòng)軸鏈接起來。將主軸劃分為各種分布類型 被加工零件上加工孔位置分布是多種多樣的，但大致可歸納為：同心圓分布、直線分布和任意分布三種類型。因此，多軸箱上主軸分布相應(yīng)分為三種。
（1） 直線分布：對(duì)這類主軸，可分別用一根中間傳動(dòng)軸帶動(dòng)兩根主軸。
（2） 同心圓分布：對(duì)這類主軸，可在同心圓處分別設(shè)置中心傳動(dòng)軸，由其上的一個(gè)或幾個(gè)（不同排數(shù)）齒輪來帶動(dòng)各主軸。
（3） 任意分布：對(duì)此類主軸可根據(jù)“三點(diǎn)共圓”原理。它是同心圓和直線分布的混合形式。
（4） 確定驅(qū)動(dòng)軸轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)向及其在多軸箱上的位置 驅(qū)動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速按動(dòng)力箱型號(hào)選定；當(dāng)采用動(dòng)力滑臺(tái)時(shí)，驅(qū)動(dòng)軸旋轉(zhuǎn)方向可任意選擇；動(dòng)力箱與多軸箱連接時(shí)，應(yīng)注意驅(qū)動(dòng)軸中心一般設(shè)置于多軸箱體寬度的中心線上，其中心高度
則決定于所選動(dòng)力箱的型號(hào)規(guī)格。驅(qū)動(dòng)軸中心位置在機(jī)床聯(lián)系尺寸圖中已經(jīng)確定。
（5） 用最少的傳動(dòng)軸及齒輪把驅(qū)動(dòng)軸和各主軸連接起來在多軸箱設(shè)計(jì)原始依據(jù)圖中確定了各個(gè)主軸的位置、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向的基礎(chǔ)上，首先分析主軸位置，擬定傳動(dòng)方案，選定齒輪模數(shù)（估算或類比），再通過計(jì)算、作圖或多“試湊”相結(jié)合的方法，確定齒輪齒數(shù)和中間傳動(dòng)軸的位置及轉(zhuǎn)速。
3.2泵軸和手柄軸的位置確定
多軸箱常采用葉片油泵潤滑，油泵供油至分油器經(jīng)油管分送到個(gè)潤滑點(diǎn)。油泵安裝在箱體的前壁上，泵軸盡量靠近油池。通常油泵齒輪放置在靠近前蓋排；以便于維修，如結(jié)構(gòu)限制?？梢苑旁诤笊w中；當(dāng)泵體或管接頭與傳動(dòng)軸端相碰時(shí)，可改用埋頭傳動(dòng)軸。
由于本課題設(shè)計(jì)的是一雙面臥式兩工位移動(dòng)工作臺(tái)式組合機(jī)床的右多軸箱，所以選擇對(duì)稱式的機(jī)構(gòu)以方便設(shè)計(jì)，減少工作量；只需要在轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)上進(jìn)行齒輪的變換就可以了。
3.3方案的制定
由傳動(dòng)方案，可得此方案的傳動(dòng)路線圖如下：
圖3.1 傳動(dòng)路線圖
如圖3.1，分別主軸1，2，3，4在一同心圓上，圓心處設(shè)置中心傳動(dòng)軸9；并用中心傳動(dòng)軸9帶動(dòng)分布四周的四個(gè)主軸，由于如果在中間傳動(dòng)軸與主軸5，6，7，8設(shè)置一個(gè)齒輪，則主軸5，6，7，8的轉(zhuǎn)向與1，2，3，4主軸轉(zhuǎn)向相
反，故在中間傳動(dòng)軸與主軸設(shè)置兩個(gè)傳動(dòng)軸。最后將軸9與動(dòng)力輸入軸0相連接組成完整的傳動(dòng)連鏈。
由于本次設(shè)計(jì)的多軸箱的主軸數(shù)比較多而且結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，再加上作者的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)不足，為使設(shè)計(jì)達(dá)到比較好的效果，嚴(yán)格參照齒輪設(shè)定一般的方法—試湊法。經(jīng)反復(fù)的推敲、斟酌，結(jié)合該多軸箱孔多，孔間距比較小及設(shè)計(jì)的基本原則：主軸實(shí)際轉(zhuǎn)速與設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速相差不超過百分之五的理論，最終確定各工位各主軸及傳動(dòng)軸上的齒輪安排如下節(jié)介紹。
鉆孔的主軸的設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速分別為439r/min、509.3r/min,而輸入軸的轉(zhuǎn)速為480r/min?？偟膫鲃?dòng)比分別為：
在保證e>2m的條件下，初選齒輪模數(shù)m=2, 驅(qū)動(dòng)軸上的齒輪齒數(shù)為25，中心距為95mm，則與之相連接中間傳動(dòng)軸上齒輪齒數(shù)為，設(shè)在第ⅳ排；由i=1.06可知與的主軸連接的中心傳動(dòng)軸齒輪齒數(shù)，設(shè)在第Ⅲ排；由可知的主軸齒數(shù)為27；由箱體尺寸、零件的尺寸及相應(yīng)的技術(shù)要求，有各主軸的坐標(biāo)（如下圖）為：
圖3.5 主軸的坐標(biāo)
根據(jù)上邊的在同心圓上分布的四個(gè)主軸坐標(biāo)計(jì)算中心傳動(dòng)軸9的位置坐標(biāo)
得：
D點(diǎn)的坐標(biāo)為,
傳動(dòng)軸1相對(duì)于輸入軸的距離為
255mm-160mm=95mm
查《機(jī)械設(shè)計(jì)簡明手冊(cè)》P161表7-22動(dòng)力箱齒輪，為滿足總的傳動(dòng)比，選用動(dòng)力箱齒輪為m=2，z=25,相應(yīng)的取與之匹配的齒輪m=2，z=25，安排在第ⅰ排；
故軸9的實(shí)際轉(zhuǎn)速為
主軸1、2、3、4的轉(zhuǎn)速為
由于總的傳動(dòng)比比較小，所以中心傳動(dòng)軸與個(gè)主軸的傳動(dòng)比均選用1：1傳動(dòng)即與中間傳動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速相等為，其中心傳動(dòng)軸9安排在第Ⅰ、Ⅱ排，主軸1至4安排在Ⅱ排；在由中心傳動(dòng)軸向四周的主軸傳動(dòng)時(shí)，由于總傳動(dòng)比較小，所以都以i=1進(jìn)行傳動(dòng)，只在第一級(jí)進(jìn)行變速，故傳動(dòng)軸1,2,3，12,13,14,15,16,17,18,19,20,21,22,23,24的上的齒輪Z=30，m=2，安排在第4排。整理如表3.1
表3.1 鉆工位各軸上齒輪的配置
軸號(hào)
第四排
第二排
0
2-36
1
2-130
2
2-46
2-40
3
2-46
2-30
4,5,6,7
2-30
8,9,10,11
2-40
12,13,14,15
2-54
16....31
2-30
3.4 坐標(biāo)的計(jì)算
3.4.1 坐標(biāo)的計(jì)算
由傳動(dòng)方案及齒輪，可以計(jì)算出各個(gè)傳動(dòng)軸的坐標(biāo),計(jì)算過程如下：
對(duì)于中心傳動(dòng)軸9的坐標(biāo)計(jì)算，因?yàn)槠鋫鲃?dòng)軸的作用是帶動(dòng)呈圓周分布的主軸，故初步設(shè)置在圓心，與四軸距離相同，視為與一軸定距的傳動(dòng)軸坐標(biāo)計(jì)算。
有主軸1（265,195）作為原點(diǎn)，建立小坐標(biāo)系X,設(shè)所求傳動(dòng)軸的坐標(biāo)
為B(X,Y),嚙合中心距為
由B點(diǎn)向X軸作一輔助垂線交X軸于A點(diǎn)，組成直角三角形，如下圖3.6。量出y=60mm（即AB）,則然后將所得的坐標(biāo)（0,60）換算到大的坐標(biāo)中去后為（265,255）.
圖3.6 與一軸定距0的傳動(dòng)軸坐標(biāo)計(jì)算圖
對(duì)于中心傳動(dòng)軸11的坐標(biāo)計(jì)算，因?yàn)槠鋫鲃?dòng)軸的作用是帶動(dòng)主軸，視為與一軸定距的傳動(dòng)軸坐標(biāo)計(jì)算。
有主軸8（91,355）作為原點(diǎn)，建立小坐標(biāo)系X,設(shè)所求傳動(dòng)軸的坐標(biāo)為C(X,Y),嚙合中心距為mm。由C點(diǎn)向X軸作一輔助垂線交X軸于A點(diǎn)，組成直角三角形，如下圖3.7。量出X=mm（即AC），則然后將所得的坐標(biāo)（53.29,）換算到大的坐標(biāo)中去后為（144.29,302.571）。傳動(dòng)軸13、15、17的計(jì)算方法同傳動(dòng)軸11，得傳動(dòng)軸的坐標(biāo)依次為（265.290，315.571）（144.290,144.573）（265.29,144.780）
圖3.7 與一軸定距的傳動(dòng)軸坐標(biāo)計(jì)算圖
對(duì)于中心傳動(dòng)軸10的坐標(biāo)計(jì)算，由于該傳動(dòng)軸的作用是和中心傳動(dòng)軸嚙合的同時(shí)把動(dòng)力傳遞給傳動(dòng)軸11，故可知該軸的計(jì)算方法屬于二軸定距的傳動(dòng)軸坐表計(jì)算方法。計(jì)算方法如圖3.8所示，圖中a（265,255）和b（144.29,382.571）分別為兩已知軸9和11，的嚙合中心距，即ac為，bc為，c（X,Y）為所需計(jì)算的傳動(dòng)軸坐標(biāo)。為了便于計(jì)算，選取小坐標(biāo)系iaj，a點(diǎn)為其原點(diǎn)，使c點(diǎn)在小坐標(biāo)的坐標(biāo)（I,J）為正值，a、b、c按逆時(shí)針順序定出，做輔助線并標(biāo)號(hào)如圖所示，由此可導(dǎo)出c點(diǎn)的計(jì)算公式。即：
設(shè)： A ==144.29-265=120.71
=
()=126.532
J=
因?yàn)?
還原到XOY坐標(biāo)系中去，則c點(diǎn)坐標(biāo)為：
X=595
Y=295
則傳動(dòng)軸10的坐標(biāo)為（595,295)。同理可得其他軸的坐標(biāo)，如圖下表
圖3.8 與二軸定距的傳動(dòng)軸坐標(biāo)計(jì)算圖
3.4.2 計(jì)算中心距誤差
由于在前邊的計(jì)算中均采用的是三角函數(shù)聯(lián)系設(shè)計(jì)方案及齒輪(中心距)計(jì)算而來的，所以其中心距誤差均在允許的范圍內(nèi)。而在傳動(dòng)軸9與動(dòng)力輸入軸0的連接上還沒有保證，所以需要對(duì)其進(jìn)行校核。多軸箱箱體上的孔是按計(jì)算的坐標(biāo)加工的，而裝配要求兩軸間齒輪能正常嚙合。因此，必須驗(yàn)算根據(jù)坐標(biāo)計(jì)算確定的實(shí)際中心距A，是否符合兩軸間齒輪嚙合要求的標(biāo)準(zhǔn)中心距R，R與A之間的誤差
驗(yàn)算標(biāo)準(zhǔn)：中心距允許誤差 mm
傳動(dòng)軸9與動(dòng)力輸入軸0的連接上還沒有保證，下邊對(duì)傳動(dòng)軸9和動(dòng)力輸入軸0之間的中心距進(jìn)行檢查驗(yàn)算。由動(dòng)力箱和箱體的聯(lián)系尺寸可知?jiǎng)恿斎胼S0的坐標(biāo)為（265，160），由前邊的計(jì)算知傳動(dòng)軸9的坐標(biāo)為（265，266），軸9相對(duì)于0的坐標(biāo)為；驗(yàn)算如下：
已知m=2,則
標(biāo)準(zhǔn)中心距：
實(shí)際中心距：
中心距誤差：
由上邊知 mm 故中間傳動(dòng)軸與輸入軸的中心距符合要求。
4 主軸和傳動(dòng)軸的校核
4.1 軸的扭轉(zhuǎn)度校核：
驗(yàn)算傳動(dòng)軸的直徑 按下式計(jì)算傳動(dòng)軸所承受的總扭矩：
（4-1）
式中：為作用在第n個(gè)主軸上的轉(zhuǎn)矩，單位為N·m；
為傳動(dòng)軸至第n個(gè)主軸之間的傳動(dòng)比。
根據(jù)整個(gè)傳動(dòng)方案和的已選定的齒輪，計(jì)算各個(gè)主軸的實(shí)際轉(zhuǎn)速如下：
根據(jù)前面的計(jì)算主軸的扭矩分別為7. 110.34根據(jù)公式計(jì)算各個(gè)傳動(dòng)軸的扭矩整理如下表：
表4.1 鉆工位各傳動(dòng)軸的扭矩
Φ12.5
Φ14.5
總扭矩T（N·m）
1
0.83
0.83
4,5,6,7
4個(gè)
4 個(gè)
70.25
10,11,12,13
0個(gè)
4個(gè)
9.66
21,22,23,24
0個(gè)
4個(gè)
8.2
由《組合機(jī)床簡明設(shè)計(jì)手冊(cè)》[2]對(duì)各個(gè)軸的軸徑進(jìn)行校核， 式中 d為軸的直徑（mm）；T為軸所傳遞的扭矩（N·m）；B為系數(shù)。當(dāng)材料的剪切彈性模數(shù)G=81.0Gpa時(shí)，剛性主軸的B=7.3，非剛性主軸B=6.2，而傳動(dòng)軸的B=5.2。故對(duì)本次次驗(yàn)算的軸有。
則
=21.2mm
=23.28mm
4.2 軸的抗彎扭強(qiáng)度校核和軸承齒輪的強(qiáng)度校核：
4.2.1強(qiáng)度校核理論
通過軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，軸的主要結(jié)構(gòu)尺寸，軸上零件的位置，以及外載荷和支反力的作用位置均以確定，軸上的載荷(彎矩和扭矩)已求得，因而可按彎扭合成強(qiáng)度條件對(duì)軸進(jìn)行強(qiáng)度校核計(jì)算，一般的計(jì)算步驟如下：
(1) 做出軸的計(jì)算簡圖（即力學(xué)模型）：軸所承受的載荷是從軸上零件傳來的。計(jì)算時(shí)，常將軸上的分布載荷簡化為集中力，其作用點(diǎn)取為載荷分布段的中點(diǎn)。作用在軸上的扭矩，一般從傳動(dòng)件輪轂寬度的中點(diǎn)算起。通常把軸當(dāng)作置于鉸鏈支座上的梁，支反力的作用點(diǎn)與軸承的類型和布置方式有關(guān)。在作計(jì)算簡圖時(shí)，應(yīng)先求出軸上零件的載荷（若為空間力系，應(yīng)把空間力系分解為圓周力、徑向力和軸向力，然后把他們?nèi)哭D(zhuǎn)化到軸上），并將其分解為水平分力和垂直分力，然后求出個(gè)支承處的水平反力和垂直反力。
(2) 做出彎矩圖：根據(jù)上述的簡圖，分別按水平面和垂直面計(jì)算各力產(chǎn)生Z彎矩，并按計(jì)算結(jié)果分別做出水平面說那過的彎矩圖和垂直面上的彎矩圖；然后按計(jì)算出總的彎矩并做出彎矩圖M。
(3) 做出扭矩圖。
(4) 校核軸的強(qiáng)度：已知軸的彎矩和扭矩之后，可針對(duì)某些危險(xiǎn)截面（即彎矩和扭矩大而軸徑可能不足的截面）作彎扭合成強(qiáng)度校核計(jì)算。按第三強(qiáng)度理論，計(jì)算應(yīng)力，通常由彎矩所產(chǎn)生的彎矩應(yīng)力是對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力，而有扭矩所產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力則常常不是對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力，為了考慮兩者循環(huán)特性不同的影響，引入折合系數(shù)，則計(jì)算應(yīng)力為：式中的彎曲應(yīng)力為對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力。當(dāng)扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為靜應(yīng)力時(shí)，??；當(dāng)扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力時(shí)，??；若扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為亦為對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力時(shí)，則取。對(duì)于直徑為d的圓軸，彎曲應(yīng)力,扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力,將和代入可求得：
（4-2）
式中：
—軸的計(jì)算應(yīng)力，單位為MPa；
M —軸所受的彎矩，單位為N· m；
T —軸所受的扭矩，單位為N·m；
—軸所受循環(huán)變應(yīng)力時(shí)的許用彎曲應(yīng)力
4.2.2軸承的校核
滾動(dòng)軸承在工作時(shí)，軸承內(nèi)、外圈滾道和滾動(dòng)體承受變化的接觸應(yīng)力，所以疲勞點(diǎn)蝕是滾動(dòng)軸承的主要失效形式，軸承點(diǎn)蝕破壞后，會(huì)使軸承產(chǎn)生振動(dòng)、噪聲，發(fā)熱量增大，旋轉(zhuǎn)精度下降等。
軸承的壽命是指出現(xiàn)疲勞點(diǎn)蝕前轉(zhuǎn)過的總?cè)?shù)，或在一定的轉(zhuǎn)速下總的工作小時(shí)數(shù)。軸承的額定壽命與所承受的載荷大小有關(guān)系，工作載荷越大，軸承的壽命就越短。為了表達(dá)各種軸承的承載特性，規(guī)定軸承的基本額定壽命為時(shí)，軸承所能承受的最大載荷稱為軸承的基本額定動(dòng)載荷，用字母C表示。不同的軸承有不同的基本額定動(dòng)載荷，它表征了不同軸承的承載特征。其值可以從機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)中查出。若載荷P和轉(zhuǎn)速n已知，并取得軸承的預(yù)期壽命為，
則所選軸承的基本額定動(dòng)載荷C為:
（4-3）
式中：
為溫度因素
為載荷因素
在實(shí)際應(yīng)用中，軸承的載荷往往與實(shí)驗(yàn)理論的不相符，因此，在進(jìn)行軸承壽命的計(jì)算時(shí)，應(yīng)把實(shí)際在和轉(zhuǎn)換為與實(shí)驗(yàn)條件相同的載荷，轉(zhuǎn)換后的載荷是一種假定的載荷，稱為當(dāng)量載荷P，P，式中，為軸承所承受的徑向載荷（N），為軸承所承受的軸向載荷（N）；X為徑向載荷系數(shù)；Y為軸向載荷系數(shù)。X、Y的值可查表求得。
4.2.3輪齒的受力分析
進(jìn)行齒輪傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算時(shí)，首先要知道齒輪上所受的力，這就需要對(duì)齒輪傳動(dòng)作受理分析。當(dāng)然，對(duì)齒輪傳動(dòng)進(jìn)行力分析也是計(jì)算安裝齒輪的軸及軸承時(shí)所必須的。齒輪傳動(dòng)一般均加以潤滑，嚙合齒輪間的摩擦力通常很小，計(jì)算受力時(shí)，可不予考慮。
沿嚙合線作用在齒面上的法向載荷垂直于齒面，為了計(jì)算方便，將法向載荷（單位為N）在節(jié)點(diǎn)處分解為兩個(gè)相互垂直的分力，即圓周力和徑向力（單位均為N）。由此得：
（4-4）
（4-5）
（4-6）
式中： 為齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩，單位為 N·m；
為齒輪的節(jié)圓直徑，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)齒輪即為分度圓直徑，單位為mm；
為嚙合角，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)齒輪，。
4.2.4輪齒的校核
（1） 齒根彎曲強(qiáng)度計(jì)算：假設(shè)只有一對(duì)齒嚙合，當(dāng)載荷作用于齒頂時(shí)，可將齒輪看做寬度為B的懸臂梁。按懸臂梁理論，在齒根危險(xiǎn)截面產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力最大。若最大彎曲應(yīng)力用表示，許用彎曲應(yīng)力用表示，則在預(yù)期壽命內(nèi)保證齒根彎曲疲勞強(qiáng)度的條件為：
； （4-7）
的算法為：
（4-8）
式中：
為齒輪上的圓周力，單位為 N；
b為齒寬,單位為mm；
m為齒輪的模數(shù)；
K為載荷因素；
、為齒形因素。
（2） 齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算：齒面疲勞點(diǎn)蝕與齒面接觸應(yīng)力的大小有關(guān)，而齒面最大接觸應(yīng)力可以通過近似計(jì)算求得。一對(duì)齒輪的齒面接觸強(qiáng)度校核的公式為：
（4-9）
式中： 為圓周力，單位為；
K為載荷系數(shù)；
為大輪與小輪的齒數(shù)比
b為齒寬，單位為mm ；
為齒輪分度圓直徑,單位為mm ；
為區(qū)域系數(shù)，標(biāo)準(zhǔn)直齒齒輪=2.5；
為彈性影響系數(shù)。
（3） 許用應(yīng)力的計(jì)算式：
（4-10）
式中：
為實(shí)驗(yàn)齒輪的接觸疲勞或齒根彎曲疲勞極限；
為齒輪接觸疲勞或彎曲疲勞安全系數(shù)，對(duì)按疲勞強(qiáng)度計(jì)算時(shí) 1,當(dāng)按彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算時(shí)取1.5；
為應(yīng)力循環(huán)次數(shù)影響的系數(shù)即壽命系數(shù)。
4.3 具體計(jì)算
4.3.1軸30及其配件的校核
1）軸的強(qiáng)度校核：經(jīng)過前邊的計(jì)算及分析，傳動(dòng)軸30的載荷明顯比較大，而且結(jié)構(gòu)復(fù)雜。
第一排： 圓周力
徑向力
法向力
徑向力水平分力
徑向力垂直分力
第二排： 圓周力
徑向力
法向力
徑向力水平分力
徑向力垂直分力
由以上的計(jì)算結(jié)合傳動(dòng)軸9的結(jié)構(gòu)，可畫出其分別在水平面和垂直面內(nèi)的受力圖 和如圖4.2：
圖4.2 受力圖
由轉(zhuǎn)矩平衡可以計(jì)算出：
由此可知軸9在水平面和垂直面上的彎矩圖和如圖4.3：
圖4.3 彎矩圖
由可以求出各個(gè)點(diǎn)的實(shí)際彎矩：
圖4.4 彎矩合成圖
作扭矩圖（圖4.5）考慮啟動(dòng)、制動(dòng)的影響，取折算系數(shù)a =0.6，故
圖4.5 扭矩圖
綜上所述，最大的當(dāng)量彎矩為A點(diǎn)的彎矩即軸承支承座上的彎矩
由于軸上當(dāng)量彎矩最大在A點(diǎn)，故A為軸的危險(xiǎn)截面。軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理，查機(jī)械設(shè)計(jì)[6]表15-1有=60MP。
則
所以，軸的強(qiáng)度符合要求。
2）軸9軸承的校核：
由已知條件，初選軸承9的型號(hào)為33005，查機(jī)
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