雙面臥式組合鉆床
雙面臥式組合鉆床,雙面,臥式,組合,鉆床
摘 要
本課題需要設(shè)計(jì)一臺(tái)加工箱體零件的兩側(cè)孔的臥式組合鉆床，主要完成機(jī)床總體和主軸箱的設(shè)計(jì)及主軸軸承的設(shè)計(jì)。
根據(jù)課題要求，本文先擬定一個(gè)兩側(cè)需要鉆孔的箱體零件，根據(jù)加工工件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、加工部位、尺寸精度、表面粗糙度及生產(chǎn)率等要求，確定該機(jī)床為雙面臥式組合機(jī)床；根據(jù)零件的大小及被加工孔的位置確定主軸箱的輪廓尺寸，通過(guò)計(jì)算扭矩確定主軸和傳動(dòng)軸的直徑；根據(jù)受力情況，選擇主軸軸承，并驗(yàn)算軸承的壽命。設(shè)計(jì)過(guò)程中，在滿足設(shè)計(jì)要求的同時(shí)，應(yīng)該注意相互間的合理配合，這樣才能從整體上把握組合機(jī)床的性能和結(jié)構(gòu)。
關(guān)鍵詞：組合鉆床 傳動(dòng)系統(tǒng) 多軸箱 箱體
目 錄
1 前 言 1
1.1 機(jī)床在國(guó)民經(jīng)濟(jì)的地位及其發(fā)展簡(jiǎn)史 2
1.2 組合機(jī)床的國(guó)內(nèi)、外現(xiàn)狀 4
1.2.1 國(guó)內(nèi)組合機(jī)床現(xiàn)狀 4
1.2.2 國(guó)外組合機(jī)床現(xiàn)狀 5
2 組合機(jī)床總體設(shè)計(jì) 6
2．1 組合機(jī)床工藝方案的制定 7
2．2 組合機(jī)床配置型式及結(jié)構(gòu)方案的確定 7
2．3 各側(cè)具體零部件的設(shè)計(jì)、計(jì)算及選擇 7
3 組合機(jī)床多軸箱設(shè)計(jì)（兩邊主軸箱對(duì)稱布置） 11
3.1繪制右多軸箱設(shè)計(jì)原始依據(jù)圖 11
3.2 主軸、齒輪的確定及動(dòng)力計(jì)算 12
3.2.2 主軸箱的動(dòng)力計(jì)算 12
3.3主軸箱傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算 12
3.3.1 驅(qū)動(dòng)軸、主軸的坐標(biāo)計(jì)算 12
3.3.2 擬訂主軸箱傳動(dòng)路線 13
3.3.3 確定傳動(dòng)軸位置和齒輪齒數(shù) 14
3.4 多軸箱坐標(biāo)計(jì)算、繪制坐標(biāo)檢查圖 18
3.4.1 選擇加工基準(zhǔn)坐標(biāo)系XOY,計(jì)算主軸、驅(qū)動(dòng)軸坐標(biāo) 18
3.4.2 計(jì)算傳動(dòng)軸的坐標(biāo) 18
3.4.3 驗(yàn)算中心距誤差 20
3.4.4 繪制坐標(biāo)檢查圖 20
3.5 多軸箱中變位齒輪的計(jì)算 21
3.6 變位齒輪的設(shè)計(jì) 21
3.6.1 軸13與軸7、8、9上的變位齒輪的設(shè)計(jì)： 22
3.6.2 軸16與軸15上的變位齒輪設(shè)計(jì)： 22
3.6.3 變位齒輪重合度的校核 23
3.7 齒輪強(qiáng)度校核 23
3.7.1 校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度 23
3.7.2 校核接觸疲勞強(qiáng)度 24
3.8 傳動(dòng)軸直徑的確定和軸的強(qiáng)度校核 25
3.8.1 軸的直徑的確定 25
3.8.2 軸的強(qiáng)度校核 25
3.9 主軸箱軸承及其它件設(shè)計(jì) 28
3.9.1 主軸軸承設(shè)計(jì) 28
3.9.2 主軸箱的選擇 29
3.9.3主軸箱上的附件材料的設(shè)計(jì) 29
1 前 言
組合機(jī)床是以通用部件為基礎(chǔ)，配以按工件特定形狀和加工工藝設(shè)計(jì)的專用部件和夾具，組成的半自動(dòng)或自動(dòng)專用機(jī)床。
組合機(jī)床一般采用多軸、多刀、多工序、多面或多工位同時(shí)加工的方式，生產(chǎn)效率比通用機(jī)床高幾倍至幾十倍。由于通用部件已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化和系列化，可根據(jù)需要靈活配置，能縮短設(shè)計(jì)和制造周期。因此，組合機(jī)床兼有低成本和高效率的優(yōu)點(diǎn)，在大批、大量生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用，并可用以組成自動(dòng)生產(chǎn)線。
組合機(jī)床一般用于加工箱體類或特殊形狀的零件。加工時(shí)，工件一般不旋轉(zhuǎn)，由刀具的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和刀具與工件的相對(duì)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，來(lái)實(shí)現(xiàn)鉆孔、擴(kuò)孔、锪孔、鉸孔、鏜孔、銑削平面、切削內(nèi)外螺紋以及加工外圓和端面等。有的組合機(jī)床采用車削頭夾持工件使之旋轉(zhuǎn)，由刀具作進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，也可實(shí)現(xiàn)某些回轉(zhuǎn)體類零件(如飛輪、汽車后橋半軸等)的外圓和端面加工。
1.1 機(jī)床在國(guó)民經(jīng)濟(jì)的地位及其發(fā)展簡(jiǎn)史
現(xiàn)代社會(huì)中，人們?yōu)榱烁咝А⒔?jīng)濟(jì)地生產(chǎn)各種高質(zhì)量產(chǎn)品，日益廣泛的使用各種機(jī)器、儀器和工具等技術(shù)設(shè)備與裝備。為制造這些技術(shù)設(shè)備與裝備，又必須具備各種加工金屬零件的設(shè)備，諸如鑄造、鍛造、焊接、沖壓和切削加工設(shè)備等。由于機(jī)械零件的形狀精度、尺寸精度和表面粗糙度，目前主要靠切削加工的方法來(lái)達(dá)到，特別是形狀復(fù)雜、精度要求高和表面粗糙度要求小的零件，往往需要在機(jī)床上經(jīng)過(guò)幾道甚至幾十道切削加工工藝才能完成。因此，機(jī)床是現(xiàn)代機(jī)械制造業(yè)中最重要的加工設(shè)備。在一般機(jī)械制造廠中，機(jī)床所擔(dān)負(fù)的加工工作量，約占機(jī)械制造總工作量的40%～60%，機(jī)床的技術(shù)性能直接影響機(jī)械產(chǎn)品的質(zhì)量及其制造的經(jīng)濟(jì)性，進(jìn)而決定著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展水平?？梢赃@樣說(shuō)，如果沒(méi)有機(jī)床的發(fā)展，如果不具備今天這樣品種繁多、結(jié)構(gòu)完善和性能精良的各種機(jī)床，現(xiàn)代社會(huì)目前所達(dá)到的高度物質(zhì)文明將是不可想象的。
一個(gè)國(guó)家要繁榮富強(qiáng)，必須實(shí)現(xiàn)工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國(guó)防和科學(xué)技術(shù)的現(xiàn)代化，這就需要一個(gè)強(qiáng)大的機(jī)械制造業(yè)為國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門提供現(xiàn)代化的先進(jìn)技術(shù)設(shè)備與裝備，即各種機(jī)器、儀器和工具等。然而，一個(gè)現(xiàn)代化的機(jī)械制造業(yè)必須要有一個(gè)現(xiàn)代化的機(jī)床制造業(yè)做后盾。機(jī)床工業(yè)是機(jī)械制造業(yè)的“裝備部”、“總工藝師”，對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展起著重大作用。因此，許多國(guó)家都十分重視本國(guó)機(jī)床工業(yè)的發(fā)展和機(jī)床技術(shù)水平的提高，使本國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展建立在堅(jiān)實(shí)可靠的基礎(chǔ)上。
機(jī)床是人類在長(zhǎng)期生產(chǎn)實(shí)踐中，不斷改進(jìn)生產(chǎn)工具的基礎(chǔ)上生產(chǎn)的，并隨著社會(huì)生產(chǎn)的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步而漸趨完善。最原始的機(jī)床是木制的，所有運(yùn)動(dòng)都是由人力或畜力驅(qū)動(dòng)，主要用于加工木料、石料和陶瓷制品的泥坯，它們實(shí)際上并不是一種完整的機(jī)器?，F(xiàn)代意義上的用于加工金屬機(jī)械零件的機(jī)床，是在18世紀(jì)中葉才開始發(fā)展起來(lái)的。當(dāng)時(shí)，歐美一些工業(yè)最發(fā)達(dá)的國(guó)家，開始了從工場(chǎng)手工業(yè)向資本主義機(jī)器大工業(yè)生產(chǎn)方式的過(guò)度，需要越來(lái)越多的各種機(jī)器，這就推動(dòng)了機(jī)床的迅速發(fā)展。為使蒸汽機(jī)的發(fā)明付諸實(shí)用，1770年前后創(chuàng)制了鏜削蒸汽機(jī)汽缸內(nèi)孔用的鏜床。1797年發(fā)明了帶有機(jī)動(dòng)刀架的車床，開創(chuàng)了用機(jī)械代替人手控制刀具運(yùn)動(dòng)的先聲，不僅解放了人的雙手，并使機(jī)床的加工精度和工效起了一個(gè)飛躍，初步形成了現(xiàn)代機(jī)床的雛型。續(xù)車床之后，隨著機(jī)械制造業(yè)的發(fā)展，其他各種機(jī)床也陸續(xù)被創(chuàng)制出來(lái)。至19世紀(jì)末，車床、鉆床、鏜床、刨床、拉床、銑床、磨床、齒輪加工機(jī)床等基本類型的機(jī)床已先后形成。
上世紀(jì)初以來(lái)，由于高速鋼和硬質(zhì)合金等新型刀具材料相繼出現(xiàn)，刀具切削性能不斷提高，促使機(jī)床沿著提高主軸轉(zhuǎn)速、加大驅(qū)動(dòng)功率和增強(qiáng)結(jié)構(gòu)剛度的方向發(fā)展。與此同時(shí)，由于電動(dòng)機(jī)、齒輪、軸承、電氣和液壓等技術(shù)有了很大的發(fā)展，使機(jī)床的轉(zhuǎn)動(dòng)、結(jié)構(gòu)和控制等方面也得到相應(yīng)的改進(jìn)，加工精度和生產(chǎn)率顯著提高。此外，為了滿足機(jī)械制造業(yè)日益廣闊的各種使用要求，機(jī)床品種的發(fā)展也與日俱增，例如，各種高效率自動(dòng)化機(jī)床、重型機(jī)床、精密機(jī)床以及適應(yīng)加工特殊形狀和特殊材料需要的特種加工機(jī)床相繼問(wèn)世。50年代，在綜合應(yīng)用電子技術(shù)、檢測(cè)技術(shù)、計(jì)算技術(shù)、自動(dòng)控制和機(jī)床設(shè)計(jì)等各個(gè)領(lǐng)域最新成就的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的數(shù)控機(jī)床，使機(jī)床自動(dòng)化進(jìn)入了一個(gè)嶄新的階段，與早期發(fā)展的僅適用于大批大量生產(chǎn)的純機(jī)械控制和繼電器接觸器控制的自動(dòng)化相比，它具有很高柔性，即使在單件和小批生產(chǎn)中也能得到經(jīng)濟(jì)的使用。
綜觀機(jī)床的發(fā)展史，它總是隨著機(jī)械工業(yè)的擴(kuò)大和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步而發(fā)展，并始終圍繞著不斷提高生產(chǎn)效率、加工精度、自動(dòng)化程度和擴(kuò)大產(chǎn)品品種而進(jìn)行的，現(xiàn)代機(jī)床總的趨勢(shì)仍然是繼續(xù)沿著這一方向發(fā)展。
我國(guó)的機(jī)床工業(yè)是在1949年新中國(guó)成立后才開始建立起來(lái)的。解放前，由于長(zhǎng)期的封鎖統(tǒng)治和19世紀(jì)中葉以后帝國(guó)主義的侵略和掠奪，我國(guó)的工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)非常落后，既沒(méi)有獨(dú)立的機(jī)械制造業(yè)，更談不上機(jī)床制造業(yè)。至解放前夕，全國(guó)只有少數(shù)城市的一些規(guī)模很小的機(jī)械廠，制造少量簡(jiǎn)單的皮帶車間、牛頭刨床和砂輪等；1949年全國(guó)機(jī)床產(chǎn)量?jī)H1000多臺(tái)，品種不到10個(gè)。
解放后，黨和人民政府十分重視機(jī)床工業(yè)的發(fā)展。在解放初期的三年經(jīng)濟(jì)恢復(fù)時(shí)期，就把一些原來(lái)的機(jī)械修配廠改建為專業(yè)廠；在隨后開始的幾個(gè)五年計(jì)劃期間，又陸續(xù)擴(kuò)建、新建了一系列機(jī)床廠。經(jīng)過(guò)50多年的建設(shè)，我國(guó)機(jī)床工業(yè)從無(wú)到有，從小到大，現(xiàn)在已經(jīng)成門類比較齊全，具有一定實(shí)力的機(jī)床工業(yè)體系，能生產(chǎn)5000多種機(jī)床通用品種，數(shù)控機(jī)床1500多種；不僅裝備了國(guó)內(nèi)的工業(yè)，而且每年還有一定數(shù)量的機(jī)床出口。
我國(guó)機(jī)床行業(yè)的發(fā)展是迅速的，成就是巨大的。但由于起步晚、底子薄，與世界先進(jìn)水平相比，還有較大差距。為了適應(yīng)我國(guó)工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國(guó)防和科學(xué)技術(shù)現(xiàn)代化的需要，為了提高機(jī)床產(chǎn)品在國(guó)際市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)能力，必須深入開展機(jī)床基礎(chǔ)理論研究，加強(qiáng)工藝試驗(yàn)研究，大力開發(fā)精密、重型和數(shù)控機(jī)床，使我國(guó)的機(jī)床工業(yè)盡早躋身于世界先進(jìn)行列。
1.2 組合機(jī)床的國(guó)內(nèi)、外現(xiàn)狀
世界上第一臺(tái)組合機(jī)床于1908年在美國(guó)問(wèn)世，30年代后組合機(jī)床在世界各國(guó)得到迅速發(fā)展。至今，它已成為現(xiàn)代制造工程（尤其是箱體零件加工）的關(guān)鍵設(shè)備之一。
現(xiàn)代制造工程從各個(gè)角度對(duì)組合機(jī)床提出了愈來(lái)愈高的要求，而組合機(jī)床也在不斷吸取新技術(shù)成果而完善和發(fā)展。
1.2.1 國(guó)內(nèi)組合機(jī)床現(xiàn)狀
我國(guó)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(shì)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(zhǎng)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(zhǎng)，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(yíng)狀況良好。
（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(guó)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(lái)看，數(shù)控機(jī)床與加工中心的市場(chǎng)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(shì)，中國(guó)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(guó)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(wàn)元，生產(chǎn)加工中心148臺(tái)，產(chǎn)值5770萬(wàn)元；2004年生產(chǎn)數(shù)控機(jī)床985臺(tái)，產(chǎn)值25838萬(wàn)元，生產(chǎn)加工中心159臺(tái)，產(chǎn)值7099萬(wàn)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(chǎng)在向數(shù)控、高精制造技術(shù)和成套工藝裝備方面發(fā)展。
（2）行業(yè)企業(yè)的快速轉(zhuǎn)變
“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(guó)有轉(zhuǎn)為民營(yíng)，其余的都是國(guó)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(guó)有轉(zhuǎn)為民營(yíng)，現(xiàn)在一些國(guó)家重點(diǎn)國(guó)有企業(yè)也在醞釀股份制改造，轉(zhuǎn)制已勢(shì)不可檔，“民營(yíng)經(jīng)濟(jì)在經(jīng)歷了從被歧視，被藐視到不可小視和現(xiàn)在高度重視4個(gè)階段后，煥發(fā)勃勃生機(jī)?！苯M合機(jī)床行業(yè)企業(yè)正在以股份制、民營(yíng)化等多種形式快速發(fā)展。
（3）組合機(jī)床技術(shù)裝備現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)
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。它的特征是高效、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(guó)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)床的分類繁多，有大型組合機(jī)床和小型組合機(jī)床，有單面、雙面、三面、臥式、立式、傾斜式、復(fù)合式，還有多工位回轉(zhuǎn)臺(tái)組合機(jī)床等；隨著技術(shù)的不斷是進(jìn)步，一種新型的組合機(jī)床——柔性組合機(jī)床越來(lái)越受人們是親昧，它應(yīng)用多位主軸箱、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(lái)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(lái)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(cè)量、控制、診斷監(jiān)控、清洗、裝配和試漏等技術(shù)。我國(guó)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(guó)家相對(duì)落后，國(guó)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(guó)外進(jìn)口。工藝裝備的大量進(jìn)口勢(shì)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(chǎng)要求我們不斷開發(fā)新技術(shù)、新工藝、研制新產(chǎn)品，由過(guò)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。
1.2.2 國(guó)外組合機(jī)床現(xiàn)狀
80年代以來(lái)，國(guó)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)拍和多功能知道監(jiān)控。組合機(jī)床技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)是：
（1）廣泛應(yīng)用數(shù)控技術(shù)
國(guó)外主要的組合機(jī)床生產(chǎn)廠家都有自己的系列化完整的數(shù)控組合機(jī)床通用部件,在組合機(jī)床上不僅一般動(dòng)力部件應(yīng)用數(shù)控技術(shù),而且夾具的轉(zhuǎn)位或轉(zhuǎn)角、換箱裝置的自動(dòng)分度與定位也都應(yīng)用數(shù)控技術(shù),從而進(jìn)一步提高了組合機(jī)床的工作可靠性和加工精度。廣州標(biāo)致汽車公司由法國(guó)雷諾公司購(gòu)置的缸蓋加工生產(chǎn)線,就是由三臺(tái)自動(dòng)換箱組合機(jī)床組成的,其全部動(dòng)作均為數(shù)控,包括自動(dòng)上下料的交換工作臺(tái)、環(huán)形主軸箱庫(kù)、動(dòng)力部件和夾具的運(yùn)動(dòng),其節(jié)拍時(shí)間為58秒。
(2)發(fā)展柔性技術(shù)
80年代以來(lái),國(guó)外對(duì)中大批量生產(chǎn),多品種加工裝備采取了一系列的可調(diào)、可變、可換措施,使加工裝備具有了一定的柔性。如先后發(fā)展了轉(zhuǎn)塔動(dòng)力頭、可換主軸箱等組成的組合機(jī)床;同時(shí)根據(jù)加工中心的發(fā)展,開發(fā)了二坐標(biāo)、三坐標(biāo)模塊化的加工單元,并以此為基礎(chǔ)組成了柔性加工自動(dòng)線(FTL)。這種結(jié)構(gòu)的變化,既可以實(shí)現(xiàn)多品種加工要求的調(diào)整變化快速靈敏,又可以使機(jī)床配置更加靈活多樣。
(3)發(fā)展綜合自動(dòng)化技術(shù)
汽車工業(yè)的大發(fā)展,對(duì)自動(dòng)化制造技術(shù)提出了許多新的需求,大批量生產(chǎn)的高效率,要求制造系統(tǒng)不僅能完成一般的機(jī)械加工工序,而且能完成零件從毛坯進(jìn)線到成品下線的全部工序,以及下線后的自動(dòng)碼垛、裝箱等。德國(guó)大眾汽車公司KASSEL變速箱廠1987年投入使用的造價(jià)9000萬(wàn)馬克的齒輪箱和離合器殼生產(chǎn)線,就是這種綜合自動(dòng)化制造系統(tǒng)的典范。該系統(tǒng)由兩條相似對(duì)稱布置的自動(dòng)線組成,三班制工作,每條線日產(chǎn)2000件,節(jié)拍時(shí)間為40秒。全線由12臺(tái)雙面組合機(jī)床、18臺(tái)三坐標(biāo)加工單元、空架機(jī)器人、線兩端的毛坯庫(kù)和三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)組成,可實(shí)現(xiàn)3種零件的加工?？占軝C(jī)器人完成工件下線的碼垛裝箱工作。隨著綜合自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展,出現(xiàn)了一批專門從事裝配、試驗(yàn)、檢測(cè)、清洗等裝備的專業(yè)生產(chǎn)廠家,進(jìn)一步提高了制造系統(tǒng)的配套水平。
(4)進(jìn)一步提高工序集中程度
國(guó)外為了減少機(jī)床數(shù)量,節(jié)省占地面積,對(duì)組合機(jī)床這種工序集中程度高的產(chǎn)品,繼續(xù)采取各種措施,進(jìn)一步提高工序集中程度。如采用十字滑臺(tái)、多坐標(biāo)通用部件、移動(dòng)主軸箱、雙頭鏜孔車端面頭等組成機(jī)床或在夾具部位設(shè)置刀庫(kù),通過(guò)換刀加工實(shí)現(xiàn)工序集中,從而可最大限度地發(fā)揮設(shè)備的效能,獲取更好的經(jīng)濟(jì)效益。
2 組合機(jī)床總體設(shè)計(jì)
組合機(jī)床總體設(shè)計(jì)，通常是根據(jù)與用戶簽定的合同和技術(shù)協(xié)議書,針對(duì)具體加工零件，擬訂工藝和結(jié)構(gòu)方案，并進(jìn)行方案圖樣和有關(guān)技術(shù)文件的設(shè)計(jì)。
2．1 組合機(jī)床工藝方案的制定
工藝方案的擬訂是組合機(jī)床設(shè)計(jì)的關(guān)鍵一步。因?yàn)楣に嚪桨冈诤艽蟪潭壬蠜Q定了組合機(jī)床的結(jié)構(gòu)配置和使用性能。因此，應(yīng)根據(jù)工件的加工要求和特點(diǎn)，按一定的原則、結(jié)合組合機(jī)床常用的工藝方法、充分考慮各種因素，并經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析后擬訂出先進(jìn)、合理、經(jīng)濟(jì)、可靠的工藝方案。
此次設(shè)計(jì)的組合機(jī)床是用于加工某零件兩側(cè)孔專用組合鉆床，其具體的加工工藝如下:
a. 鉆6－Φ9孔（深38）， 右側(cè)面；
b. 鉆3－Φ9孔（深78）， 右側(cè)面；
c. 鉆6－Φ9孔（深38）， 左側(cè)面；
d. 鉆3－Φ9孔（深78）， 左側(cè)面；
正確選擇組合機(jī)床加工工件采用的基準(zhǔn)定位，是確保加工精度的重要條件。
本設(shè)計(jì)的某零件是箱體類零件，箱體類零件一般都有較高精度的孔和面需要加工，又常常要在幾次安裝下進(jìn)行。
2．2 組合機(jī)床配置型式及結(jié)構(gòu)方案的確定
根據(jù)選定的工藝方案確定機(jī)床的配置型式，并定出影響機(jī)床總體布局和技術(shù)性能的主要部件的結(jié)構(gòu)方案。既要考慮能實(shí)現(xiàn)工藝方案，以確保零件的精度、技術(shù)要求及生產(chǎn)率，又要考慮機(jī)床操作方便可靠，易于維修，且潤(rùn)滑、冷卻、排屑情況良好。對(duì)同一個(gè)零件的加工，可能會(huì)有各種不同的工藝方案和機(jī)床配置方案，在最后決定采取哪種方案時(shí)，絕不能草率，要全面地看問(wèn)題，綜合分析各方面的情況，進(jìn)行多種方案的對(duì)比，從中選擇最佳方案。
各種形式的單工位組合機(jī)床，具有固定式夾具，通?？砂惭b一個(gè)工件，特別適用于大、中型箱體類零件的加工。根據(jù)配置動(dòng)力部件的型式和數(shù)量，這種機(jī)床可分為單面、多面復(fù)合式。利用多軸想同時(shí)從幾個(gè)方面對(duì)工件進(jìn)行加工。但其機(jī)動(dòng)時(shí)間不能與輔助時(shí)間重合，因而生產(chǎn)率比多工位機(jī)床低。
在認(rèn)真分析了被加工零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及所選擇的加工工藝方案，又由單工位組合機(jī)床的特點(diǎn)及適應(yīng)性，確定設(shè)計(jì)的組合機(jī)床的配置型式為單工位臥式組合機(jī)床。
2．3 各側(cè)具體零部件的設(shè)計(jì)、計(jì)算及選擇
2.3.1刀具的選擇
考慮到工件加工尺寸精度，表面粗糙度，切削的排除及生產(chǎn)率要求等因素，所以加工18個(gè)孔的刀具均采用標(biāo)準(zhǔn)錐柄長(zhǎng)麻花鉆。
2.3.2 兩側(cè)面鉆9-Φ9
a. 切削用量的選擇
右側(cè)是鉆削6-Φ9（深38）及3-Φ9（深78）
根據(jù)孔徑的大小和深徑比，以及被加工材料的硬度查參考文獻(xiàn)[9]表2.17知：主軸的進(jìn)給量f為0.1～0.18mm/r，切削速度vc=10～18m/min。
鉆孔的切削用量還與鉆孔的深度有關(guān)，當(dāng)加工鑄鐵件孔深為鉆頭直徑的6～8倍時(shí)，在組合機(jī)床上通常都是和其他淺孔一樣采取一次走刀的辦法加工出來(lái)的，不過(guò)加工這種較深孔的切削用量要適當(dāng)降低些，因此選擇切削速度vc=13m/min 進(jìn)給量f=0.13mm/r，由此主軸轉(zhuǎn)速n由公式
(2-1)
計(jì)算出 r/min，將主軸轉(zhuǎn)速圓整為470 r/min。
實(shí)際切削速度vc、工進(jìn)速度vf、工進(jìn)時(shí)間tf 分別由下列公式求得
(2-2)
(2-3)
(2-4)
計(jì)算出實(shí)際切削速度vc=13.282m/min，工進(jìn)速度vf=61.1mm/min，工進(jìn)時(shí)間tf=1.26min
b. 切削功率，切削力，轉(zhuǎn)矩以及刀具耐用度的選擇
由參考文獻(xiàn)[9]表6-20計(jì)算公式
切削力 (2-5)
切削轉(zhuǎn)矩 (2-6)
切削功率 (2-7)
刀具耐用度 (2-8)
計(jì)算出切削力F=1144.5N，切削轉(zhuǎn)矩T=3.18N·m，切削功率P=0.153kw，刀具耐用度Tn=768.799min
c. 動(dòng)力部件的選擇
由上述計(jì)算每根軸的輸出功率P=0.153kw，右側(cè)共9根輸出軸，且每一根軸都鉆Φ9直徑，所以總切削功率P切削=0.153×9=1.377kw。則多軸箱的功率： kw，其中η=0.8，所以 kw。
因電機(jī)輸出經(jīng)動(dòng)力箱時(shí)還有功率損耗，所以選擇功率為2.2kw的電機(jī)，其型號(hào)為：Y100L1-4,由參考文獻(xiàn)[9]表5-39選取1TD32-I型動(dòng)力箱，動(dòng)力箱的主軸轉(zhuǎn)速715r/min 。
d. 確定主軸類型，尺寸，外伸長(zhǎng)度
滾珠軸承主軸：前支承為推力球軸承和向心球軸承，后支承為向心球軸承或圓錐滾子軸承。因?yàn)橥屏S承設(shè)置在前端，能承受單方向的軸向力，適用于鉆孔主軸。
在右側(cè)面，主軸用于鉆孔，因此選用滾珠軸承主軸。又因?yàn)楦?dòng)卡頭與刀具剛性連接，所以該主軸屬于長(zhǎng)主軸。所以主軸均為滾珠軸承長(zhǎng)主軸。
根據(jù)主軸轉(zhuǎn)矩T=3.18 N·m，由參考文獻(xiàn)[9]表3-4可知
(2-9)
其中B= 7.3，則計(jì)算出d=17.335mm，選取d=20mm。
由參考文獻(xiàn)[9]表3-6查得主軸直徑d=20mm， D/d1=30/20 mm, 主軸外伸尺寸L=115mm,接桿莫氏圓錐號(hào)1，2。
e. 導(dǎo)向裝置的選擇
組合機(jī)床鉆孔時(shí)，零件上孔的位置精度主要是靠刀具的導(dǎo)向裝置來(lái)保證的。導(dǎo)向裝置的作用是：保證刀具相對(duì)工件的正確位置；保證刀具相互間的正確位置；提高刀具系統(tǒng)的支承剛性。
固定式導(dǎo)套：刀具或刀桿本身在導(dǎo)套內(nèi)既有相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)又有相對(duì)移動(dòng)，由于這部分表面潤(rùn)滑困難；工作時(shí)有粉塵侵入，當(dāng)?shù)稐U相對(duì)導(dǎo)套的線速度超過(guò)20m/min時(shí)就會(huì)有研著的危險(xiǎn)，因此選用導(dǎo)套前計(jì)算一下導(dǎo)套與刀具的線速度。由上述內(nèi)容知導(dǎo)套與刀具的線速度vc=13.282m/min<20m/min,所以該導(dǎo)套選用通用短導(dǎo)套
由參考文獻(xiàn)[9]表8-4查得導(dǎo)套的具體數(shù)值如下：
D=15mm，D1=22mm，D2=26mm，D3=M6，L取16mm，（短型導(dǎo)套）l=8mm,l1=3mm，l3=12mm， e=18.5mm
f. 連桿的選擇
在鉆、擴(kuò)、鉸孔及倒角等加工小孔時(shí)，通常都采用接桿（剛性接桿）。因?yàn)橹鬏S箱各主軸的外伸長(zhǎng)度和刀具均為定值，為保證主軸箱上各刀具能同時(shí)到達(dá)加工終了位置，須采用軸向可調(diào)整的接桿來(lái)協(xié)調(diào)各軸的軸向長(zhǎng)度，以滿足同時(shí)加工完成孔的要求。
為了獲得終了時(shí)多軸箱前端面到工件端面之間所需要的最小距離，應(yīng)盡量減少接桿的長(zhǎng)度。
因?yàn)?-Φ9孔的鉆削面是同一面且主軸內(nèi)徑是20mm,由參考文獻(xiàn)[9]表8-1選取A型可調(diào)接桿 d=16mm，d1=Tr16×1.5 mm， d2=9mm， L=85mm， l4=110～135mm。
g. 動(dòng)力部件工作循環(huán)及行程的確定
切入長(zhǎng)度一般為5-10mm， 取L1=7mm，切出長(zhǎng)度由參考文獻(xiàn)[9]表3-7公式 （2-10）
通過(guò)計(jì)算L2=8mm，加工時(shí)加工部位長(zhǎng)度L(多軸加工時(shí)按最長(zhǎng)孔算)L=78mm.由公式
（2-11）
求出L工=93mm。
為排屑要求必須鉆口套與工件之間保留一點(diǎn)的距離，根據(jù)麻花鉆直徑Φ9，由參考文獻(xiàn)[9]表3-4得導(dǎo)套口至工件尺寸l2=(1+1.5d)(參考鉆鋼) 取l2=10mm，又根據(jù)鉆套用導(dǎo)套的長(zhǎng)度確定鉆模架的厚度為16mm。附帶得出底面定位元件的厚度l4=38mm。
快退長(zhǎng)度的確定:一般在固定式夾具鉆孔或擴(kuò)孔的機(jī)床上動(dòng)力頭快速退回的行程只要把所有的刀具都退回至導(dǎo)套內(nèi),不影響工件裝卸即可。
快退距離 L快退=l2+L工-L1=10+93-7=96mm
快進(jìn)距離 L快進(jìn)=l2-L1=10-7=3mm
因快進(jìn)距離太短，故將快進(jìn)距離改為工進(jìn)，則工進(jìn)距離L工=93+3=96 mm。
選擇刀具：根據(jù)鉆口套至工進(jìn)行程末端的距離L快退=96mm，及鉆口套長(zhǎng)度L套=8+3+16=27mm,由參考文獻(xiàn)[5]表3-1查得選擇：矩形柄麻花鉆GB1435-78Φ9×250mm(切削長(zhǎng)度部分145mm)。
h. 滑臺(tái)及底座的選擇
由于液壓驅(qū)動(dòng)，零件損失小，使用壽命長(zhǎng)，所以選擇液壓滑臺(tái)。已知工進(jìn)Vf=61.1mm/min,單根主軸的切削力F單=1144.5 N，則9根軸總的切削力F切削=9F單=1144.5×9=10300.5N，又因?yàn)镮TD32-Ⅰ型動(dòng)力箱滑鞍長(zhǎng)度L=630mm，由參考文獻(xiàn)[9]表5-1選擇1HY32-Ⅰ型滑臺(tái)及配套的側(cè)底座選擇ICC321
i. 多軸箱輪廓尺寸的設(shè)計(jì)
確定機(jī)床的裝料高度，新頒國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)裝料高度為1060mm，實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)常在850～1060mm之間選取，選取裝料高度為950mm。
多軸箱的寬度與高度的大小與被加工零件的加工部位有關(guān)，可按下列關(guān)系式確定：
B=b+2b1 （2-12）
H=h+h1+b1 （2-13）
b-工件在寬度方向相距最遠(yuǎn)兩孔距離，b=340mm。
b1-最邊緣主軸中心距箱體外壁的距離，推薦b1≥70～100mm，取b1=100。
h-工件在高度方向相距最遠(yuǎn)的兩孔距離，h=277mm。
h1-最低主軸高度。
因?yàn)榛_(tái)與底座的型號(hào)都已經(jīng)選擇，所以側(cè)底座的高度為已知值650mm，
滑臺(tái)滑座總高280mm；滑座與側(cè)底座的調(diào)整墊厚度一般取5mm，多軸箱底與滑臺(tái)滑座臺(tái)面間的間隙取0.5mm。
故h1=11+950-(0.5+5+280+560)=115.5mm，通常推薦h1〉85～140mm，所以h1=115.5mm符合通常推薦值。
所以 B=b+2b1=340+2×100=540mm，
H=h+h1+b1=277+115.5+100=492.5mm
由此數(shù)據(jù)查參考文獻(xiàn)[15]表8.22選取多軸箱尺寸B×H=630mm×500mm, 臺(tái)面寬度為320mm。
3 組合機(jī)床多軸箱設(shè)計(jì)（兩邊主軸箱對(duì)稱布置）
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)的傳遞個(gè)主軸運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力部件。其動(dòng)力來(lái)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，用于鉆孔居多，此次本設(shè)計(jì)的兩側(cè)鉆就是屬于此類型。
目前多軸箱設(shè)計(jì)有一般設(shè)計(jì)法和電子計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)法兩種。計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)多軸箱，由人工輸入原始數(shù)據(jù)，按事先編制好的程序，通過(guò)人機(jī)交互方式，可迅速、準(zhǔn)確地設(shè)計(jì)傳動(dòng)系統(tǒng)，繪制多軸箱總圖、零件圖和箱體補(bǔ)充加工圖，打印出軸孔坐標(biāo)及組件明細(xì)表。一般設(shè)計(jì)法的順序是：繪制多軸箱設(shè)計(jì)原始依據(jù)圖；確定主軸結(jié)構(gòu)、軸頸及模數(shù)；擬訂傳動(dòng)系統(tǒng)；計(jì)算主軸、傳動(dòng)軸，繪制坐標(biāo)檢查圖；繪制多軸箱總圖，零件圖及編制組件明細(xì)表。在此用一般設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)多軸箱。
3.1繪制右多軸箱設(shè)計(jì)原始依據(jù)圖
主軸箱設(shè)計(jì)的原始要求和已知條件：
a. 多軸箱輪廓尺寸630×500；
b. 工件輪廓尺寸及各孔的位置尺寸；
c. 工件和主軸箱相對(duì)位置尺寸。
根據(jù)以上依據(jù)編制出的主軸箱設(shè)計(jì)原始依據(jù)圖如下圖所示：
圖3-1組合機(jī)床設(shè)計(jì)原始依據(jù)圖
注：1.被加工零件編號(hào)及名稱：某箱體零件。材料及硬度：灰鑄鐵；160-250HBS
2.主軸外伸尺寸及切削用量：（表3-1）
表3-1主軸外伸尺寸及切削用量
軸號(hào)
主軸外伸尺寸（mm）
切削用量
備注
D/d
L
工序內(nèi)容
n(r/min)
v(m/min)
f(mm/r)
1-9
32/20
115
鉆￠9
470
13.28
0.13
3.動(dòng)力部件1TD32I，1HY32IA，N主=2.2KW,n=1430T/min。
3.2 主軸、齒輪的確定及動(dòng)力計(jì)算
3.2.1 主軸型式和直徑、齒輪模數(shù)的確定
主軸結(jié)構(gòu)型式和直徑主要取決于工藝方法、刀具主軸聯(lián)接結(jié)構(gòu)、刀具的進(jìn)給抗力和切削轉(zhuǎn)矩。如鉆孔是常采用滾珠軸承主軸；擴(kuò)、鏜、鉸孔等工序常采用滾錐軸承主軸；主軸間距較小時(shí)常選用滾針軸承主軸。因本主軸箱的主軸都是用來(lái)鉆孔，所以采用滾珠軸承主軸。
主軸直徑已經(jīng)確定好了。（d=20mm）
齒輪模數(shù)m一般采用類比法確定，多軸箱中齒輪常用的模數(shù)有2、2.5、3、3.5、4等幾種。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)采用類比法從通用系列中選取各齒輪模數(shù)。為便于生產(chǎn)同一多軸箱中的模數(shù)規(guī)格最好不要多于兩種。
3.2.2 主軸箱的動(dòng)力計(jì)算
因所有主軸均用于鉆孔，所以均選用滾珠軸承主軸，主軸箱所需動(dòng)力見機(jī)床的總體設(shè)計(jì)，此處不在贅述。
3.3主軸箱傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算
3.3.1 驅(qū)動(dòng)軸、主軸的坐標(biāo)計(jì)算
根據(jù)主軸箱設(shè)計(jì)原始依據(jù)圖3-1，計(jì)算驅(qū)動(dòng)軸、主軸的坐標(biāo)尺寸，如表2-2所示：
表3-2 驅(qū)動(dòng)軸、主軸坐標(biāo)值
坐標(biāo)
銷O1
驅(qū)動(dòng)軸O
主軸1
主軸2
主軸3
主軸4
X
0.000
265.000
435.000
343.000
223.000
95.000
Y
0.000
95.000
125.500
82.500
82.500
82.500
坐標(biāo)
主軸5
主軸6
主軸7
主軸8
主軸9
X
95.000
209.000
315.000
435.000
435.000
Y
207.500
253.500
357.500
357.500
219.500
3.3.2 擬訂主軸箱傳動(dòng)路線
在設(shè)計(jì)傳動(dòng)系統(tǒng)時(shí),要盡可能用較少的傳動(dòng)件，使數(shù)量較多的主軸獲得預(yù)定的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向，因此在設(shè)計(jì)時(shí)單一的計(jì)算或作圖的方法是難以達(dá)到要求的，現(xiàn)在一般采用“計(jì)算、作圖和試湊” 相結(jié)合的辦法來(lái)設(shè)計(jì)。
該零件上的被加工孔的位置分布是多種多樣的，但可將其歸納為：同心圓分布、直線分布和任意分布三種類型。
根據(jù)需加工孔的位置情況設(shè)計(jì)主軸箱的傳動(dòng)路線敘述如下：
將主軸1和2視為一組直線分布軸，在兩軸中心連線的垂直平分線上設(shè)中心傳動(dòng)軸10；同樣將主軸3和4視為一組直線分布軸，在兩軸中心連線的垂直平分線上設(shè)中心傳動(dòng)軸11；同樣將主軸5和6視為一組直線分布軸，在兩軸中心連線的垂直平分線上設(shè)中心傳動(dòng)軸12；將主軸7、8、9視為一組同心圓主軸，在它們圓心（即三主軸軸心組成的三角形的外接圓圓心）處設(shè)中心傳動(dòng)軸13；油泵軸由傳動(dòng)軸13帶動(dòng)；將中間傳動(dòng)軸11、12視為一組直線分布軸，在兩軸中心連線的垂直平分線上設(shè)中心傳動(dòng)軸14；將中間傳動(dòng)軸10、13視為一組直線分布軸，在兩軸中心連線的垂直平分線上設(shè)中心傳動(dòng)軸15；將中間傳動(dòng)軸14、15視為一組直線分布軸，在兩軸中心連線的垂直平分線上設(shè)中心傳動(dòng)軸16（按理論上講軸16設(shè)在軸14和16的中心連線的垂直平分線上，但考慮到傳動(dòng)比和變位齒輪的問(wèn)題，因此軸16的位置有所調(diào)整）。
為直觀起見將傳動(dòng)路線用樹形圖表達(dá)出，如下圖所示：
圖3-2 九孔鉆削多軸箱傳動(dòng)樹形圖
3.3.3 確定傳動(dòng)軸位置和齒輪齒數(shù)
本主軸箱內(nèi)傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是按“計(jì)算、作圖和試湊”的一般方法來(lái)確定齒輪齒數(shù)、中間傳動(dòng)軸的位置和轉(zhuǎn)速，在設(shè)計(jì)過(guò)程中通過(guò)反復(fù)試湊及畫圖，才最后確定了齒輪的齒數(shù)和中間軸的位置。為滿足齒輪的嚙合關(guān)系，有些齒輪采用了變位齒輪來(lái)保證中心距的要求。
a. 求各主軸及驅(qū)動(dòng)軸轉(zhuǎn)速求驅(qū)動(dòng)軸到各主軸之間的傳動(dòng)比
主 軸: n1-9=470r/min
驅(qū)動(dòng)軸: nO=715r/min
因各主軸的轉(zhuǎn)速相同所以各主軸的總傳動(dòng)比相同:iO-1,2…9=
b. 傳動(dòng)軸位置、各軸之間的傳動(dòng)比、及嚙合齒輪齒數(shù)的確定
1.確定傳動(dòng)軸10的位置及其與主軸1，2間的齒輪副齒數(shù)
傳動(dòng)軸10設(shè)在軸1、2中心；連線的垂直平分線上，取傳動(dòng)軸10與主軸1之間的傳動(dòng)比i10-1=0.7；主軸1上的齒輪齒數(shù)z1=29；(設(shè)在第Ⅰ排)，齒輪模數(shù)m=2。
由i10-1=求出z10=41.42 取z10=41(設(shè)在第Ⅰ排),實(shí)際傳動(dòng)比i10-1=0.707；
則兩軸的中心距 A10-1=mm
傳動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速 n10=n1i10-1=4700.707=332.29r/min
因軸設(shè)在兩軸的中心連線的垂直平分線上,所以軸10與軸2的中心距等于軸10主軸1的中心距A10-1,求得z2=29(設(shè)在第Ⅰ排)。i10-2= i10-1=0.707
2.確定傳動(dòng)軸11的位置及其與主軸3，4間的齒輪副齒數(shù)
傳動(dòng)軸11設(shè)在軸3、4中心連線的垂直平分線上，取傳動(dòng)軸11與主軸3之間的傳動(dòng)比i11-3=0.75；主軸3上的齒輪齒數(shù)z3=30；(設(shè)在第Ⅰ排)，齒輪模數(shù)m=2。
由i11-3=求出z11=40 (設(shè)在第Ⅰ排)
則兩軸的中心距A11-3=mm
因軸設(shè)在兩軸的中心連線的垂直平分線上,所以軸11與軸4的中心距等于軸11主軸3的中心距A11-3,求得z4=30(設(shè)在第Ⅰ排)。i11-4= i11-3=0.75
3.確定傳動(dòng)軸12的位置及其與主軸5，6間的齒輪副齒數(shù)
傳動(dòng)軸12設(shè)在軸5、6中心連線的垂直平分線上，取傳動(dòng)軸12與主軸5之間的傳動(dòng)比i12-5=0.75；主軸5上的齒輪齒數(shù)z5=30；(設(shè)在第Ⅰ排)，齒輪模數(shù)m=2。
由i12-5=求出z12=40 (設(shè)在第Ⅰ排),實(shí)際傳動(dòng)比i12-5=0.75；
則兩軸的中心距A12-5=mm
因軸設(shè)在兩軸的中心連線的垂直平分線上,所以軸12與軸6的中心距等于軸12主軸5的中心距A12-5,求得z6=30(設(shè)在第Ⅰ排)。i12-6= i12-5=0.75
4.確定傳動(dòng)軸13的位置及其與主軸7，8，9間的齒輪副齒數(shù)
傳動(dòng)軸13的位置設(shè)在主軸7、8、9同心圓圓心上，可通過(guò)作圖初定。
若取m=2，z7=41(設(shè)在第Ⅳ排)，測(cè)量出A13-7=91mm
由A13-7=mm求得=50(設(shè)在第Ⅳ排)，
則傳動(dòng)軸13與主軸7之間的傳動(dòng)比：i13-7=
傳動(dòng)軸13的轉(zhuǎn)速：n13=n7i13-7=4700.82=385.4r/min
因主軸8，9和主軸7的轉(zhuǎn)速相同，所以i13-8= i13-9= i13-7=0.82，z8= z9 =z7=41(設(shè)在第Ⅳ排)。
5.確定中間傳動(dòng)軸14的位置及其與中間傳動(dòng)軸11，12間的齒輪副齒數(shù)
傳動(dòng)軸14設(shè)在軸11、12中心連線的垂直平分線上，取傳動(dòng)軸14與主軸11之間的傳動(dòng)比i14-11=1.25；齒輪模數(shù)m=2；
設(shè)計(jì)主軸箱主要考慮齒輪排布是否干涉問(wèn)題，在此考慮的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)時(shí)將傳動(dòng)軸11與傳動(dòng)軸14相嚙合的一對(duì)齒輪排布在第一排，又因?yàn)樯衔囊呀?jīng)將傳動(dòng)軸11與主軸4相嚙合的一對(duì)齒輪排布在第一排，所以傳動(dòng)軸11與傳動(dòng)軸14相嚙合的軸11上的齒輪齒數(shù)z11=40；(設(shè)在第Ⅰ排)
由i14-11=求出z14=32 (設(shè)在第Ⅰ排),實(shí)際傳動(dòng)比i14-11=1.25；
則兩軸的中心距A14-11=mm
因軸設(shè)在兩軸的中心連線的垂直平分線上,所以軸14與軸12的中心距等于軸14主軸1的中心距A14-11,求得z12=40(設(shè)在第Ⅰ排)。i14-12= i14-11=1.25
6.確定中間傳動(dòng)軸15的位置及其與中間傳動(dòng)軸10，13間的齒輪副齒數(shù)
傳動(dòng)軸15設(shè)在軸10、13中心連線的垂直平分線上，取傳動(dòng)軸15與主軸13之間的傳動(dòng)比i15-13=1.67；齒輪模數(shù)m=2；傳動(dòng)軸13上的齒輪的齒數(shù)z13=50
由i15-13=求出z15=29.94,選取z15=30(設(shè)在第Ⅰ排),實(shí)際傳動(dòng)比i15-13=1.67；
則兩軸的中心距: A15-13=mm
傳動(dòng)軸15的轉(zhuǎn)速: n15=n13i15-13=385.41.67=643.618r/min
因軸設(shè)在兩軸的中心連線的垂直平分線上，所以軸15與軸10的中心距等于軸15軸13的中心距A15-13，即A15-10=80mm ,又因?yàn)閭鲃?dòng)軸10，15的轉(zhuǎn)速n10,n15由上文算出,因此可得到傳動(dòng)軸15與10之間的傳動(dòng)比：i15-10=
由公式A15-10=和i15-10=聯(lián)合計(jì)算出z10=53 z15=27 (設(shè)在第Ⅱ排)
實(shí)際傳動(dòng)比i15-10===1.96
7.確定合攏軸16的位置及其與中間傳動(dòng)軸14，15間的齒輪副齒數(shù)
合攏軸16按原則上講其應(yīng)在傳動(dòng)軸14，15的中心連線的垂直平分線上，但考慮到齒輪傳動(dòng)的傳動(dòng)比和齒輪排布的排數(shù)，合攏軸16的位置不在傳動(dòng)軸14，15的中心連線的垂直平分線上。
取驅(qū)動(dòng)軸O與合攏軸的傳動(dòng)比：iO-16=1.5,則由總傳動(dòng)比i總=1.52求得i16-14=1.08，i16-15=0.74，選取驅(qū)動(dòng)軸上的齒輪齒數(shù)zO=24,模數(shù)m=3 則軸16上的齒輪齒數(shù)z16，軸16的轉(zhuǎn)速n16及中心距AO-16分別計(jì)算得到：
z16=zOiO-16=241.5=36 n16=r/min
AO-16=mm
求軸14與16相嚙合齒輪的齒數(shù)及中心距：
取模數(shù)m=2，設(shè)計(jì)時(shí)將軸14與16相嚙合齒輪排布在第一排，因?yàn)檩S14上的第一排已有齒輪，因此軸14與16相嚙合齒輪的14軸的齒數(shù)為以知的，即z14=32,z16=,選取z16=30，實(shí)際傳動(dòng)比i16-14=1.07
中心距A16-14=mm
因?yàn)閭鲃?dòng)軸16與驅(qū)動(dòng)軸O，中間傳動(dòng)軸14之間的距離已經(jīng)確定，因此可通過(guò)作圖確定傳動(dòng)軸16的位置。
求軸15與16相嚙合齒輪的齒數(shù)：
因?yàn)檩S15與16之間的傳動(dòng)比已經(jīng)確定，又因?yàn)檩S16的位置確定，所以軸16與軸15之間的距離也可確定，由傳動(dòng)樹形圖測(cè)量出軸15與16的中心距：A16-15=72
由公式:i16-15=和A16-15= 聯(lián)合求得:z15=31,z16=41(設(shè)在第Ⅲ排)
8.確定油泵軸17的位置及其與中間傳動(dòng)軸13間的齒輪副齒數(shù)
油泵軸由傳動(dòng)軸13帶動(dòng)，將其安放在與傳動(dòng)軸同一水平線上，取油泵軸與傳動(dòng)軸13相嚙合的一對(duì)齒輪傳動(dòng)比：i13-17=0.7,因?yàn)閦13=50,由i13-17=計(jì)算出z17=35(設(shè)在第Ⅰ排),由A13-17=計(jì)算出中心距A13-17=85mm
c. 驗(yàn)算各主軸轉(zhuǎn)速
n1=n2=r/min
n3=n4=n5=n6=r/min
n7=n8=n9=r/min
轉(zhuǎn)速相對(duì)損失在5%之內(nèi),符合設(shè)計(jì)要求。
d. 葉片泵的設(shè)置
由于葉片泵使用可靠，所以該主軸箱決定采用葉片泵進(jìn)行潤(rùn)滑。油泵打出的油經(jīng)分油器分向各個(gè)需潤(rùn)滑的部位，主軸箱體前后壁之間的齒輪用油盤潤(rùn)滑，箱體和后蓋以及前蓋的齒輪用油管潤(rùn)滑。該葉片潤(rùn)滑泵安裝在箱體的前表壁上，采用油泵傳動(dòng)軸帶動(dòng)葉片轉(zhuǎn)動(dòng)的傳動(dòng)方式，計(jì)算出：
n泵=r/min , n泵z在400-800r/min范圍內(nèi)，滿足要求。
3.4 多軸箱坐標(biāo)計(jì)算、繪制坐標(biāo)檢查圖
坐標(biāo)計(jì)算就是根據(jù)以知的驅(qū)動(dòng)軸和主軸的位置及傳動(dòng)關(guān)系，精確計(jì)算各中間傳動(dòng)軸的坐標(biāo)。其目的是為多軸箱箱體零件補(bǔ)充加工圖提供孔的坐標(biāo)尺寸，并用于繪制坐標(biāo)檢查圖來(lái)檢查齒輪排列、結(jié)構(gòu)布置是否正確合理。
3.4.1 選擇加工基準(zhǔn)坐標(biāo)系XOY,計(jì)算主軸、驅(qū)動(dòng)軸坐標(biāo)
加工基準(zhǔn)坐標(biāo)系在前文已經(jīng)選擇好了（請(qǐng)見圖3-1），驅(qū)動(dòng)軸及主軸的坐標(biāo)在3.3.1這一節(jié)也計(jì)算好了（請(qǐng)見表3-2）
3.4.2 計(jì)算傳動(dòng)軸的坐標(biāo)
圖3-3坐標(biāo)計(jì)算圖
o
j
i
a. 傳動(dòng)軸12的坐標(biāo)計(jì)算：
為便于計(jì)算，選取小坐標(biāo)系ioj(圖3-3)已知軸5和6的坐標(biāo)：5（95，207.5），6（209，253），計(jì)算出A=114,L=122.930，I=61.465，J=33.469
cosa=
tana= 算出x=13.505， Y=13.505+61.465=74.97
cosa= 算出A1=69.534，
所以還原到坐標(biāo)系XOY中軸12的橫坐標(biāo)為:95+69.534=164.534。
cosa= 算出K=36.104
m=(A-A1)tana=44.476tana=17.945, A2=m+k=54.063
所以還原到坐標(biāo)系XOY中軸12的縱坐標(biāo)為：253.5-54.063=199.437，即軸12坐標(biāo) (164.534,199.437)
b. 傳動(dòng)軸11的坐標(biāo)計(jì)算：
已知軸3和4的坐標(biāo)：3（223，82.5），4（95，82.5）
因?yàn)檩S11在主軸3和4 中心連線的垂直平分線上，且主軸3和4 在同一水平線上，所以傳動(dòng)軸11的橫坐標(biāo)為：95+0.5（223-95）=159，利用勾股定理求出軸11相對(duì)于主軸3和4中心連線的距離A=,所以傳動(dòng)軸11的縱坐標(biāo)為：82.5+28.355=110.854，即軸11的坐標(biāo)（159，110.855）
c. 傳動(dòng)軸14的坐標(biāo)計(jì)算：
為便于計(jì)算，選取小坐標(biāo)系ioj(圖3-4),已知軸12和11的坐標(biāo)：軸12（164.534，199.437），軸11（159，110.855）計(jì)算出
o
i
L=A11-12=
j
A=88.582
I=56.698
J=43.377
由cosa= 計(jì)算出X=56.808
tana= 計(jì)算出Y=3.542
cosa= 計(jì)算出A1=47.825
則軸14的縱坐標(biāo)為：199.437-47.825=151.611
圖3-4坐標(biāo)計(jì)算圖
由sina= 計(jì)算出m=2.546
A2=m+x=2.546+56.808=59.354
則傳動(dòng)軸14的橫坐標(biāo)為：59.354+159=218.354
即軸14的坐標(biāo)（218.354，151.611）
d. 傳動(dòng)軸13的坐標(biāo)計(jì)算：
圖3-5坐標(biāo)計(jì)算圖
已知主軸7和8的坐標(biāo)：7（315，357.5），8（435，357.5）,測(cè)量R=91,計(jì)算出L=120,則I=60,因R=91是通過(guò)手工測(cè)量出的值,不夠準(zhǔn)確,通過(guò)計(jì)算機(jī)作圖并測(cè)量出R=91.33,J=69，則軸13的橫坐標(biāo)為：315+60=375，縱坐標(biāo)為：357.5-69=289.083
即軸13的坐標(biāo)（375，288.5）
e. 傳動(dòng)軸10的坐標(biāo)計(jì)算：
為便于計(jì)算，選取小坐標(biāo)系ioj(圖3-6)，已知主軸1和2的坐標(biāo):1(435,125.5),2(343,82.5), R=70,計(jì)算出L=101.553，
圖3-6坐標(biāo)計(jì)算圖
o
i
j
A=92，I=50.776，J=48.185
由cosa= 求出 a=25o
tana= 計(jì)算出K=22.521
cosa= 計(jì)算出A1=66.403
所以還原到坐標(biāo)系XOY中傳動(dòng)軸的橫坐標(biāo)為：435-66.407=368.597
m= 計(jì)算出m=53.188, tana= 計(jì)算出B=11.964
所以還原到坐標(biāo)系XOY中傳動(dòng)軸10的縱坐標(biāo)為：82.5+11.964+53.188=147.652
i
o
R
j
即軸10的坐標(biāo)（368.597，147.652）
f. 動(dòng)軸15的坐標(biāo)計(jì)算：
為便于計(jì)算，選取小坐標(biāo)系ioj(圖3-7),已知軸10和13的坐標(biāo)：10（368.597，147.652），13（375，289.083），R=80,計(jì)算出： L=140.994，A=140.848，I=70.497，J=37.818
由cosa= 計(jì)算出m=37.857，
sina= 計(jì)算出k=1.719，cosa= 計(jì)算出A1=68.707
圖3-7坐標(biāo)計(jì)算圖
所以還原到坐標(biāo)系XOY中傳動(dòng)軸15的縱坐標(biāo)為：288.5-68.707=219.793
由tana= 計(jì)算出B=3.123,
所以還原到坐標(biāo)系XOY中傳動(dòng)軸15的橫坐標(biāo)為：375-37.857+3.123=334.020
即軸15的坐標(biāo)（334.020，219.793）
g. 傳動(dòng)軸16的坐標(biāo)計(jì)算：
已知傳動(dòng)軸14和驅(qū)動(dòng)軸O坐標(biāo)：14（218.354，151.611），O（265，95），傳動(dòng)軸16與軸14，驅(qū)動(dòng)軸O之間的中心距：A16-14=62,A16-O=90
設(shè)傳動(dòng)軸16的坐標(biāo)為（X,Y）
所以軸16的坐標(biāo)為（270.7111，184.819）
h. 油泵軸17的坐標(biāo)計(jì)算：
油泵軸與傳動(dòng)軸13在同一水平線內(nèi)，所以其兩的縱坐標(biāo)相同，其兩在橫坐標(biāo)方向相距85mm,所以油泵軸17的坐標(biāo)為(360,288.5)
綜上所述,則得到中間傳動(dòng)軸與油泵軸的坐標(biāo)如下表所示：
表3-3 中間傳動(dòng)軸與油泵軸的坐標(biāo)
坐標(biāo)
傳動(dòng)軸10
傳動(dòng)軸11
傳動(dòng)軸12
傳動(dòng)軸13
傳動(dòng)軸14
傳動(dòng)軸15
傳動(dòng)軸16
油泵軸17
X
368.597
159.000
164.534
375.000
218.354
334.020
270.711
360.000
Y
147.652
110.855
199.467
288.500
151.611
219.793
184.819
288.500
3.4.3 驗(yàn)算中心距誤差
經(jīng)驗(yàn)算只有軸16與軸15之間以及軸13與軸7、8、9之間的誤差大于0.009mm,其余的都滿足嚙合要求，因此軸16與軸15以及軸13與軸7、8、9相嚙合的齒輪均需采用變位齒輪。
3.4.4 繪制坐標(biāo)檢查圖
在坐標(biāo)計(jì)算完成后，要繪制坐標(biāo)及傳動(dòng)關(guān)系檢查圖，用以全面檢查傳動(dòng)系統(tǒng)的正確性。
圖3-8九孔鉆削多軸箱坐標(biāo)檢查圖
3.5 多軸箱中變位齒輪的計(jì)算
a. 13與軸7、8、9相嚙合的齒輪需采用變位齒輪
軸13上的齒輪齒數(shù)z13=50,軸7、8、9上的齒輪齒數(shù)z7-9=41,模數(shù)m=2,理論中心距A理=91.44,實(shí)際中心距A實(shí)=91根據(jù)公式：
(3-1)
(3-2)
其中。則可求得變位后的壓力角，變位系數(shù)之和x16+x7-9=0.223。
b. 軸16與15相嚙合的一對(duì)齒輪需采用變位齒輪
軸16上的齒輪齒數(shù)z16=41,軸15上的齒輪齒數(shù)z15=31，模數(shù)m=2，理論中心距A理=72.33，實(shí)際中心距A實(shí)=72，根據(jù)公式(3-1), (3-2)則可求得變位后的壓力角，變位系數(shù)之和x15+x16=0.149
3.6 變位齒輪的設(shè)計(jì)
切制變位齒輪和標(biāo)準(zhǔn)齒輪所用的刀具及展成運(yùn)動(dòng)完全，故用同一把刀具切制出的變位齒輪和標(biāo)準(zhǔn)齒輪，其模數(shù)和壓力角相同，分度圓和基圓也相同。變位齒輪的齒廓線與標(biāo)準(zhǔn)齒輪的齒廓線是同一個(gè)基圓上展出的漸開線，只不過(guò)是所截取的部位不同而已。
3.6.1 軸13與軸7、8、9上的變位齒輪的設(shè)計(jì)：
由上述知軸13與7、8、9軸上的變位齒輪分度圓半徑分別為：
r13=mm
r7-9=mm
求變位齒輪的齒根圓半徑：
因相嚙合的齒輪需變位必須成對(duì)設(shè)計(jì)，由上文計(jì)算出該對(duì)齒輪的變位系數(shù)之和x1+x2=0.223，以及該對(duì)齒輪的最小變位系數(shù) z13min=
z7-9min=
則可取x13=0.1,x7-9=0.123,則該對(duì)齒輪的齒根圓半徑分別由以下公式求得：
(3-3)
(3-4)
rf13=50-(1+0.25)×2+0.1×2=47.7mm
rf7-9=41-(1+0.25)×2+0.123×2=38.746mm
求變位齒輪的齒頂圓半徑分別由以下公式求得：
(3-5)
(3-6)
ra13=91.44-38.746-0.25×2=52.194mm
ra7-9=91.44-47.7-0.25×2=43.24mm
3.6.2 軸16與軸15上的變位齒輪設(shè)計(jì)：
該對(duì)嚙合的齒輪的分度圓半徑分別為
r16=mm r15=mm
求變位齒輪的齒根圓半徑：
因相嚙合的齒輪需變位必須成對(duì)設(shè)計(jì)，由上文計(jì)算出該對(duì)齒輪的變位系數(shù)之和x1+x2=0.149，以及該對(duì)齒輪的最小變位系數(shù)
z16min= z15min=
則可取x15=0,x16=0.149,則該對(duì)齒輪的齒根圓半徑分別由公式(3-3)、(
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