攻絲機床畢業(yè)設計說明書

1、變速器殼體臥式雙面專用攻絲機床設計變速器殼體臥式雙面專用攻絲機床設計 摘要摘要專用機床是用按系列標準化設計的通用部件和按加工零件的形狀及加工 要求設計的專用部件組成的機床。其通用部件已經(jīng)標準化和系列化，應用時可 根據(jù)需要選取，大大縮短了設計和制造周期。專用機床具有成本低、效率高的 特點，因此廣泛的大批大量的生產(chǎn)中應用。并且隨著技術的發(fā)展，數(shù)控化和自 動化程度不斷提高。 本文主要介紹了適用于加工輕型車變速器殼體結合面螺紋孔的攻絲專用機 床的設計過程。包括了專用機床的總體方案設計、通用部件的選取、主軸箱設 計等詳細內(nèi)容。詳細說明了通用部件的選取過程，以及主軸箱設計時標準件的 選取原則和過程，詳細的

2、分析了軸的強度。繪制了機床總裝圖、主軸箱齒輪嚙 合原理圖、主軸箱總裝配圖和必要零件圖等，并利用有限元分析軟件對機床主 要部件進行了可靠性分析。 關鍵詞關鍵詞 變速器殼體 專用機床 攻絲 主軸 a a horizontalhorizontal typestypes two-sidedtwo-sided specialspecial useuse tappingtapping machinemachine tooltool designdesign forfor lightlight vehiclesvehicles gearboxgearbox abstractabstract a specia

3、l purpose machine is designed by the series of standardized common components and parts by processing the shape and design of special processing requirements of the special machine tool components. its generic components have been standardized and serialized, the application can be selected, greatly

4、 shortened the design and manufacturing cycle. combination of machine tool with low cost, high efficiency characteristics, therefore a large number of extensive production of a large number of applications. and as technology advances, degree of automation and cnc continuously improved. this paper ma

5、inly introduces the combination machine tool designed for tapping holes in link surface of gearbox casing of light vehicles. it includes the total project design of the machine, the selection of general use parts, the design of spindle box etc. the process of selecting in general use parts and the p

6、rinciple and process of selecting the spindle box is elaborated on, and the strengthen of the shaft were analyzed in detail. drew tool machine to always pack a diagram, principal axis box the wheel gear nie match a principle diagram, principal axis box total assemble diagram and necessary spare part

7、s diagram etc., and made use of limited dollars analytical software to carry on dependable sex analysis to the tool machine main parts. keywordskeywords gear-housing special purpose machine tapping spindle 目目 錄錄 第 1 章 緒論 .1 1.1 專用機床的定義、組成以及特點.1 1.2 專用機床的現(xiàn)狀以及發(fā)展方向.1 1.3 畢業(yè)設計的內(nèi)容.2 第 2 章 專用機床的總體設計 .4 2.

8、1 專用機床工藝方案的確定.4 2.1.1 確定專用機床工藝方案的基本原則 .4 2.1.2 加工工藝分析 .4 2.1.3 定位基準的選擇 .5 2.2 專用機床切削用量的確定.5 2.2.1 切削用量的選擇 .6 2.2.2 確定切削力、切削扭矩、切削功率及刀具壽命 .6 第 3 章 專用機床的主軸箱設計 .8 3.1 概述.8 3.1.1 主軸箱的用途與分類 .8 3.1.2 主軸箱的組成 .8 大型通用主軸箱在生產(chǎn)中應用很廣，常見的有： .8 3.1.3 主軸箱通用部件 .8 3.2 主軸箱的設計步驟和方法.10 3.2.1 主軸箱設計的原始依據(jù)圖 .10 3.2.2 主軸結構、軸頸尺

9、寸及齒輪模數(shù)的確定 .11 3.2.3 主軸箱傳動系統(tǒng)的確定 .12 2.3.4 繪制坐標檢查圖 .19 3.3 繪制主軸箱總圖以及裝配明細表.20 3.3.1 主視圖 .20 3.3.2 主軸箱展開圖 .20 第 4 章 主要部件的選擇和設計 .21 4.1 電動機的選擇.21 4.1.1 主運動電動機的選擇 .21 4.1.2 進給運動電動機的選擇 .22 4.2 絲杠和導軌的選擇.23 4.2.1 絲杠的選擇 .23 4.2.2 導軌的選擇 .24 4.3 帶傳動機構的設計.24 4.4 攻絲機構的選擇設計.27 4.4.1 刀具的選擇 .27 4.4.2 確定主軸類型、尺寸及外伸長度

10、.28 第 5 章 對底座及攻絲軸的有限元分析 .31 5.1 有限元分析簡介.31 5.2 有限元分析軟件介紹.31 5.3 底座的初步設計.31 5.4 對機床底座的有限元分析.31 5.4.1 機床底座的模型建立并將模型導入 ansys workbench 界面 .31 5.4.2 定義材料 .32 5.4.3 添加約束并劃分網(wǎng)格 .32 5.4.4 各階陣型圖 .33 5.4.5 求解結果 .33 5.4.6 最終結論 .34 5.5 對機床有限元分析的展望.34 總結 .35 參考文獻 .36 致謝 .37 第第 1 1 章章 緒論緒論 1.11.1 專用機床的定義、組成以及特點專用

11、機床的定義、組成以及特點 專用機床是用按系列標準化設計的通用部件和按加工零件的形狀及加工要 求設計的專用部件組成的專用機床。專用機床常用的通用部件包括：床身、底 座、立柱、動力箱、動力滑臺以及各種工藝切削頭等。對于一些按順序加工的 多工位專用機床，還具有移動工作臺或回轉(zhuǎn)工作臺。動力箱、各種工藝切削頭 和動力滑臺是專用機床完成切削主運動或進給運動的動力部件，是專用機床通 用部件中最基本的部件。動力頭可以同時完成切削主運動和進給運動。動力滑 臺只能完成進給運動。 主軸箱固定在動力箱上，用來布置切削主軸，將動力箱的運動傳遞給各主 軸。由于主軸的位置與具體的零件有關，所以主軸箱必須根據(jù)零件進行設計。

12、不能制成完全通用部件，但其中很多零件是通用的。 床身、立柱、中間底座是專用機床的支承部件，它能夠保證機床剛度和各部件 之間的精度。除此之外，專用機床還有各種控制部件，主要是用來保證機床按 照規(guī)定的程序進行工作。 專用機床與其他專用機床和普通機床相比有以下特點： （1）主要用于棱體類零件和雜件的孔面加工。 （2）生產(chǎn)效率高。因為工序集中，可多面、多工位、多軸、多刀同時自動 加工。 （3）加工精度穩(wěn)定。因為工序固定，可選用成熟的通用部件、精密夾具和 自動工作循環(huán)來保證加工精度的一致性。 （4）研制周期短，便與設計、制造和使用維護簡單，成本低。因為通用化、 系列化、標準化程度高，通用部件占 70%9

13、0%，通用部件可成批生產(chǎn)或進行 預制或外購。 （5）自動化程度高，勞動強度低。 （6）配置靈活。因為結構模塊化、組合化?？砂垂ぜ蚬ば蛞螅么罅?通用部件和少量專用部件靈活組成各種類 （7）的專用機床及自動線；機床易于改裝；產(chǎn)品工藝變化時，通用部件一 般還可以重復利用。 1.21.2 專用機床的現(xiàn)狀以及發(fā)展方向?qū)Ｓ脵C床的現(xiàn)狀以及發(fā)展方向 專用機床可以完成鉆孔、絞孔、攻絲、鏜孔、鏜孔車端面、車削和銑削的 等工序，還可以進行尺寸檢驗和簡單的裝配工序。往往一臺機床就能同時完成 以上的工序。近幾年來專用機床在汽車、拖拉機、柴油機、電機、儀器、礦山、 機械、航空、以及軍工部門都以得到廣泛的使用。專用機

14、床及其自動線是集機 電于一體的，綜合自動化程度較高的制造技術和成套工藝裝備。它的特征是高 效、高質(zhì)、經(jīng)濟實用。我國傳統(tǒng)的專用機床及專用機床自動線主要采用機、電、 氣、液壓控制，它的加工對象主要是生產(chǎn)批量比較大的大中型箱體類和軸類零 件，主要是完成完成鉆孔、擴孔、鉸孔，加工各種螺紋、鏜孔、車端面和凸臺， 在孔內(nèi)鏜各種形狀槽，以及銑削平面和成形面等。專用機床的分類有大型專用 機床和小型專用機床，專用機床的配置形式，主要有單工位專用機床和多工位 專用機床兩大類。其中單工位專用機床包括了臥式專用機床、立式專用機床、 傾斜式專用機床、復合式專用機床。多工位專用機床包括了具有移動工作臺的 專用機床、具有回

15、轉(zhuǎn)工作臺的專用機床、鼓輪式專用機床、中央立柱式專用機 床。隨著技術的不斷進步，一種新型的專用機床柔性專用機床越來越受到 人們的青睞，它是應用了多位主軸箱、可換主軸箱、編碼隨行夾具和刀具的自 動更換，配以可編程控制器（plc） 、數(shù)字控制（nc）等，能任意改變工作循環(huán) 控制和驅(qū)動系統(tǒng)，并能靈活適應多品種加工的可調(diào)可變的專用機床。另外，近 年來專用機床加工中心、數(shù)控專用機床、機床輔機（清洗機、裝配機、綜合測 量機、試驗機、輸送線）等在專用機床行業(yè)中所占份額也越來越大。 隨著市場競爭的加劇和對產(chǎn)品需求的提高，高精度、高生產(chǎn)率、柔性化、多品 種、短周期、數(shù)控專用機床及其自動線正在沖擊著傳統(tǒng)的專用機床行

16、業(yè)企業(yè)， 因此專用機床裝備的發(fā)展思路必須是以提高專用機床加工精度、專用機床柔性、 工作可靠性和技術的成套性為主攻方向。一方面，加強數(shù)控技術的應用，提高 專用機床產(chǎn)品數(shù)控化率；另一方面，進一步發(fā)展新型部件，尤其是多坐標部件， 使其模塊化、柔性化，適應可調(diào)可變、多品種加工的市場需求。在零部件一體 化程度不斷提高、數(shù)量減少的同時，加工的形狀卻日益復雜。多軸化控制的機 床裝備適合加工形狀復雜的工件。另外，產(chǎn)品周期的縮短也要求加工機床能夠 隨時調(diào)整和適應新的變化，滿足各種各樣產(chǎn)品的加工需求。因此我國專用機床 技術在將來將迅速發(fā)展其方向歸納為以下幾點： （1）提高生產(chǎn)率，進一步提高工序集中程度。 （2）擴

17、大工藝范圍。 （3）提高加工精度。 （4）提高自動化程度。 （5）提高專用機床及其自動線的可調(diào)性，廣泛應用數(shù)控技術，發(fā)展綜合 自動化技術。 （6）發(fā)展柔性系統(tǒng)。 1.31.3 畢業(yè)設計的內(nèi)容畢業(yè)設計的內(nèi)容 （1）主要研究內(nèi)容： 1) 查閱相關資料完成總體方案的分析與論證； 2) 總體結構設計； 3) 典型零件設計。 （2）目標和要求： 1） 攻變速器殼體結合面上 m8-6hmm 螺紋孔 10 個，其位置度為 0.3mm 2）攻軸承孔端面上 m8-6hmm 螺紋孔 4 個，其位置度為0.3mm。 （3）特色 本課題要求學生在查閱國內(nèi)外相關文獻的基礎上理解與分析技術要求，在 教師指導下綜合運用力學

18、、機械原理、機械設計、檢測技術和 cad、cae 等 知識進行設計，使學生綜合運用所學的專業(yè)知識，培養(yǎng)學生的文獻檢索分析能 力和產(chǎn)品設計能力及科學研究的工程基本能力。 （4）成果形式價值 1) 總裝圖及典型零件圖（四張零件圖紙） ； 2) 文獻資料分析報告（含 12 篇外文翻譯） ； 3) 設計說明書。 第第 2 2 章章 專用機床的總體設計專用機床的總體設計 2.12.1 專用機床工藝方案的確定專用機床工藝方案的確定 2.1.12.1.1 確定專用機床工藝方案的基本原則確定專用機床工藝方案的基本原則 （1）粗、精加工分開原則 粗、精加工分開有以下幾種含義： 1）在同一臺多工位機床上，粗、精加

19、工工序分開在相隔工位數(shù)較多的兩 個位置上進行，使粗加工切削熱有足夠的冷卻時間，避免其影響精加工的精度。 此外，粗、精加工的夾具通常也要分開考慮。 2）粗、精加工分開在自動線或流水線相隔機床數(shù)較多的兩臺機床上進行， 這樣既可以避免粗加工的切削熱影響精加工，又可以避免粗加工時的振動和夾 壓變形對精加工的影響，機床簡單。但是這樣往往會造成機床臺數(shù)、占地面積 和投資增大，因此要綜合考慮，以使方案達到最優(yōu)。 （2）工序集中原則 工序集中是近代機械加工的主要發(fā)展方向之一。專用機床正是基于這一原 則發(fā)展起來的，即運用多刀（相同軸不同刀具）集中在一臺機床上完成一個或 幾個工件的不同表面的復雜工藝過程，從而有效

20、的提高生產(chǎn)率。因此，擬定方 案時，在保證加工質(zhì)量和操作維修方便的前提下同時應適當?shù)膶⒐ば蚣?。?是，工序過于集中會使機床結構復雜，增加設計難度和制造難度。因此綜合考 慮這幾方面因素很重要。一般原則如下： 1）適當考慮相同類型的工序的集中 在許可條件下，把相同工序集中在一臺機床或同一工位上加工，能簡化工 作循環(huán)和工裝結構。如：集中攻螺紋、集中深孔加工工序、適當集中鏜孔工序、 適當集中一般的鉆、鉸工序等。這樣不僅便于統(tǒng)一潤滑，還有利于簡化主軸傳 動系統(tǒng)設計。 2）有相對位置精度要求的工序應集中加工 如箱體各面上主要的傳動軸孔相互間有嚴格的位置精度要求，為避免二次 安裝誤差影響和便于機床的調(diào)整與找

21、正，這類孔的精加工應集中起來，在一次 安裝下進行。 2.1.22.1.2 加工工藝分析加工工藝分析 從第一章設計題目內(nèi)容中可知，設計要求專用機床主要用來加工變速器殼 體結合面的螺紋孔。因此，對變速器殼體進行簡要的分析，被加工零件屬于箱 體類零件，只是攻螺紋，所以在一道工序中完成加工任務，以滿足工序集中原 則。由于主軸箱內(nèi)主軸的尺寸還沒有確定，因此無法確定軸間最小距離。故先 按照一道工序設計。 2.1.32.1.3 定位基準的選擇定位基準的選擇 本工序加工零件為箱體零件，箱體類零件是機械加工中工序多、精度要求 高的零件。這類零件在加工孔和螺紋時，定位基準通常選用“一面雙銷”的方 法。它的特點是：

22、 （1）可以簡便地消除工件的 6 個自由度，使工件獲得穩(wěn)定可靠的定位。 （2）有同時加工零件五個表面的可能，既能高度集中工序，又有利于提 高各面上孔的位置精度。 （3） “一面雙銷”可作為零件從粗加工到精加工的全部工序的定位基準， 使整個過程基準統(tǒng)一，從而減少由基準轉(zhuǎn)換帶來的累積誤差，有利于保證加工 精度。同時，使機床各工序的許多部件實現(xiàn)通用化，有利于縮短設計、制造周 期。降低成本。 （4）易于實現(xiàn)自動化定位、夾緊，并有利于防止切屑落于定位基面上。 為了保證加工精度及技術要求作為定位基準的平面和銷孔必須規(guī)定相應的 尺寸精度和表面粗糙度及位置精度。通常，銷孔為 h7 級精度，中心距公差一 般為0

23、.03-0.1mm。這里選擇了0.036mm。定位平面的平面度公差選擇了 0.08mm。表面粗糙度 ra=0.16mm。 在選擇定位銷時根據(jù)工件的重量不同對銷孔直徑也有一定要求，其選取標 準見表 2-1。工件質(zhì)量為 13kg，故定位銷孔選擇 12mm。 表 2-1 定位銷孔直徑尺寸 工件重量（kg）20 20-5050-100 100 定位銷孔直徑（mm）12162025 2.22.2 專用機床切削用量的確定專用機床切削用量的確定 在專用機床工藝方案確定的過程中，工藝方法和關鍵工序的切削用量選擇 十分重要。切削用量選擇的是否合理，對專用機床的加工精度、生產(chǎn)率、刀具 耐用度、機床的結構形式及工作

24、可靠性均有較大影響。專用機床切削用量選擇 應注意到以下幾點： （1）盡量做到合理使用所有刀具，充分發(fā)揮其性能； （2）復合刀具切削用量選擇應該考慮刀具使用壽命； （3）選擇切削用量時要注意既要保證生產(chǎn)批量的要求，又要保證刀具一 定得耐用度要求； （4）切削用量的選擇應有利于主軸箱設計； （5）確定切削用量時還需考慮所選動力滑臺的性能。 2.2.12.2.1 切削用量的選擇切削用量的選擇 本工序中加工的螺紋孔直徑、螺距均相同，可以選擇相同的切削用量。切 削用量的選擇通常使用查表法。螺紋加工的切削用量見表 2-2。被加工零件的 材料為灰鑄鐵 ht200，所以切削速度為 2.5-5m/min。選擇

25、v=3.768m/min，即 n=150r/min。進給量 f=1.5mm/r。 表 2-2 切削用量參照表 加工材料鑄 鐵鋼及其合金鋁及其合金 切削速度(m/min) 2.5-51.5-55-15 2.2.22.2.2 確定切削力、切削扭矩、切削功率及刀具壽命確定切削力、切削扭矩、切削功率及刀具壽命 根據(jù)選定的切削用量，確定切削扭矩，用于確定主軸及其他傳動件的尺寸； 確定切削功率，用于選擇主傳動電動機的功率；確定刀具壽命，可以檢驗所選 切削用量或刀具是否合理。 查表 2-3 可知攻螺紋時切削力、切削扭矩、切削功率、刀具壽命的計算公 式。 下面利用表中的公式進行計算： （1）切削轉(zhuǎn)矩 =1.9

26、581.41.51.5=50n.mm； 1.41.5 1.95 w md p （2）切削功率 =903.14/97413.14810-3=0.06kw； 9741 tv p d （3）刀具壽命 =11.4820.77/3.141.67/1.252=55min； 2 1.62 11.4 t t w d tk vp 表 2-3 切削力、切削扭矩、切削功率、刀具壽命的計算公式表 刀具 材料 工件 材料 切削力 f（n） 切削轉(zhuǎn)矩 m（n.mm） 切削功率 p（）kw 刀具壽命 高速 鋼 灰鑄鐵 1.41.5 1.95 w md p 9741 tv p d 2 1.62 11.4 t t w d tk

27、 vp 其中 d加工直徑（mm） pw工件螺距（mm） kt修正系數(shù)取 0.77 第第 3 3 章章 專用機床的主軸箱設計專用機床的主軸箱設計 3.13.1 概述概述 3.1.13.1.1 主軸箱的用途與分類主軸箱的用途與分類 主軸箱是專用機床的重要組成部件之一。按專用要求進行設計，由通用零 件組成，根據(jù)被加工零件的加工要求，安排各主軸的位置，并將動力和運動由 電機或動力部件傳遞給各工作主軸，是指得到要求的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向。 主軸箱是根據(jù)加工示意圖所確定的工件加工孔的數(shù)量、位置、切削用量和 主軸類型設計的傳遞各主軸運動的動力部件。其動力源于通用動力箱。 主軸箱一般具有很多根軸，是對一系列孔進行加工。

28、大也有單軸，以鏜孔 居多。 主軸箱按結構大小可分為大型主軸箱、小型主軸箱和專用主軸箱三大類。 大型主軸箱又可分為通用主軸箱和標準主軸箱兩種。通用主軸箱結構典型，能 利用通用的箱體和傳動件。專用主軸箱結構特殊，常需要加強主軸系統(tǒng)剛性， 因此，其傳動件必須專門設計。 3.1.23.1.2 主軸箱的組成主軸箱的組成 大型通用主軸箱在生產(chǎn)中應用很廣，常見的有： （1）鉆削類主軸箱； （2）攻絲類主軸箱； （3）鉆、攻復合主軸箱。 通用主軸箱由通用零件，如箱體、主軸、傳動軸、傳動齒輪、軸套和附加 機構等組成。 在主軸箱體內(nèi)腔，可以安排兩排 32mm 寬的齒輪或者三排 24mm 寬的齒輪； 箱體后壁與后蓋

29、之間可安排一排（后蓋 90mm 厚時）30mm 寬的齒輪或兩排（后 蓋厚 125mm 時）24mm 寬的齒輪。 3.1.33.1.3 主軸箱通用部件主軸箱通用部件 (1)通用箱體。 鑄鐵的通用箱體、前蓋、后蓋，由于寬度和高度不同，各有 14 中規(guī)格。 主軸箱基本尺寸已經(jīng)在前一章中已經(jīng)確定。即：標準厚度 180mm；前蓋 55mm； 后蓋 125mm；寬度 500mm；高度 400mm。 (2)通用主軸以及傳動軸 1)通用主軸 通用主軸按用途不同分為鉆削類主軸和攻絲主軸兩大類。攻絲類主軸按支 承型式分為前后支承均為圓錐滾子軸承主軸和前后支承均為推力球軸承和無內(nèi) 環(huán)滾針軸承的主軸兩種。 通用主軸的

30、參數(shù)在上一章已經(jīng)確定外伸長度 120mm；外伸直徑 d/d1=38/20；圓錐滾子軸承主軸直徑為 20mm。主軸的最小軸間距見表 3-1。由 表知主軸直徑為 20mm 的圓錐滾子軸承主軸的最小軸間距為 48mm。從零件圖上 得知軸間的最小距離為 48mm。滿足要求，所以所有的螺紋可以在一道工序中完 成。 表 3-1 圓錐滾子軸承通用主軸最小軸間距 主軸直徑（）mm 20253035405060 15 2048 2550.553 3055.55863 3560.5636873 4064.567727781 5069.57277838691 6079.582879296101111 2)通用傳動軸

31、 通用傳動軸按其用途和支撐的不同，分為滾錐傳動軸、滾針傳動軸、埋頭 傳動軸、手柄軸、油泵傳動軸、攻絲用蝸桿軸六種。表 3-2 所示為通用傳動軸 的系列參數(shù)。初步選定傳動軸直徑為 20mm。 3)通用齒輪 主軸箱通用齒輪有傳動齒輪、動力頭齒輪和電機齒輪三種，三種材料均為 45 鋼，齒部進行高頻淬火。其主要參數(shù)見表 3-3。由于主軸箱后蓋的厚度為 125mm，所以動力箱齒輪為 a 型。傳動齒輪根據(jù)設計過程中安排按表選擇。 表 3-2 通用傳動軸的系列參數(shù) 傳動軸類型傳動軸直徑 圓錐滾子軸承傳動軸 20253035405060 滾針軸承傳動軸 20253040 埋頭傳動軸 25303540 手柄軸

32、304050 油泵傳動軸 20 攻絲用蝸桿軸 25 表 3-3 通用齒輪系列參數(shù) 齒輪類型寬度齒數(shù)模數(shù)孔徑數(shù)量 傳動齒輪 24 16-50 連續(xù)2、2.5、315、20、25 、30、35、4 0 395 32 1-70（偶數(shù)） 2、2.5、3、 4 25、30、35 、40、50、6 0 597 動力箱齒輪84（a 型） 44（b 型） 21-26 3、425、30、40 、50 40 電機齒輪 7921-263 18、22、28 、32、36 20 3.2 主軸箱的設計步驟和方法主軸箱的設計步驟和方法 主軸箱是專用機床的重要部件之一，他的好壞關系到整體機床的質(zhì)量好壞。 目前主軸箱的設計有一

33、般設計法和電子計算機輔助設計法兩種。本次設計 應用一般設計法，其順序是：繪制主軸箱原始依據(jù)圖；確定主軸結構、軸頸尺 寸及齒輪模數(shù)；擬定傳動系統(tǒng)；計算主軸、傳動軸坐標；繪制坐標檢查圖；繪 制主軸箱總圖、零件圖及編制組件明細表。本機床中有兩個主軸箱，現(xiàn)具體說 明其中的十軸聯(lián)動多軸箱，具體設計如下：（四軸聯(lián)動多軸箱設計類似） 3.2.13.2.1 主軸箱設計的原始依據(jù)圖主軸箱設計的原始依據(jù)圖 主軸箱設計原始依據(jù)圖是根據(jù)“三圖一卡”繪制的，如圖 3-1，其主要內(nèi) 容及注意事項如下： （1）根據(jù)機床尺寸圖繪制主軸箱外形圖，并標注輪廓尺寸及動力箱驅(qū)動 軸的相對位置尺寸。 （2）根據(jù)尺寸聯(lián)系圖和加工示意圖，

34、標注所有主軸位置尺寸及工件與主 軸、主軸與驅(qū)動軸的相關位置尺寸。 （3）根據(jù)加工示意圖標注各主軸轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向。 （4）列表標明工件材料、加工表面要求，并注明主軸的工序內(nèi)容、切削 用量及主軸外伸長度等。詳見表 3-4 （5）標明動力部件型號及性能參數(shù)等。 表 3-4 主軸切削用量、軸號、主軸外伸尺寸參數(shù)表 主軸外伸尺寸切削用量軸號 d/d（mm）l（mm）工序內(nèi)容 n(m/min)v(m/min)f(mm/r) 1-1038/20120 攻 m8 螺紋 孔 1253.141.25 圖 3-1 主軸箱設計原始依據(jù)圖 3.2.23.2.2 主軸結構、軸頸尺寸及齒輪模數(shù)的確定主軸結構、軸頸尺寸及齒輪模數(shù)

35、的確定 (1)主軸型式和直徑的確定 主軸型式和直徑主要取決于工藝方法、刀具主軸連接結構、刀具的進給抗 力和切削扭矩。攻螺紋主軸因靠模桿在主軸孔內(nèi)做軸向移動，為獲得良好的導 向性，一般采用雙健結構，不用軸向定位。主軸直徑按加工示意圖所示，主軸 類型及外伸尺寸可初步確定。攻絲主軸直徑查表 3-5 選為 20mm，傳動軸直徑可 參照主軸直徑大小初步選定為 20mm。待傳動系統(tǒng)設計完后再驗算某些關鍵軸。 表 3-5 攻絲主軸直徑的確定 被加工材料鑄 鐵鋼 螺紋扭矩（kg.mm）主軸直徑 （mm） 扭矩 （kg.mm） 主軸直徑 （mm） m33284410 m33284410 m4801011012

36、m51341218515 m62401533015 m85001770020 (2)齒輪模數(shù)的確定 齒輪模數(shù)一般用類比法確定，主軸箱中的模數(shù)常用 2、2.5、3、3.5、4 幾 種。為便于生產(chǎn)，同一主軸箱中的模數(shù)規(guī)格最好不要多于兩種。由于零件的尺 寸較小，為防止所選的齒輪齒數(shù)過少，發(fā)生根切或者沒有合適的標準齒輪，先 初步選擇模數(shù)為 2，然后，在設計過程中根據(jù)實際情況最終確定其大小。 3.2.33.2.3 主軸箱傳動系統(tǒng)的確定主軸箱傳動系統(tǒng)的確定 主軸傳動設計，是根據(jù)動力箱驅(qū)動軸的位置和轉(zhuǎn)速、各主軸的轉(zhuǎn)速要求， 設計傳動鏈，把驅(qū)動軸與各主軸連接起來，使各主軸獲得預定的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向。 (1)對主軸箱

37、傳動系統(tǒng)的一般要求 1)保證主軸強度、剛度、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向的條件下，力求使傳動軸和齒輪的規(guī) 格、數(shù)量為最少。為此，應盡量用一根傳動軸帶動多根主軸，并將齒輪布置在 同一排上。當中心矩不符合標準時，可采用變位齒輪或略微改變傳動比的方法 解決。 2)量不用主軸帶動主軸的方案，以免增加主軸負荷，影響加工質(zhì)量。 3)使結構緊湊，主軸箱內(nèi)齒輪副的傳動比一般要1/2，后蓋內(nèi)齒輪傳動 比允許取 1：31：3.5；盡量避免升速傳動。 4)于粗加工的齒輪，應盡量安排在第排，減少主軸扭轉(zhuǎn)變形，精加工主 軸上的齒輪應該盡量設置在第排，一減少主軸端的彎曲變形。 5)動軸直接帶動的轉(zhuǎn)動軸數(shù)不能超過兩根，以免給裝配帶來麻煩。

38、主軸箱傳動設計過程中，如果第排不夠用，可以增加排數(shù)。 (2)擬定主軸箱傳動系統(tǒng)的基本方法 擬定主軸箱傳動系統(tǒng)的基本方法是：先把全部主軸中心盡可能分布在幾個 同心圓上，在各個同心圓的圓心上分別設置中心傳動軸；非同心圓分布的一些 主軸，也可以設置中間傳動軸；然后根據(jù)已選定的各中心傳動軸再取同心圓， 并用最少的傳動軸帶動這些中心傳動軸；最后通過合攏傳動軸與動力箱驅(qū)動軸 連接起來。傳動系統(tǒng)設計的步驟可簡述如下： 1)將主軸劃分為各種分布類型 被加工零件上加工孔的位置是多種多樣的，但大致可歸為同心圓分布、直 線分布和任意分布三種類型。因此主軸箱上主軸分布也分為這三種類型。 2)確定驅(qū)動軸轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)向及其在主

39、軸箱上的位置 驅(qū)動軸的轉(zhuǎn)速可按動力箱型號選定；當采用動力滑臺時，驅(qū)動軸的旋轉(zhuǎn)方 向可以任意選定；其中心高度則決定于所選動力箱的規(guī)格型號。其中心位置在 機床尺寸聯(lián)系圖中已確定。 3)盡量用最少的傳動軸及齒輪副把驅(qū)動軸和各主軸連接起來。 (2)傳動系統(tǒng)的初步設計 擬定傳動路線。如圖 3-1 所示各主軸位置已經(jīng)確定，下面結合主軸分布的 三種類型對其進行傳動設計。0 軸為驅(qū)動軸，現(xiàn)根據(jù)主軸分布特點擬定傳動系 統(tǒng)方案如下： 1、3 分布在同一直線上，用一根傳動軸 15 傳動，傳動軸中心位于兩軸中 心連線的垂直平分線上。由于零件尺寸較小同時可以帶動軸 2； 4、5 軸直線分布，可以用一根傳動軸 17 帶動

40、，軸的中心在兩軸中心連線 的平分線上； 6、7 分布在同一直線上，用一根傳動軸 18 帶動，軸的中心在兩軸中心連 線的平分線上； 8、10 分布在同一直線上，用一根傳動軸 16 傳動，傳動軸中心位于兩軸中 心連線的垂直平分線上。由于零件尺寸較小同時可以帶動軸 9； 15、16、17、18 也可以找到相同的圓心，也可以用一根傳動軸 19 帶動， 軸中心位于同心圓的圓心； 傳動系統(tǒng)初步設計完成，至于其合理性和具體位置安排要結合中心距，齒 輪模數(shù)和齒數(shù)的限制在實際設計過程中調(diào)節(jié)，確定。 (4)確定傳動軸位置、齒輪齒數(shù)以及校核 1)確定傳動軸 15 的位置及各齒輪齒數(shù)。傳動軸 15 在主軸 1、3 的

41、軸中心 連線的垂直平分線上，同時由于帶動主軸 2，取其與主軸 2 的中心距為 51mm， 測量得到傳動軸 15 與主軸 1、3 的中心距為 70mm。各主軸轉(zhuǎn)速相同，若取 m=2，z2=17，并按公式（3-1） 、 （3-2） 、 （3-3）依次求得齒數(shù) z1、z2、z3和 轉(zhuǎn)速 n15。 n主= n從/u= n從z從/ z主； (3-1) z主=2a/m- z從=2au/m(1+u)； (3-2) z從=2a/m- z主=2am/u(1+u)； (3-3) 所以 z2=2a/m- z2=251/2-17=34；（設在第排） n15= n4 z2/ z2=12534/17=250r/min；

42、z1= z3=2au/m(1+u)=2*70*2/2/（1+2）=46.6，取 z1、 z2為 46。 z1= z3=2a/m- z1=270/2-46=24， （設在第排） ，由于主軸轉(zhuǎn)速相同， 所以取 z1= z3=23。 所以 a15-1= a15-3=70mm 為非標準中心距，齒輪需要變位。 下面先分別計算它們的總變位量： a15-1= a15-3=a15-1- a=70-69=1=0.52； 即，變位系數(shù)為+0.5。查變位系數(shù)表 表 3-6 確定變位齒輪個數(shù)。與表對 照，兩變位系數(shù)均小于極限變位系數(shù)，故只需要一個齒輪 變位即可湊配出標準中心距。變位齒輪選擇主軸 1、3 上的齒輪。 表

43、 3-6 齒輪的極限變位系數(shù) 限 1015202530354045505560 +限 0.40.60.81.11.21.41.51.71.81.92 -限 0.10.40.71.01.31.61.92.22.52.8 2)確定傳動軸 16 的位置及各齒輪齒數(shù)。傳動軸 16 用來帶動主軸 8、9、10。位于主軸 8、10 的軸中心連線的垂直平分線上，并距主軸 9 的軸中 心距離為 51mm，量得距主軸 8、10 的軸中心為 70mm。取 m=2，z9=17。并按公 式（3-1） 、 （3-2） 、 （3-3）依次求得齒數(shù) z8、z9、z10和轉(zhuǎn)速 n16。 z9=2a/m- z9=251/2-1

44、7=34；（設在第排） n16= n9 z9/ z9=12534/17=250r/min； z8=z10=2au/m(1+u)=2*70*2/2/（1+2）=46.6，取 z8、 z10為 46。 z8= z10=2a/m- z8=270/2-46=24， （設在第排） ，由于主軸轉(zhuǎn)速相同， 所以取 z8= z10=23。 所以 a16-8= a16-10=70mm 為非標準中心距，齒輪需要變 位。下面先分別計算它們的總變位量： a16-8= a16-10=a16-8- a=70-69=1=0.52； 即，變位系數(shù)為+0.5。查變位系數(shù)表 表 3-6 確定變位齒輪個數(shù)。與表對 照，兩變位系數(shù)均

45、小于極限變位系數(shù)，故只需要一個齒輪變位即可湊配出標準 中心距。變位齒輪選擇主軸 8、10 上的齒輪。 3)確定傳動軸 19 的位置及各齒輪齒數(shù)。傳動軸 19 帶動主軸 15、16、17、18，取其為同心圓的圓心，若傳動軸 15，16，17，18 對稱設置， 則傳動軸 19 在傳動軸 15、16 的軸心連線垂直平分線上，取其到軸 15、16、17、18 軸中心的距離為 57mm。若取 m=2，z15= z16= z17= z18=19。并 按公式（3-1） 、 （3-2） 、 （3-3）依次求得齒數(shù) z15、z16、z17、z18和轉(zhuǎn)速 n19。 z15= z16= z17= z18=2a/m-

46、 z15= 38（z15、 z17設在第排 z16、 z18設在第排） n19= n15z15/ z15=500r/min。 4)確定傳動軸 17 的各齒輪齒數(shù)。測量得 a17-4=51mm，a17-5=79.1。若選取 m=2，z4=17，z5= 26。a17-5為非標準中心距，齒輪需要變位，下面先分別計算 它們的總變位量： a17-5= a17-5- a=79.1-78=1.1=2*0.55 即，變位系數(shù)為+0.55。查變位系數(shù)表 表 3-6 確定變位齒輪個數(shù)。與表對 照，變位系數(shù)小于極限變位系數(shù)，故只需要一個齒輪變位即可湊配出標準中心 距。變位齒輪選擇主軸 5 上的齒輪。下面按公式（3-

47、1） 、 （3-2） 、 （3-3）依次 求得齒數(shù) z4、z5、和轉(zhuǎn)速 n17。即： z4=2a/m- z4=251/2-17=34 ；（設在第排） z5=2a/m- z5=278/2-26=52 ；（設在第排） n17= n4z4/ z4=250r/min 5)確定傳動軸 18 的各齒輪齒數(shù)。測量得 a18-7=51mm，a18-6=79.1。若選取 m=2，z7=17，z6= 26。a17-6為非標準中心距，齒輪需要變位，下面先分別計算 它們的總變位量： a17-6= a17-6- a=79.1-78=1.1=2*0.55 即，變位系數(shù)為+0.55。查變位系數(shù)表 表 3-6 確定變位齒輪個

48、數(shù)。與表對 照，變位系數(shù)小于極限變位系數(shù)，故只需要一個齒輪變位即可湊配出標準中心 距。變位齒輪選擇主軸 6 上的齒輪。下面按公式（3-1） 、 （3-2） 、 （3-3）依次 求得齒數(shù) z6、z7、和轉(zhuǎn)速 n18。即： z7=2a/m- z7=251/2-17=34 ；（設在第排） z6=2a/m- z6=278/2-26=52 ；（設在第排） n18= n4z6/ z6=250r/min 6)驅(qū)動軸的齒輪齒數(shù)及與之配合的齒輪齒數(shù)的確定。驅(qū)動軸的齒輪齒數(shù)是 有標準的這在前面已經(jīng)提到過，這里就不在復述了，其轉(zhuǎn)數(shù)為 500r/min。其齒 數(shù)為 21，模數(shù) m=3，與之配合的齒輪安裝在傳動軸 19

49、 上，由前面的計算中知 道 n 19=500r/min。要實現(xiàn) 1：1 的傳動比，所以與之配合的齒輪齒 數(shù)為 21。寬度為 32mm。根據(jù)表 4-3 知傳動軸 19 直徑為 25mm。 傳動設計的全部齒數(shù)、模數(shù)及所在排數(shù)，按規(guī)格標在傳動系統(tǒng)圖 3-2 中， 最后計算各主軸的實際轉(zhuǎn)速見表 3-7。傳動軸的坐標計算結果見表 3-8。 圖 3-2 主軸箱傳動系統(tǒng)原理圖 表 3-7 各主軸實際轉(zhuǎn)速 主軸實際 轉(zhuǎn)速 主軸 1主軸 2主軸 3主軸 4主軸 5主軸 6主軸 7主軸 8主軸 9主軸 10 (r/minn ) 150150150150150150150150150150 表 3-8 傳動軸的坐標

50、計算結果 傳動軸號 1516171819 x174.8174.8271.2271.2223.0 y128.8193.2128.8193.2161.0 7)對傳動軸的校核 由于在設計主軸箱傳動系統(tǒng)時，初步選定了軸徑。所以，傳動系統(tǒng)擬定后， 應對總體設計和傳動設計中選定的傳動軸進行驗算，校核是否滿足工作要求。 校核過程采用傳動軸強度的粗略計算法。對于傳動軸來說，把軸看成受純 扭矩作用，不考慮彎矩影響，而采用較低的材料許用應力的一種強度計算方法， 即扭轉(zhuǎn)剛度計算法。 驗算傳動軸直徑 傳動軸所承受的總轉(zhuǎn)矩可以由下式進行計算: t總=t1u1+t2u2+tnun 其中 tn是作用在第 n 根主軸上的轉(zhuǎn)矩

51、，單位為 kg.mm，tn=974pn/n， ； un傳動軸至第 n 根主軸之間的傳動比。 驗算各傳動軸直徑計算如下： 軸15 t15=3 ti1 un =35001/2=750kg.mm 按表 3-9，取 d=20mm 即可。 軸16 t16=3 ti1 un =35001/2=750kg.mm 按表 3-9，取 d=20mm 即可。 軸17 t17=2ti1 un =25001/2=500kg.mm 按表 3-9，取 d=20mm 即可。 軸18 t18=2 ti1 un =25001/2=500kg.mm 按表 3-9，取 d=20mm 即可。 軸19 t119=2 ti1 un +2t

52、i1 un =25001/2+27501/2=1250kg.mm 按表 3-9，取 d=20mm 即可。由于齒輪限制選擇為 d=25mm。 經(jīng)過計算得到的傳動軸直徑與之前初步選擇的直徑相吻合，所以，傳動軸 能承受扭矩實現(xiàn)傳動，符合要求。 表 3-9 軸能承受的扭矩 注：允許扭轉(zhuǎn)角的適用對象，推薦如下：剛性主軸，取=1/4；非 剛性主軸，取=1/2；傳動軸=1。 8)對齒輪嚙合關系的校核 在前面已經(jīng)分別列出了主軸和傳動軸的坐標，在這里根據(jù)它們的坐標列出 坐標驗算表以檢驗齒輪布置的合理性。見表 3-10。表中，a實是按坐標算出的 中心距，a 是按傳動齒輪節(jié)圓直徑算出的中心距，a 是兩者的差值，經(jīng)檢

53、驗， 差值與前面變位齒輪計算中確定的差值完全符合，所以，齒輪布置是合理的。 五、主軸箱所需動力的計算 主軸箱的動力計算包括主軸箱所需的功率和進給力兩項。傳動系統(tǒng)確定之 后，主軸所需功率 p主軸箱按下列公式計算： p主軸箱= p切削+ p空轉(zhuǎn)+ p損失=p切削 i+p空轉(zhuǎn) i+p損失 i 式中 p切削切削功率，單位為 kw； p空轉(zhuǎn)空轉(zhuǎn)功率，單位為 kw； p損失與負荷成正比的功率損失，單位為 kw。 由前面計算知各主軸切削功率相同都是 0.06kw，每根軸的空轉(zhuǎn)功率可按表 3-11 確定；每根軸上的功率損失，一般可取所傳遞功率的 1%。根據(jù)表中數(shù)據(jù) p主軸箱= p切削+ p空轉(zhuǎn)+ p損失=p切

54、削 i+p空轉(zhuǎn) i+p損失 i （度/米） 軸徑 d ()mm 1/41/21 計 算 依 據(jù) 10 12 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 35 72 175 550 1350 2800 5200 8900 14200 21700 31700 45000 62000 69 140 350 1100 2700 5600 10400 17800 28500 43400 63500 90000 124000 140 290 710 2300 5500 11400 21000 36000 58000 88000 式中 d軸的直徑（毫米） ； m軸所傳遞的扭矩（公斤.

55、毫米） ； w軸的抗扭截面系數(shù)（毫 米 3） ； 許用剪切應力（公斤 /毫米 2） ； b系數(shù)。當 =1 時， b=5.2 當 =1/4 時，b=7.3 當 =1/2 時，b=6.2 =100.06+100.009+40.018+0.054+0.054+160.060.01=0.823kw 。 由于攻絲類主軸進給力很小所以在這里不做計算。 表 3-10 坐標驗算表 nnxy a實 aa 151 2 3 68.8 48.8 50.2 12.8 14.8 48.8 70 51 70 69 51 69 +1 0 +1 168 9 10 50.2 48.8 68.8 48.8 14.8 12.8 70

56、 51 70 69 51 69 +1 0 +1 174 5 16.8 78.8 48.2 7.2 51 79.1 51 78 0 +1.1- 186 7 78.8 16.8 7.2 48.2 79.1 51 78 51 +1.1 0 3-11 軸的空轉(zhuǎn)功率 軸 徑轉(zhuǎn)速 （r/min） 15202530405060 250.0010.0020.0030.0040.0070.0120.017 400.0020.0030.0050.0070.0120.0180.027 630.0030.0050.0070.0100.0190.0290.041 1000.0040.0070.0120.0170.030

57、0.0460.067 1600.0070.0120.0180.0270.0470.0740.107 2500.0100.0180.0280.0420.0740.1160.166 4000.0170.0300.0460.0670.1180.1850.266 6300.0260.0460.0730.1050.1860.2910.420 10000.0420.0740.1160.1660.2960.4620.666 2.3.42.3.4 繪制坐標檢查圖繪制坐標檢查圖 前一節(jié)各軸的坐標已經(jīng)計算完成，需要繪制坐標及傳動關系檢查圖，用以 全面檢查傳動系統(tǒng)的正確性，如圖 3-3 所示： 圖 3-3 主軸箱坐

58、標檢查圖 3.33.3 繪制主軸箱總圖以及裝配明細表繪制主軸箱總圖以及裝配明細表 主軸箱總圖繪制方法及其特點 (1)主視圖 用點劃線表示齒輪節(jié)圓，標注齒輪齒數(shù)和模數(shù)，兩嚙合齒輪相切處標注羅 馬數(shù)字表示齒輪所在排數(shù)。標注各軸軸號及主軸、驅(qū)動軸、液壓泵軸的轉(zhuǎn)速和 轉(zhuǎn)向。 (2)展開圖 每根軸、軸承、齒輪等組件可只畫軸線上邊或下邊一半，結構尺寸完全相 同的軸組件只畫一根，但必須在軸端注明相應的軸號；在圖形一側(cè)用數(shù)碼箭頭 標明齒輪所在排數(shù)。 3.3.13.3.1 主視圖主視圖 根據(jù)設計計算繪制主軸箱主視圖，詳見主軸箱主視圖。 3.3.23.3.2 主軸箱展開圖主軸箱展開圖 根據(jù)設計計算繪制主軸箱展開圖

59、，編制裝配明細表，詳見主軸箱展開圖。 第第 4 4 章章 主要部件的選擇和設計主要部件的選擇和設計 4.14.1 電動機的選擇電動機的選擇 電動機是把電能轉(zhuǎn)換成機械能的一種設備。它是利用通電線圈（也就是定 子繞組）產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場并作用于轉(zhuǎn)子鼠籠式式閉合鋁框形成磁電動力旋轉(zhuǎn)扭矩。 4.1.14.1.1 主運動電動機的選擇主運動電動機的選擇 （1）電動機功率的選擇在主軸箱尚未設計出來之前，可按下面公式進行 估算： p主軸箱=p切削/ p切削消耗于各主軸的切削功率之和，單位 kw； 主軸箱的傳動效率，當主軸箱少于 15 根軸時，=0.9，主軸多于 15 根時，=0.8。在本次設計中大主軸箱主軸為 10

60、 根，小主軸箱主軸為 4 根， 因此選擇 =0.9。 由于各主軸加工的螺紋孔直徑相同，因此，各主軸消耗的切削功率相同， 所以，p切削= pi；其中 pi為第 i 根主軸的切削功率，前面已經(jīng)計算過 pi=0.06kw，代入公式計算得 p切削=0.6 kw。所以 p主軸箱=0.6/0.9=0.67 kw。所 選的電動機最大功率是 1.5 kw。能滿足要求。 （2）電動機轉(zhuǎn)速的選擇參考前一章各軸的設計轉(zhuǎn)速 150r/min。 為了簡化設計，省去減速器的設計，采用上海歐傳傳動機械有限公司的功 率為 1.5kw，轉(zhuǎn)速為 300r/min 的電動機（帶減速器）gh32-1.5-5s。主要參數(shù) 如表 4-1