立式八軸組合鉆床總體方案及主軸箱設(shè)計

1、 I摘 要專用機床是專門用于加工一種工件或工件的一定工序的機床，它可以同時用許多刀具進行切削，機床的輔助動作部分地實現(xiàn)了自動化，生產(chǎn)效率高。本篇論文所設(shè)計的多軸鉆床屬于專用機床的范疇，即八軸擴鉸專用機床，它是根據(jù)工件（車輪）的特點，采用多把刀具同時加工出多個孔（八個孔） ，其所要完成的工藝范圍是擴鉸，操作方便，效率高。全文共分四章：第一章為總體設(shè)計；第二章為機床總體布局；第三章為主軸箱及傳動件的設(shè)計；第四章為主軸箱體的設(shè)計。其中主軸箱及傳動件的設(shè)計，特別是主軸箱的設(shè)計是本文的主要部分。多軸鉆床的部件設(shè)計就是在總體設(shè)計的基礎(chǔ)上，開展機床各部件的設(shè)計，然后進行零件的設(shè)計。關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：專用機床

2、多軸鉆床 主軸箱 ii 目錄前 言.11 總體設(shè)計.31.1 概述 .31.2 工藝方案的制定 .31.2.1 制定工藝方案的原始條件分析 .41.2.2 工藝基準的選擇定位基準 .41.2.3 工藝定路線的制定 .61.3 刀具的選擇及切削用量的確定 .81.3.1 刀具的選擇.82 機床總體布局.102.1 機床總體布局的基本要求 .102.2 機床總體布局方案分析 .102.2.1 同類機床總體布局方案分析.102.2.2 汽車輪輻鉆孔及擴孔加工專用機床總體布局方案分析123 主軸箱及傳動件的設(shè)計.153.1 主軸箱傳動系統(tǒng)設(shè)計的一般要求 .153.2 動力部件的選擇 .153.3 電動

3、機的選擇計算 .163.3.1 電動機功率的估算.163.3.2 選擇電動機的型號.183.4 傳動方案的選擇 .203.5 主軸箱齒輪的分布 .233.6.1 高速級齒輪的設(shè)計 .243.6.2 中間傳動齒輪的設(shè)計 .293.7 初步估算各軸徑 .343.8 軸的設(shè)計 .363.8.1 中間傳動軸（軸）的設(shè)計計算 .363.8.2 主軸（軸）的設(shè)計計算 .393.9 滾動軸承的選擇與壽命計算 .443.9.1 傳動（軸）軸上的軸承.443.9.2 主軸（軸）上的軸承.463.10 鍵聯(lián)接的選擇和驗算 .48 ii3.10.1 傳動軸（軸）與大齒輪的鍵聯(lián)接.483.10.2 主軸（軸）與的聯(lián)接

4、.494 主軸箱體的設(shè)計.504.1 主軸箱體設(shè)計的依據(jù) .504.2 主軸箱體的設(shè)計 .514.3 上臺板的設(shè)計 .524.3.1 材料的選取.524.3.2 尺寸的確定.524.3.3 結(jié)構(gòu)設(shè)計.53結(jié)束語.54致 謝. 57 參考文獻. 58 1前 言 本次設(shè)計的課題是八孔立式組合鉆床的部件設(shè)計，即多軸組合機床的部件設(shè)計。多軸組合鉆床是用來加工同一方向上有數(shù)個孔的工件，具有良好的加工精度，能夠達到很好的加工質(zhì)量。其所加工的零件在汽車中應(yīng)用十分廣泛，應(yīng)該屬于大批量生產(chǎn)項目，所以在設(shè)計時應(yīng)注意到盡量使加工簡單，但又不影響加工質(zhì)量。此次設(shè)計的主要內(nèi)容有：問題的提出、總體方案的構(gòu)思、可行性設(shè)計、

5、結(jié)構(gòu)設(shè)計及對未知問題的探索和解決方案的初步設(shè)計、裝配圖、零件圖等一系列圖紙的設(shè)計與繪制，最后包括畢業(yè)設(shè)計說明書的完成。本次設(shè)計的題目是八孔立式組合鉆床的設(shè)計，設(shè)計機床應(yīng)滿足的基本要求有以下幾點：1、工藝可能性。機床的工藝可能性是指機床適應(yīng)不同生產(chǎn)要求，大致包括下列內(nèi)容機床可完成的工序種類、加工零件的類型、材料和尺寸范圍、毛坯的種類等。2、加工精度和表面粗糙度。3、生產(chǎn)率。機床的生產(chǎn)率通常指單位時間內(nèi)機床所加工的工件數(shù)量。4、自動化程度。5、操作安全方便和工作可靠。6、效率、使用期限和成本等等。設(shè)計時還應(yīng)注意使機床體積小，重量輕，占地面積小，外形美觀以及注意防止污染環(huán)境。 2 1 總體設(shè)計1.1

6、 概述機床的總體設(shè)計，就是針對具體的被加工零件，在選定的工藝和結(jié)構(gòu)方案的基礎(chǔ)上，進行方案和圖紙的設(shè)計。這些圖紙包括：被加工零件工序圖、加工示意圖、生產(chǎn)率計算卡片、機床聯(lián)系尺寸圖等。 專用機床區(qū)別于普通機床的基本特點就是它是專為某一固定工序服務(wù)的。因此，專用機床又可廣義的稱為工藝裝備，它包括具有通用部件的組合機床。由于專用機床是為某一固定的程序服務(wù)的，所以專用機床的先進程度、種類、型式和規(guī)格都取決于工藝需要。只有定出先進合理的工藝，才能設(shè)計出合理的專用機床。本次設(shè)計的題目為八孔立式組合鉆床，八孔組合機床是為加工汽車輪輻外側(cè)的擴孔而專門設(shè)計的專用機床，由底座、液壓立式滑臺、立體床身、動力頭以及多軸

7、箱、專用夾具等有關(guān)部件組成。1.2 工藝方案的制定在生產(chǎn)中用機械加工方法直接改變毛坯的形狀、尺寸和材料性能，使之成為零件的過程，叫做機械加工工藝過程。設(shè)計時，工藝方案的制定是否合理，對生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量有著極其大的影響。制定工藝方案時，首先應(yīng)分析生產(chǎn)類型。生產(chǎn)類型是衡量生產(chǎn)規(guī)模的標(biāo)志。 生產(chǎn)類型、生產(chǎn)組織、生產(chǎn)管理、車間布置以及毛坯、設(shè)備、工具、加工方法和工人熟練程度等方面的要求程度均有所不同。在大量生產(chǎn)下，每個工序任務(wù)比較穩(wěn)定，因此，有條件采用高效率專用機床和工件夾具，勞動效率可大大提高，產(chǎn)品成本也可降低。但產(chǎn)量小的情況下，如果仍 3使用這些高效率的專用機床和工夾具，由于加工對象經(jīng)常改變，勢

8、必造成機床調(diào)整的復(fù)雜化，降低機床利用率，提高加工成本。所以制定的工藝過程應(yīng)與生產(chǎn)類型相適應(yīng)，以取得合理的經(jīng)濟效果。 1.2.1 制定工藝方案的原始條件分析在制定工藝方案時，首先對產(chǎn)品的裝配圖進行研究分析，熟悉該產(chǎn)品的用途性能及工作條件，明確該工件在產(chǎn)品中的地位和作用，然后對工件的工作圖進行分析和工藝審查。從零件圖，圖 1-1 中可見，圖紙比較完整，技術(shù)要求也一般，沒什么難加工的結(jié)構(gòu)。根據(jù)機床所要完成的工序，對輪輻外側(cè)均布的八個孔進行擴孔，而這八個孔位于同一平面上沿圓周均勻分布。擴孔后，只需保證其位置精度，其他沒有特殊要求，采用一般的擴孔鉆進行擴孔就可以達到要求。工件的材料為碳結(jié)構(gòu)鋼（Q235B

9、） ，無特殊要求，在進行加工前無熱處理，沒有硬度要求。 1.2.2 工藝基準的選擇定位基準在選擇基準時盡量選擇設(shè)計基準作為定位基準，這樣可避免由于設(shè)計基準和定位基準不重合所引起的定位誤差。如圖 1-1 所示： 4 圖 11 擴孔前的零件圖由于八個孔均勻分布，則選擇任意兩對稱孔做為定位基準用浮動銷定位，則只剩下 Z向的一個自由度，選擇 N 面均勻支撐。當(dāng)工件不斷向上進給時，壓向 G 面的壓料半板和 N 面的均勻支撐便限制了 Z的自由度，隨著進給的繼續(xù)進行鉆頭下鉆，浮動銷被鉆頭下壓，鉆頭變成為新的定位裝置。 5 1.2.3 工藝定路線的制定 1. 制定工藝過程 由于本道工序僅需一次擴孔可完成，故工

10、藝過程比較簡單，其工藝過程如下：(1)鉆（ 擴孔）：按圖紙要求對 829.5 進行擴孔至832+0.6（精度無特別要求） ；（2）檢驗：按圖紙要求，檢查各孔的位置精度。2. 繪制工序簡圖(1) 被加工零件工序圖的作用和要求被加工零件工序圖是根據(jù)選定的工藝方案，表示在一臺機床上或一條流水線上完成的工藝內(nèi)容，加工部位的尺寸及精度、技術(shù)要求、加工用定位基準、夾壓部位、以及被加工零件的材料、硬度和在本機床加工前毛坯形狀的圖紙。它是在原有的工件圖基礎(chǔ)上，以突出本機床或自動線加工內(nèi)容，加上必要說明繪制的。它是機床設(shè)計的主要依據(jù)，也是制造使用時調(diào)整機床，檢查精度的重要技術(shù)文件。(2) 被加工零件的工序圖被加

11、工零件的工序圖是在被加工零件圖的基礎(chǔ)上突出本機床的加工內(nèi)容，并作必要的說明而繪制的。其主要內(nèi)容包括：1）在圖上表示出被加工零件的形狀，尤其要設(shè)置中間導(dǎo)向時，應(yīng)表示出工件內(nèi)部筋的布置和尺寸，以便檢查工件、夾具、刀具之間是否相互干涉；2）在圖上表示出被加工零件的定位基準、夾壓部位及夾緊方向，以便據(jù)此進行夾具的支承、定位及夾壓機構(gòu)的設(shè)計；3）在圖上表示出被加工零件其加工表面的尺寸、精度、光潔度、 6位置尺寸及精度等技術(shù)條件（包括對上道工序的要求及本機床保證的部分） ；4）圖中還應(yīng)注明被加工零件的名稱、編號、材料、硬度以及被加工部位的余量；5）為了使工序圖清晰明了和突出本機床的加工內(nèi)容，繪制時對本機床

12、的加工部位用粗實線表示，其尺寸打上方框，其余部位用細實線表示。 (3) 如圖 1-2 所示：被加工零件加工示意圖：擴圓柱孔圖 1-2 擴孔示意圖備注：（1）被加工零件名稱及編號：汽車輪輻，STR 擴孔。材料及硬度：碳結(jié)構(gòu)鋼 Q235重 量：2025kg（2）加工余量32-29.5=2.5mm則每個孔的直徑上加工余量為 2.5mm（3）技術(shù)條件 71）本機床加工前應(yīng)保證零件圖上的所有尺寸；2）本機床保證：a、加工后各對稱孔的中心距不變；b、加工后的孔的尺寸為32+0.6；c、其余尺寸不變。1.3 刀具的選擇及切削用量的確定 1.3.1 刀具的選擇1. 刀具與工藝方案的關(guān)系專用機床刀具，是專用機床

13、主要組成部分之一。刀具的選用、設(shè)計、制造正確與否，對機床的加工精度和效率有著重要影響。在專用機床上常采用多刀，復(fù)合刀具及特種刀具，從而使工序集中，機床結(jié)構(gòu)簡化，提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率。2. 刀具的選擇原則（1）如果條件允許，應(yīng)該首先選取標(biāo)準刀具；（2）為提高工序集中程度，或達到更高的精度，可采用復(fù)合刀具。但在確定復(fù)合刀具結(jié)構(gòu)時，應(yīng)盡可能采用組裝式復(fù)合刀具。 (3)孔加工刀具應(yīng)（鉆、擴、鉸等）的直徑與加工部位尺寸、精度相適應(yīng)。3. 切削用量的確定（1）切削速度min/1000mDnV式中： D工件或刀具的外徑（mm） ；n工件或刀具的每分鐘轉(zhuǎn)速（轉(zhuǎn)/每分） 。（2）吃刀深度mmdDt25. 12

14、5 .29322 8式中： D待加工表面直徑（mm）d已加工表面直徑（mm） 92 機床總體布局2.1 機床總體布局的基本要求1. 保證給定的工藝過程要求（對于組合機床，還應(yīng)滿足參數(shù)標(biāo)準所規(guī)定的要求） 。最大限度地考慮機床部件的通用化；2. 保證機床的剛度、精度、抗振性和穩(wěn)定性，力求減輕機床的重量；3.保證機床結(jié)構(gòu)簡單，且盡量采用較短的傳動鏈，以提高傳動精度和傳動效率；4.保證良好的加工工藝性，以便于機床的加工和裝配；5.保證生產(chǎn)安全，便于操作、調(diào)整和維修；6.納入自動線，并便于排除鐵屑；7.盡可能減小機床的占地面積；8.機床外形美觀，大方。2.2 機床總體布局方案分析在方案的擬訂當(dāng)中，起決定

15、作用的是正確分析與確定機床的總體布局方案。上面敘述了各種因素對機床總體布局的影響，然而就同一類機床來說，尚需對專用機床的支承部件、傳動部件和執(zhí)行部件等三大部分的布局進行方案分析。 2.2.1 同類機床總體布局方案分析2.2.2 汽車輪輻鉆孔及擴孔加工專用機床總體布局方案分析1.單位提出的設(shè)計任務(wù)： 10（1）設(shè)計用于加工汽車輪輻上六個均布螺栓孔的專用機床；（2）在該機床上完成對零件圖上六個螺栓空的鉆孔及擴孔加工；（3）各孔的精度、光潔度無特殊要求，只需保證各孔的位置精度；（4）毛坯的材料是碳素結(jié)構(gòu)鋼 Q235B；（5）要求大批量生產(chǎn)。2.工藝分析：（見上）3.機床總體布局方案的確定（三方案）（

16、1）臥式機床：考慮到零件的夾具設(shè)計，采用臥式機床將導(dǎo)致零件的裝夾難度增加； （2）懸臂式機床：考慮到零件的橫向尺寸不大，所以沒有必要采用這種形式的機床；（3）立式機床：立式機床運動自由度大，操作方便，足以滿足該零件的加工。占地面積小，運動自由度大，操作方便，操作者可站在機床的前面、左面、右面進行操作。綜上所述，決定采用立式機床這一結(jié)構(gòu)形式： 11 圖圖 2-12-1 立式鉆床簡圖 123 主軸箱及傳動件的設(shè)計3.1 主軸箱傳動系統(tǒng)設(shè)計的一般要求1.在保證主軸的強度、剛度、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向要求的前提下，力求是傳動軸和齒輪為最少。應(yīng)盡量用一根傳動軸帶動多根主軸；當(dāng)齒輪嚙合中心距不符合要求時，可采用齒輪變

17、位的方法來湊中心距； 當(dāng) 時，采用正常齒輪；15. 0221mzzA）（ 時，采用修正齒輪。15. 0221mzzA）（式中：A實際中心矩； m為模數(shù)；、分別為兩嚙合齒輪齒數(shù)。1z2z2.在保證有足夠強度的前提下，主軸、傳動軸和齒輪的規(guī)格要盡可能少，以減少各類零件的品種；3.通常應(yīng)避免通過主動主軸帶動主軸，否則將增加主動主軸的負荷，影響加工質(zhì)量；4.最佳傳動比為 11.5，但允許采用到 33.5；5.盡可能避免升速傳動，必要的升速最好放在傳動鏈的最末一、二級，以減少功率損失。3.2 動力部件的選擇動力部件是用于傳遞動力，實現(xiàn)工作運動的通用部件。它為刀具提供主運動和進給運動，用以實現(xiàn)切削刀具的旋

18、轉(zhuǎn)和進給運動（動力頭） 13只用于進給運動（動力滑臺） ，是組合機床最主要的通用部件。選用何種動力部件，應(yīng)當(dāng)根據(jù)具體的加工工藝、機床型式、使用條件、生產(chǎn)條件來確定。例如：對于一般的多軸鉆床和鏜孔機床，可用機械或液壓動力頭，對于銑削、鏜端面孔機床、精鏜等機床，應(yīng)用動力滑臺配以相應(yīng)的銑頭、鏜孔、車端面頭、精鏜等；立式機床宜采用動力滑臺或機械動力頭等?？傊x用合適的動力部件，使機床具有先進的工藝水平和技術(shù)水平，以及良好的工藝效果。3.3 電動機的選擇計算 3.3.1 電動機功率的估算1. 鉆頭擴孔時的扭矩及軸向力的估算2.切削功率的計算：則 8 根鉆頭的總功率為： 3.求主軸箱的輸出功率總主NP其

19、中：-主軸箱的傳動效率。 加工黑色金屬零件時，可取=0.80.9；加工輕金屬件時，可取=0.70.8，主軸數(shù)多時取小值；主軸數(shù)少時取大值。 （組合機床設(shè)計大連機床研究所編 1973） 4.計算所需電動機的輸出功率所需電動機的輸出功率為： （取工況系數(shù)）KPPr電1 . 1K 143.3.2 選擇電動機的型號3.4 傳動方案的選擇一、傳動方案的設(shè)計考慮到降速比不宜過大，這樣功率損失比較嚴重。另外如果降速比過小，減速器輸出的轉(zhuǎn)速將會比較高，這樣會使主軸箱的速比加大， 從而使大小齒輪的齒數(shù)比加大，這樣的話工作軸的轉(zhuǎn)速就會升高。綜合考慮后，傳動方案如下：z4z2z6z5z3 z1傳動方案圖1電動機 2

20、中間傳動軸 3傳動系統(tǒng)4惰輪軸 5主軸 二、電動機輸出功率及工作機構(gòu)上最大作用力的計算： 三、傳動裝置的運動參數(shù)計算:從主軸箱的高速軸開始各軸命名為軸、軸、軸、軸。（一） 各軸轉(zhuǎn)速的計算：第軸轉(zhuǎn)速： min/7201rn 第軸轉(zhuǎn)速：min/2885 . 2720/112rinn 第軸轉(zhuǎn)速： min/2881288/223rinn 15第軸轉(zhuǎn)速：min/20044. 1288/334rinn式中: 、第軸至第軸，第軸至第軸，1i2i3i 第軸至第軸傳動比。、第軸，第軸，第軸，第軸轉(zhuǎn)速。1n2n3n4n3.6.1 高速級齒輪的設(shè)計3.6.2 中間傳動齒輪的設(shè)計3.9 滾動軸承的選擇與壽命計算4 主

21、軸箱體的設(shè)計4.1 主軸箱體設(shè)計的依據(jù)主軸箱體是機床的重要組成部分，是按專門要求或需要來進行設(shè)計的。它在機床設(shè)計過程中，是工作量較大的部件之一。主軸箱體是用于布置（按所要求的坐標(biāo)位置）機床工作主軸及傳動零件和相應(yīng)的附加機構(gòu)。它通過按一定速比排布傳動齒輪，把動力從動力部件動力箱、電動機等，傳遞給各工作主軸，使之獲得所需求的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向，并防止?jié)櫥屯饬骱突覊m污物侵入，主軸箱體應(yīng)有足夠的精度和剛度，有良好的散熱性和密封性，具有美觀大方且與總體布局協(xié)調(diào)一致的外型，具有良好的工藝性，便于加工和裝配。對于該主軸箱體的設(shè)計，采用一般設(shè)計法，即根據(jù)主軸的分布、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向以及尺寸要求等，由設(shè)計者進行全部設(shè)計工作

22、。這也是當(dāng)前主軸箱體設(shè)計中最常用的方法。主軸箱體設(shè)計的原始依據(jù)，包括下述的全 16部或部分內(nèi)容：1所有主軸的位置關(guān)系；2要求的主軸轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向（這是指左旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向，對右旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向一般不需要注明） ；3主軸的工序內(nèi)容和主軸外伸部分尺寸；4主軸箱的外型尺寸與其他部件的聯(lián)系尺寸；5動力部件（包括主電機）的型號；6托架或鉆模板的支柱在主軸箱上的安裝位置及有關(guān)要求；7工藝上的要求；8其他要求；4.2 主軸箱體的設(shè)計 1材料的選擇因為該多軸鉆床主軸箱體尺寸較小，為了便于制造，故選用 45 鋼。 2結(jié)構(gòu)設(shè)計本設(shè)計采用聯(lián)結(jié)在立柱上的兩圓形鋼板圍成主軸箱上下箱蓋，考慮到齒輪的安裝，套筒的固定，側(cè)壁應(yīng)適當(dāng)加厚。 (1) 主軸箱體的壁厚 （2） 主軸箱體內(nèi)壁之間的高度 （3） 主軸箱體內(nèi)壁的圓半徑確定 （4） 結(jié)構(gòu)形狀如下 4.3 上臺板的設(shè)計 本設(shè)計中上臺板的主要作用是安裝主電動機和箱體，用來承受電 17動機和主軸箱體的重量，并吸收電動機工作時產(chǎn)生的一部分振動。 4.3.1 材料的選取為了更好的吸收電動機和主軸箱工作時產(chǎn)生的振動，上臺板的材料選用鑄鐵 HT200。 4.3.2 尺寸的確定 4.3.3 結(jié)構(gòu)設(shè)計 18 57 58參考文獻1、 中國紡織大學(xué)工程學(xué)教研室的編.