組合專機-柴油機齒輪室蓋鉆鏜專機總體及主軸箱設計

組合專機-柴油機齒輪室蓋鉆鏜專機總體及主軸箱設計,組合,專機,柴油機,齒輪,室蓋鉆鏜,總體,整體,主軸,設計 鹽城工學院畢業(yè)設計說明書2006 目 錄 1 前言………………………………………………………………………………1 2 組合機床總體設計………………………………………………………………2 2.1 組合機床工藝方案的制定……………………………………………………2 2.2 組合機床配置型式及結構方案的確定………………………………………2 2.3 各側具體零部件的設計、計算及選擇………………………………………3 2.4 機床生產率計算卡………………………………………………………… 10 3 組合機床多軸箱設計（右主軸箱）………………………………………… 12 3.1 繪制右主軸箱設計原始依據圖…………………………………………… 12 3.2 主軸、齒輪的確定及動力計算…………………………………………… 13 3.3 主軸箱傳動系統(tǒng)的設計與計算…………………………………………… 13 3.4 多軸箱坐標計算、繪制坐標檢查圖……………………………………… 18 3.5 主軸箱中變位齒輪的計算………………………………………………… 22 3.6 變位齒輪的設計…………………………………………………………… 22 3.7 齒輪強度校核……………………………………………………………… 23 3.8 傳動軸直徑的確定和軸的強度校核……………………………………… 25 3.9 主軸箱體及其附件的選擇設計…………………………………………… 28 4 結論…………………………………………………………………………… 30 參考文獻……………………………………………………………………………31 致謝…………………………………………………………………………………32 附錄…………………………………………………………………………………33 1 前言 組合機床是根據工件加工需要，以大量通用部件為基礎，配以少量專用部件組成的一種高效率專用機床。目前，組合機床主要用于平面加工和孔加工兩類工序。平面加工包括銑平面、锪（刮）平面、車平面；孔加工包括鉆、擴、鉸、鏜孔以及倒角、切槽、攻螺紋、锪沉孔滾壓孔等。隨著綜合自動化的發(fā)展，其工藝范圍正擴大到車外圓、行星銑削、拉削、推削、磨削、珩磨及拋光、沖壓等工序。此外，還可以完成焊接、熱處理、自動裝配和檢測、清洗和零件分類及打印等非切削工作。 組合機床在汽車、拖拉機、柴油機、電機、儀器儀表、軍工及縫紉機、自行車等輕工行業(yè)大批大量生產中已經獲得廣泛的應用；一些中小批量生產是企業(yè)，如機床、機車、工程制造業(yè)中也已推廣應用。組合機床最適宜于加工各種大中型箱體類零件，如汽缸蓋、汽缸體、變速箱體、電機座及儀表殼等零件；也可用來完成軸套類、輪盤類、叉架類和蓋板類零件的部分或全部工序的加工。 組合機床的設計，目前基本上有兩種情況：其一，是根據具體加工對象的具體情況進行專門設計，這是當前最普遍的做法。其二，隨著組合機床在我國機械行業(yè)的廣泛使用，廣大工人總結自己生產和使用組合機床的經驗，發(fā)現組合機床不僅在其組成部件方面有共性，可設計成通用部件，而且一些行業(yè)在完成一定工藝范圍內組合機床是極其相似的，有可能設計為通用機床，這種機床稱為“專能組合機床”。這種組合機床就不需要每次按具體加工對象進行專門設計和生產，而是可以設計成通用品種，組織成批生產，然后按被加工的零件的具體需要，配以簡單的夾具及刀具，即可組成加工一定對象的高效率設備。 本次畢業(yè)設計課題來源于生產實際，具體的課題是柴油機齒輪室蓋鉆鏜專機總體及主軸箱設計。在設計前認真研究被加工零件的圖樣，研究其尺寸、形狀、材料、硬度、重量、加工部位的結構及加工精度和表面粗糙度要求等內容，為設計提供大量的數據、資料，作好充分的、全面的技術準備。在準備了充足的資料之后進行總體及零部件的設計工作，總體的設計的主要工作是完成“三圖一卡”，即繪制機床的總體尺寸聯系圖、加工示意圖、零件的工序圖及編制生產率計算卡；主軸箱設計的方法是：繪制主軸箱設計的原始依據圖；確定主軸的結構、軸頸及齒輪模數；擬訂傳動系統(tǒng)；計算主軸、傳動軸坐標，繪制坐標檢查圖；繪制多軸箱總圖，零件圖及編制組件明細表。在此次的設計中采用“一面兩銷”定位，液壓夾緊，提高了生產效率，降低了勞動強度，同時在設計中采用了大量的通用零部件，降低了產品的成本。 在設計過程中，得到了劉道標老師的大力指導和同課題組同學的熱情幫助，在此謹致謝意。 限于本人水平和經驗，本設計中一定有錯誤和不妥之處，敬請批評指正。 2 組合機床總體設計 組合機床總體設計，通常是根據與用戶簽定的合同和技術協(xié)議書,針對具體加工零件，擬訂工藝和結構方案，并進行方案圖樣和有關技術文件的設計。 2．1 組合機床工藝方案的制定 工藝方案的擬訂是組合機床設計的關鍵一步。因為工藝方案在很大程度上決定了組合機床的結構配置和使用性能。因此，應根據工件的加工要求和特點，按一定的原則、結合組合機床常用的工藝方法、充分考慮各種因素，并經技術經濟分析后擬訂出先進、合理、經濟、可靠的工藝方案。 此次設計的組合機床是用于加工柴油機齒輪室蓋的鉆鏜專用組合機床，其工藝方案為鉆孔和鏜孔，其具體的加工工藝如下: a. 鉆6－M6－6H孔至Φ5， 左側面； b. 鉆6－Φ9孔（深38）， 右側面； c. 鉆3－Φ9孔（深78）， 右側面； d. 鏜Φ45H8孔至Φ43.5， 后側面； e. 倒孔口角至Φ46.6， 后側面； 正確選擇組合機床加工工件采用的基準定位，是確保加工精度的重要條件。 本設計的柴油機齒輪室蓋是箱體類零件，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行。因此，定位基準選擇“一面雙孔”是最常用的方法， 因此該被加工零件采用 “一面兩銷”的定位方案，定位基準和夾壓點見零件的工序圖。該定位方案限制的自由度敘述如下：以工件的右側面為定位基準面，約束了y、z向的轉動和x向的移動 3個自由度。短定位銷約束了y、z向的移動2個自由度。長定位銷約束了x向的轉動1個自由度。這樣工件的6個自由度被完全約束了也就得到了完全的定位。 2．2 組合機床配置型式及結構方案的確定 根據選定的工藝方案確定機床的配置型式，并定出影響機床總體布局和技術性能的主要部件的結構方案。既要考慮能實現工藝方案，以確保零件的精度、技術要求及生產率，又要考慮機床操作方便可靠，易于維修，且潤滑、冷卻、排屑情況良好。對同一個零件的加工，可能會有各種不同的工藝方案和機床配置方案，在最后決定采取哪種方案時，絕不能草率，要全面地看問題，綜合分析各方面的情況，進行多種方案的對比，從中選擇最佳方案。 各種形式的單工位組合機床，具有固定式夾具，通?？砂惭b一個工件，特別適用于大、中型箱體類零件的加工。根據配置動力部件的型式和數量，這種機床可分為單面、多面復合式。利用多軸想同時從幾個方面對工件進行加工。但其機動時間不能與輔助時間重合，因而生產率比多工位機床低。 在認真分析了被加工零件的結構特點及所選擇的加工工藝方案，又由單工位組合機床的特點及適應性，確定設計的組合機床的配置型式為單工位臥式組合機床。 2．3 各側具體零部件的設計、計算及選擇 2.3.1刀具的選擇 考慮到工件加工尺寸精度，表面粗糙度，切削的排除及生產率要求等因素，所以加工15個孔的刀具均采用標準錐柄長麻花鉆和單導向懸臂鏜刀。 2.3.2 右側面鉆9-Φ9 a. 切削用量的選擇 右側是鉆削6-Φ9（深38）及3-Φ9（深78） 根據孔徑的大小和深徑比，以及被加工材料的硬度查參考文獻[9]表2.17知：主軸的進給量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，當加工鑄鐵件孔深為鉆頭直徑的6～8倍時，在組合機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的，不過加工這種較深孔的切削用量要適當降低些，因此選擇切削速度vc=13m/min 進給量f=0.13mm/r，由此主軸轉速n由公式 (2-1) 計算出 r/min，將主軸轉速圓整為470 r/min。 實際切削速度vc、工進速度vf、工進時間tf 分別由下列公式求得 (2-2) (2-3) (2-4) 計算出實際切削速度vc=13.282m/min，工進速度vf=61.1mm/min，工進時間tf=1.26min b. 切削功率，切削力，轉矩以及刀具耐用度的選擇 由參考文獻[9]表6-20計算公式 切削力 (2-5) 切削轉矩 (2-6) 切削功率 (2-7) 刀具耐用度 (2-8) 計算出切削力F=1144.5N，切削轉矩T=3.18N·m，切削功率P=0.153kw，刀具耐用度Tn=768.799min c. 動力部件的選擇 由上述計算每根軸的輸出功率P=0.153kw，右側共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。 因電機輸出經動力箱時還有功率損耗，所以選擇功率為2.2kw的電機，其型號為：Y100L1-4,由參考文獻[9]表5-39選取1TD32-I型動力箱，動力箱的主軸轉速715r/min 。 d. 確定主軸類型，尺寸，外伸長度 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。因為推力軸承設置在前端，能承受單方向的軸向力，適用于鉆孔主軸。 在右側面，主軸用于鉆孔，因此選用滾珠軸承主軸。又因為浮動卡頭與刀具剛性連接，所以該主軸屬于長主軸。所以主軸均為滾珠軸承長主軸。 根據主軸轉矩T=3.18 N·m，由參考文獻[9]表3-4可知 (2-9) 其中B= 7.3，則計算出d=17.335mm，選取d=20mm。 由參考文獻[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1，2。 e. 導向裝置的選擇 組合機床鉆孔時，零件上孔的位置精度主要是靠刀具的導向裝置來保證的。導向裝置的作用是：保證刀具相對工件的正確位置；保證刀具相互間的正確位置；提高刀具系統(tǒng)的支承剛性。 固定式導套：刀具或刀桿本身在導套內既有相對轉動又有相對移動，由于這部分表面潤滑困難；工作時有粉塵侵入，當刀桿相對導套的線速度超過20m/min時就會有研著的危險，因此選用導套前計算一下導套與刀具的線速度。由上述內容知導套與刀具的線速度vc=13.282m/min<20m/min,所以該導套選用通用短導套 由參考文獻[9]表8-4查得導套的具體數值如下： D=15mm，D1=22mm，D2=26mm，D3=M6，L取16mm，（短型導套）l=8mm,l1=3mm，l3=12mm， e=18.5mm f. 連桿的選擇 在鉆、擴、鉸孔及倒角等加工小孔時，通常都采用接桿（剛性接桿）。因為主軸箱各主軸的外伸長度和刀具均為定值，為保證主軸箱上各刀具能同時到達加工終了位置，須采用軸向可調整的接桿來協(xié)調各軸的軸向長度，以滿足同時加工完成孔的要求。 為了獲得終了時多軸箱前端面到工件端面之間所需要的最小距離，應盡量減少接桿的長度。 因為9-Φ9孔的鉆削面是同一面且主軸內徑是20mm,由參考文獻[9]表8-1選取A型可調接桿 d=16mm，d1=Tr16×1.5 mm， d2=9mm， L=85mm， l4=110～135mm。 g. 動力部件工作循環(huán)及行程的確定 切入長度一般為5-10mm， 取L1=7mm，切出長度由參考文獻[9]表3-7公式 （2-10） 通過計算L2=8mm，加工時加工部位長度L(多軸加工時按最長孔算)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的距離，根據麻花鉆直徑Φ9，由參考文獻[9]表3-4得導套口至工件尺寸l2=(1+1.5d)(參考鉆鋼) 取l2=10mm，又根據鉆套用導套的長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。 快退長度的確定:一般在固定式夾具鉆孔或擴孔的機床上動力頭快速退回的行程只要把所有的刀具都退回至導套內,不影響工件裝卸即可。 快退距離 L快退=l2+L工-L1=10+93-7=96mm 快進距離 L快進=l2-L1=10-7=3mm 因快進距離太短，故將快進距離改為工進，則工進距離L工=93+3=96 mm。 選擇刀具：根據鉆口套至工進行程末端的距離L快退=96mm，及鉆口套長度L套=8+3+16=27mm,由參考文獻[5]表3-1查得選擇：矩形柄麻花鉆GB1435-78Φ9×250mm(切削長度部分145mm)。 h. 滑臺及底座的選擇 由于液壓驅動，零件損失小，使用壽命長，所以選擇液壓滑臺。已知工進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，又因為ITD32-Ⅰ型動力箱滑鞍長度L=630mm，由參考文獻[9]表5-1選擇1HY32-Ⅰ型滑臺及配套的側底座選擇ICC321 i. 多軸箱輪廓尺寸的設計 確定機床的裝料高度，新頒國家標準裝料高度為1060mm，實際設計時常在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，可按下列關系式確定： 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的兩孔距離，h=277mm。 h1-最低主軸高度。 因為滑臺與底座的型號都已經選擇，所以側底座的高度為已知值650mm， 滑臺滑座總高280mm；滑座與側底座的調整墊厚度一般取5mm，多軸箱底與滑臺滑座臺面間的間隙取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 由此數據查參考文獻[15]表8.22選取多軸箱尺寸B×H=630mm×500mm, 臺面寬度為320mm。 2.3.3 左側面鉆6-Φ5 a. 切削用量的選擇 根據參考文獻[9]查表6-11高速鋼鉆頭切削用量，加工材料鑄鐵，孔徑d=1～6mm，切削速度10～18m/min，進給量f=0.05～0.1mm/r。取切削速度vc=16m/min，進給量f=0.08mm/r，主軸的轉速、實際切削速度、工進速度、工進時間分別由公式（2-1）、（2-2）、（2-3）、（2-4）求得 轉速 r/min， 將其圓整為1100r/min。 實際切削速度 m/min 工進速度 mm/min 工進時間 其中h為6-Φ5的深度。 b. 切削功率，切削力，轉矩以及刀具耐用度的選擇 刀具的切削力、切削轉矩、切削功率及刀具耐用度分別由公式(2-5)、(2-6)、(2-7)、(2-8)求得 切削力 N 切削轉矩 N·m 切削功率 kw 刀具耐用度 c. 動力部件的選擇 由上述計算每根軸的輸出功率P=0.0797kw，左側共6根輸出軸，且每一根軸都鉆Φ5直徑，所以總切削功率P切削=0.0797×6=0.598kw。則多軸箱的功率： kw，其中η=0.8， 所以 kw 因電機輸出經動力箱時還有功率損耗，所以選擇功率為1.5kw的電機，其型號為：Y100L-6，由參考文獻[9]表5-39選取1TD25-IA型動力箱，動力箱的主軸轉速為520r/min 。 d. 確定主軸類型、尺寸、外伸長度 根據主軸轉矩T=0.70593 N·m，由公式(2-9)求出滿足條件的最小直徑 mm （B= 7.3） 選取d=15mm， 由參考文獻[9]表3-6查得主軸直徑=15mm，D/d1=25/16mm,主軸外伸尺寸L=85mm,接桿莫氏圓錐號1。 e. 導向裝置的選擇 查參考文獻[9]表8-4 選用通用短型導套，具體參數的數值：D=10mm, D1=15mm, D2=18mm, D3=M6,L取12mm，l=8mm，l1=3mm，l3=12mm，e=14.5mm選用通用導套。 f. 連桿的選擇 為了獲得終了時多軸箱前端面到工件端面之間所需要的最小距離，應盡量減少接桿的長度。因為6-Φ5孔的鉆削面是同一面且主軸內徑是15mm,查參考文獻[9]表8-1 選取A型可調接桿 d=10mm，d1=Tr10×1.5mm, d2=6mm, L=62mm, l4=72～82mm。 g. 動力部件工作循環(huán)及行程的確定 切入長度一般為5-10mm， 取L1=8mm；因為該6-Φ5孔為盲孔，所以刀具沒有切出長度，所以切出長度L2=0mm。 加工時加工部位長度L(多軸加工時按最長孔計算)L=16mm，由公式（2-11）求出L工=24mm 為排屑要求必須鉆口套與工件之間保留一點的距離，根據麻花鉆直徑Φ5，由參考文獻[9]表3-4知導套口至工件尺寸l2=(1+1.5d)及綜合考慮裝卸工件的空間要求取l2=50mm，又根據鉆套用導套的長度確定鉆模架的厚度為12mm。 快退長度的確定:一般在固定式夾具鉆孔或擴孔的機床上動力頭快速退回的行程只要把所有的刀具都退回至導套內,不影響工件裝卸即可。 快退距離 L快退=l2+L工-L1=50+24-8=66mm 快進距離 L快進=l2-L1=50-8=42mm h. 滑臺及底座的選擇 已知工進vf=88mm/min, 單根主軸的切削力F單=430.879 N，則6根軸總的切削力F切削=6F單=6×430.879=2585.274N，又因為1TD25-IA型動力箱滑鞍長度L=500mm,由參考文獻[9]表5-1選擇1HY25-Ⅱ型滑臺及它的側底座選擇ICC251,其相應的數值查表5-3可得：臺面寬度250mm，臺面長度500mm，行程400mm， 最大進給力8000N，工進速度32～800mm/min，快速移動速度12m/min。 i. 多軸箱輪廓尺寸的設計 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，計算方法同確定右側鉆九孔的主軸箱輪廓的方法一致，取b1=100mm,工件在高度方向相距最遠的兩孔距離h=209mm。裝料高度取950mm，工件最低孔距定位基準面的距離為11mm， 因為滑臺與底座的型號都已經選擇，所以側底座的高度為已知值：650mm， 滑臺滑座總高：280mm；滑座與側底座的調整墊厚度一般取5mm，多軸箱底與滑臺滑座臺面間的間隙取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=264.2+2×100=464.2mm， H=h+h1+b1=209+115.5+100=424.5mm。 由此數據查參考文獻[15]表8.22選取多軸箱尺寸B×H=500mm×500mm,, 臺面寬度為320mm。 2.3.4 后側鏜Φ45H8孔至Φ43.5，倒孔角Φ46.6 a. 切削用量的選擇 由參考文獻[9]表6-15 查得用高速綱刀具粗鏜鑄鐵的切削用量：v=20～25m/min，f轉=0.25～0.8mm/r,則選取v=20mm/min, f轉=0.4mm/min, 由此由公式(2-1)求出鏜刀的轉速：n=146.35 r/min，圓整為n=150r/min,則實際切削速度vc由公式(2-2)求得vc=20.5m/min，工進速度vf=nf=150×0.4=60mm/min b. 切削力，切削轉矩，切削功率及刀具耐用度的計算 刀具的切削力、切削轉矩、切削功率及刀具耐用度分別由以下公式求出 Fz=51.4apf0.75HB0.55 (2-14) Fx=0.51ap1.2f0.65HB1.1 (2-15) T=25.7Dapf0.75HB0.55 (2-16) (2-17) Fz =51.4×1×0.40.75×2140.55=494.58 N Fx=0.51×11.2×0.40.65×2141.1=102.89 N T=25.7×43.5×0.40.75×2140.55=10757 N·mm kw c. 確定主軸類型、尺寸、外伸長度 滾錐軸承主軸：前后支承均為圓錐滾子軸承。這種軸承可承受較大的徑向和軸向力，且結構簡單、裝配調整方便，廣泛用于擴、鏜、鉸孔和攻螺紋等加工。因此選用滾錐軸承主軸。 由公式(2-9)求出滿足條件的最小直徑mm 再由參考文獻[9]表3-6查取d=25mm,D/d1=40/28mm，主軸的外伸尺寸為75mm d. 確定鏜桿直徑 由鏜孔直徑為Φ43.5mm，參考參考文獻[5]表2.5-4選取鏜桿的直徑為Φ35mm,鏜刀方截面直徑為10×10 e. 浮動卡頭的選擇 根據軸外徑Φ40mm，內徑Φ28mm，由參考文獻[9]圖8-2選擇浮動卡頭D×p=Tr28×3，根據鏜孔形式為單導向懸臂孔，采用較為普遍的內滾式單導向懸臂鏜孔，根據卡頭內徑尺寸d=Φ22mm及鏜孔直徑為Φ43.5mm，及倒角直徑Φ46.6mm確定滑套的徑向尺寸d1=Φ53mm f. 導向裝置的選擇 由參考文獻[9]表3-4查得導套的總長度：l1=106～159mm，導套口至工件的距離20～50mm，取導套的長為150mm，選取導套口至工件的距離為50mm g. 工作循環(huán)及行程的確定 由于該動力箱只加工Φ45H8及倒角，故行程主要由鏜孔Φ45H8至Φ43.5決定工作進給長度，切入長度一般為5-10mm，取L1=8mm，L2=5-10mm,取L2=8mm,切出長度由參考文獻[9]表3-7查得，加工長度L根據零件圖可知Φ45H8孔深13mm，算出工作進給L工=8+13+8=29 mm 快退長度的確定：一般選固定式夾具或鉆孔或擴孔機床上，動力頭快速退回行程只要將所有的刀具都退回至導套內，不影響工件裝卸即可，故快退尺寸由以下尺寸鏈可知 圖2-1 快進、快退尺寸鏈圖 l快退=50+13+8=71mm, l快進=50-8=42mm h. 動力部件的選擇 由上文算出鏜削Φ43.5mm孔的輸出功率P切削=0.166kw,設多軸箱的傳遞效率η=0.85，則動力頭輸入多軸箱的功率P多=kw 根據多軸箱功率P多=0.195kw，由參考文獻[9]表5-38，選用1TD25-IA型動力箱驅動（n馬達=520r/min,電機選Y100L-6型，功率為1.5kw） 已知工進Vf=60mm/min,進給力Fz=494.58N,又因1TD25-IA型動力箱的滑鞍長L=320mm, ，由參考文獻[9]表5-1選擇1HY25型滑臺及配套后底座1CC251。 i. 多軸箱輪廓尺寸的設計 多軸箱的寬度和高度的確定方法同右側鉆九個孔的確定方法，由于后側鏜只有一個孔所以b=0mm，h=0，推薦b1≥70～100mm，取b1=100。 臥式組和機床上的多軸箱最低主軸高度h1等于工件最低孔距工件定位基準面的尺寸與機床裝料高度之和與側底座高度、滑座與側底座間的調整墊厚度（一般取5mm）、滑臺滑座總高、多軸箱底與滑臺滑座臺面間的間隙（取0.5mm）之和的差值。分析零件圖知工件最低距定位基準面的距離為68mm，選取裝料高度為950mm，因為滑臺與底座的型號都已經選擇，所以側底座的高度為已知值：560mm， 滑臺滑座總高：280mm；滑座與側底座的調整墊厚度一般取5mm，多軸箱底與滑臺滑座臺面間的間隙取0.5mm。 故h1=68+950-(0.5+5+280+560)=202.5mm 所以 B=b+2b1=0+2×100=200mm H=h+h1+b1=0+202.5+100=302.5mm 由此數據查參考文獻[15]表8.22選取多軸箱尺寸B×H=400mm×320mm,, 臺面寬度為320mm。 2.4 機床生產率計算卡 生產率計算卡是用以反映機床的加工過程、完成每一個動作所需的時間、切削用量、機床生產率及機床負荷率等，計算公式參照參考文獻[9]P51-P52。 a. 理想生產率 理想生產率(單位為件/h)是指完成年生產綱領A(包括備品及廢品率在內)所要求的機床生產率。它與全年工時總數有關，一般情況下，單班制取2350h，兩班制取4700h。則 （2-18） 由公式（2-3）得： b. 實際生產率 實際生產率是指所設計的機床每小時實際可生產的零件數量。即公式 （2-19） 式中，—生產一個零件所需時間（min）。 （2-20） 式中 、——分別為刀具第Ⅰ，第Ⅱ工作進給長度，單位為mm； 、——分別為刀具第Ⅰ，第Ⅱ工作進給速度，單位為mm/min； ——當加工沉孔、止口、锪窩、光整表面時，滑臺在死擋鐵上的停留時間，通常指刀具在加工終了時無進給狀態(tài)下旋轉5～10轉所需的時間，單位為min ——分別為動力部件快進、快退行程長度，單位為mm； ——動力部件快速行程速度。用機械動力部件時取5～6m/min；用液壓動力部件時取3～10m/min； ——直線移動或回轉工作臺進行一次工位轉換時間，一般取0.1min； ——工件裝、卸時間，它取決于裝卸自動化程度、工件重量大小裝卸是否方便及工人的熟練程度等。通常取0.5～1.5min。 所以： 則 c. 機床負荷率 機床負荷率為理性鄉(xiāng)生產率與實際生產率之比。由參考文獻[9]公式 （2-21） 則 3 組合機床多軸箱設計（右主軸箱） 多軸箱是組合機床的重要專用部件。它是根據加工示意圖所確定的工件加工孔的數量和位置、切削用量和主軸類型設計的傳遞個主軸運動的動力部件。其動力來自通用的動力箱，與動力箱一起安裝于進給滑臺，可完成鉆、擴、較、鏜等加工工序。 多軸箱一般具有多根主軸同時對一列孔系進行加工。但也有單軸的，用于鏜孔居多，此次本設計的后側鏜就是屬于此類型。 目前多軸箱設計有一般設計法和電子計算機輔助設計法兩種。計算機設計多軸箱，由人工輸入原始數據，按事先編制好的程序，通過人機交互方式，可迅速、準確地設計傳動系統(tǒng)，繪制多軸箱總圖、零件圖和箱體補充加工圖，打印出軸孔坐標及組件明細表。一般設計法的順序是：繪制多軸箱設計原始依據圖；確定主軸結構、軸頸及模數；擬訂傳動系統(tǒng)；計算主軸、傳動軸，繪制坐標檢查圖；繪制多軸箱總圖，零件圖及編制組件明細表。在此用一般設計方法設計多軸箱。 3.1繪制右主軸箱設計原始依據圖 主軸箱的設計原始依據圖是根據“三圖一卡”整理編繪出來的，其內容包括主軸箱設計的原始要求和已知條件。 在編制此圖時從“三圖一卡”中已知： a. 主軸箱輪廓尺寸630×500； b. 工件輪廓尺寸及各孔的位置尺寸； c. 工件和主軸箱相對位置尺寸。 根據以上依據編制出的主軸箱設計原始依據圖如下圖所示： 圖3-1組合機床設計原始依據圖 注：1.被加工零件編號及名稱：ZH1105W柴油機齒輪室蓋。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 主軸外伸尺寸（mm） 切削用量 備注 D/d L 工序內容 n(r/min) v(m/min) f(mm/r) 1-9 32/20 115 鉆￠9 470 13.28 0.13 3.動力部件1TD32I，1HY32IA，N主=2.2KW,n=1430T/min。 3.2 主軸、齒輪的確定及動力計算 3.2.1 主軸型式和直徑、齒輪模數的確定 主軸結構型式和直徑主要取決于工藝方法、刀具主軸聯接結構、刀具的進給抗力和切削轉矩。如鉆孔是常采用滾珠軸承主軸；擴、鏜、鉸孔等工序常采用滾錐軸承主軸；主軸間距較小時常選用滾針軸承主軸。因本主軸箱的主軸都是用來鉆孔，所以采用滾珠軸承主軸。 主軸直徑在繪制“三圖一卡”時都已經確定好了。（d=20mm） 齒輪模數m一般采用類比法確定，多軸箱中齒輪常用的模數有2、2.5、3、3.5、4等幾種。根據經驗采用類比法從通用系列中選取各齒輪模數。為便于生產同一多軸箱中的模數規(guī)格最好不要多于兩種。 3.2.2 主軸箱的動力計算 因所有主軸均用于鉆孔，所以均選用滾珠軸承主軸，主軸箱所需動力見機床的總體設計，此處不在贅述。 3.3主軸箱傳動系統(tǒng)的設計與計算 3.3.1 驅動軸、主軸的坐標計算 根據主軸箱設計原始依據圖3-1，計算驅動軸、主軸的坐標尺寸，如表2-2所示： 表3-2 驅動軸、主軸坐標值 坐標 銷O1 驅動軸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 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 擬訂主軸箱傳動路線 在設計傳動系統(tǒng)時,要盡可能用較少的傳動件，使數量較多的主軸獲得預定的轉速和轉向，因此在設計時單一的計算或作圖的方法是難以達到要求的，現在一般采用“計算、作圖和試湊” 相結合的辦法來設計。 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。 根據需加工孔的位置情況設計主軸箱的傳動路線敘述如下： 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中心傳動軸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中心傳動軸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中心傳動軸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）處設中心傳動軸13；油泵軸由傳動軸13帶動；將中間傳動軸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中心傳動軸14；將中間傳動軸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中心傳動軸15；將中間傳動軸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中心傳動軸16（按理論上講軸16設在軸14和16的中心連線的垂直平分線上，但考慮到傳動比和變位齒輪的問題，因此軸16的位置有所調整）。 為直觀起見將傳動路線用樹形圖表達出，如下圖所示： 圖3-2 九孔鉆削多軸箱傳動樹形圖 3.3.3 確定傳動軸位置和齒輪齒數 本主軸箱內傳動系統(tǒng)的設計是按“計算、作圖和試湊”的一般方法來確定齒輪齒數、中間傳動軸的位置和轉速，在設計過程中通過反復試湊及畫圖，才最后確定了齒輪的齒數和中間軸的位置。為滿足齒輪的嚙合關系，有些齒輪采用了變位齒輪來保證中心距的要求。 a. 求各主軸及驅動軸轉速求驅動軸到各主軸之間的傳動比 主 軸: n1-9=470r/min 驅動軸: nO=715r/min 因各主軸的轉速相同所以各主軸的總傳動比相同:iO-1,2…9= b. 傳動軸位置、各軸之間的傳動比、及嚙合齒輪齒數的確定 1.確定傳動軸10的位置及其與主軸1，2間的齒輪副齒數 傳動軸10設在軸1、2中心；連線的垂直平分線上，取傳動軸10與主軸1之間的傳動比i10-1=0.7；主軸1上的齒輪齒數z1=29；(設在第Ⅰ排)，齒輪模數m=2。 由i10-1=求出z10=41.42 取z10=41(設在第Ⅰ排),實際傳動比i10-1=0.707； 則兩軸的中心距 A10-1=mm 傳動軸的轉速 n10=n1i10-1=4700.707=332.29r/min 因軸設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(設在第Ⅰ排)。i10-2= i10-1=0.707 2.確定傳動軸11的位置及其與主軸3，4間的齒輪副齒數 傳動軸11設在軸3、4中心連線的垂直平分線上，取傳動軸11與主軸3之間的傳動比i11-3=0.75；主軸3上的齒輪齒數z3=30；(設在第Ⅰ排)，齒輪模數m=2。 由i11-3=求出z11=40 (設在第Ⅰ排) 則兩軸的中心距A11-3=mm 因軸設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(設在第Ⅰ排)。i11-4= i11-3=0.75 3.確定傳動軸12的位置及其與主軸5，6間的齒輪副齒數 傳動軸12設在軸5、6中心連線的垂直平分線上，取傳動軸12與主軸5之間的傳動比i12-5=0.75；主軸5上的齒輪齒數z5=30；(設在第Ⅰ排)，齒輪模數m=2。 由i12-5=求出z12=40 (設在第Ⅰ排),實際傳動比i12-5=0.75； 則兩軸的中心距A12-5=mm 因軸設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(設在第Ⅰ排)。i12-6= i12-5=0.75 4.確定傳動軸13的位置及其與主軸7，8，9間的齒輪副齒數 傳動軸13的位置設在主軸7、8、9同心圓圓心上，可通過作圖初定。 若取m=2，z7=41(設在第Ⅳ排)，測量出A13-7=91mm 由A13-7=mm求得=50(設在第Ⅳ排)， 則傳動軸13與主軸7之間的傳動比：i13-7= 傳動軸13的轉速：n13=n7i13-7=4700.82=385.4r/min 因主軸8，9和主軸7的轉速相同，所以i13-8= i13-9= i13-7=0.82，z8= z9 =z7=41(設在第Ⅳ排)。 5.確定中間傳動軸14的位置及其與中間傳動軸11，12間的齒輪副齒數 傳動軸14設在軸11、12中心連線的垂直平分線上，取傳動軸14與主軸11之間的傳動比i14-11=1.25；齒輪模數m=2； 設計主軸箱主要考慮齒輪排布是否干涉問題，在此考慮的基礎上，設計時將傳動軸11與傳動軸14相嚙合的一對齒輪排布在第一排，又因為上文已經將傳動軸11與主軸4相嚙合的一對齒輪排布在第一排，所以傳動軸11與傳動軸14相嚙合的軸11上的齒輪齒數z11=40；(設在第Ⅰ排) 由i14-11=求出z14=32 (設在第Ⅰ排),實際傳動比i14-11=1.25； 則兩軸的中心距A14-11=mm 因軸設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(設在第Ⅰ排)。i14-12= i14-11=1.25 6.確定中間傳動軸15的位置及其與中間傳動軸10，13間的齒輪副齒數 傳動軸15設在軸10、13中心連線的垂直平分線上，取傳動軸15與主軸13之間的傳動比i15-13=1.67；齒輪模數m=2；傳動軸13上的齒輪的齒數z13=50 由i15-13=求出z15=29.94,選取z15=30(設在第Ⅰ排),實際傳動比i15-13=1.67； 則兩軸的中心距: A15-13=mm 傳動軸15的轉速: n15=n13i15-13=385.41.67=643.618r/min 因軸設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 ,又因為傳動軸10，15的轉速n10,n15由上文算出,因此可得到傳動軸15與10之間的傳動比：i15-10= 由公式A15-10=和i15-10=聯合計算出z10=53 z15=27 (設在第Ⅱ排) 實際傳動比i15-10===1.96 7.確定合攏軸16的位置及其與中間傳動軸14，15間的齒輪副齒數 合攏軸16按原則上講其應在傳動軸14，15的中心連線的垂直平分線上，但考慮到齒輪傳動的傳動比和齒輪排布的排數，合攏軸16的位置不在傳動軸14，15的中心連線的垂直平分線上。 取驅動軸O與合攏軸的傳動比：iO-16=1.5,則由總傳動比i總=1.52求得i16-14=1.08，i16-15=0.74，選取驅動軸上的齒輪齒數zO=24,模數m=3 則軸16上的齒輪齒數z16，軸16的轉速n16及中心距AO-16分別計算得到： z16=zOiO-16=241.5=36 n16=r/min AO-16=mm 求軸14與16相嚙合齒輪的齒數及中心距： 取模數m=2，設計時將軸14與16相嚙合齒輪排布在第一排，因為軸14上的第一排已有齒輪，因此軸14與16相嚙合齒輪的14軸的齒數為以知的，即z14=32,z16=,選取z16=30，實際傳動比i16-14=1.07 中心距A16-14=mm 因為傳動軸16與驅動軸O，中間傳動軸14之間的距離已經確定，因此可通過作圖確定傳動軸16的位置。 求軸15與16相嚙合齒輪的齒數： 因為軸15與16之間的傳動比已經確定，又因為軸16的位置確定，所以軸16與軸15之間的距離也可確定，由傳動樹形圖測量出軸15與16的中心距：A16-15=72 由公式:i16-15=和A16-15= 聯合求得:z15=31,z16=41(設在第Ⅲ排) 8.確定油泵軸17的位置及其與中間傳動軸13間的齒輪副齒數 油泵軸由傳動軸13帶動，將其安放在與傳動軸同一水平線上，取油泵軸與傳動軸13相嚙合的一對齒輪傳動比：i13-17=0.7,因為z13=50,由i13-17=計算出z17=35(設在第Ⅰ排),由A13-17=計算出中心距A13-17=85mm c. 驗算各主軸轉速 n1=n2=r/min n3=n4=n5=n6=r/min n7=n8=n9=r/min 轉速相對損失在5%之內,符合設計要求。 d. 葉片泵的設置 由于葉片泵使用可靠，所以該主軸箱決定采用葉片泵進行潤滑。油泵打出的油經分油器分向各個需潤滑的部位，主軸箱體前后壁之間的齒輪用油盤潤滑，箱體和后蓋以及前蓋的齒輪用油管潤滑。該葉片潤滑泵安裝在箱體的前表壁上，采用油泵傳動軸帶動葉片轉動的傳動方式，計算出： n泵=r/min , n泵z在400-800r/min范圍內，滿足要求。 3.4 多軸箱坐標計算、繪制坐標檢查圖 坐標計算就是根據以知的驅動軸和主軸的位置及傳動關系，精確計算各中間傳動軸的坐標。其目的是為多軸箱箱體零件補充加工圖提供孔的坐標尺寸，并用于繪制坐標檢查圖來檢查齒輪排列、結構布置是否正確合理。 3.4.1 選擇加工基準坐標系XOY,計算主軸、驅動軸坐標 加工基準坐標系在前文已經選擇好了（請見圖3-1），驅動軸及主軸的坐標在3.3.1這一節(jié)也計算好了（請見表3-2） 3.4.2 計算傳動軸的坐標 圖3-3坐標計算圖 o j i a. 傳動軸12的坐標計算： 為便于計算，選取小坐標系ioj(圖3-3)已知軸5和6的坐標：5（95，207.5），6（209，253），計算出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， 所以還原到坐標系XOY中軸12的橫坐標為:95+69.534=164.534。 cosa= 算出K=36.104 m=(A-A1)tana=44.476tana=17.945, A2=m+k=54.063 所以還原到坐標系XOY中軸12的縱坐標為：253.5-54.063=199.437，即軸12坐標 (164.534,199.437) b. 傳動軸11的坐標計算： 已知軸3和4的坐標：3（223，82.5），4（95，82.5） 因為軸11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，所以傳動軸11的橫坐標為：95+0.5（223-95）=159，利用勾股定理求出軸11相對于主軸3和4中心連線的距離A=,所以傳動軸11的縱坐標為：82.5+28.355=110.854，即軸11的坐標（159，110.855） c. 傳動軸14的坐標計算： 為便于計算，選取小坐標系ioj(圖3-4),已知軸12和11的坐標：軸12（164.534，199.437），軸11（159，110.855）計算出 o i L=A11-12= j A=88.582 I=56.698 J=43.377 由cosa= 計算出X=56.808 tana= 計算出Y=3.542 cosa= 計算出A1=47.825 則軸14的縱坐標為：199.437-47.825=151.611 圖3-4坐標計算圖 由sina= 計算出m=2.546 A2=m+x=2.546+56.808=59.354 則傳動軸14的橫坐標為：59.354+159=218.354 即軸14的坐標（218.354，151.611） d. 傳動軸13的坐標計算： 圖3-5坐標計算圖 已知主軸7和8的坐標：7（315，357.5），8（435，357.5）,測量R=91,計算出L=120,則I=60,因R=91是通過手工測量出的值,不夠準確,通過計算機作圖并測量出R=91.33,J=69，則軸13的橫坐標為：315+60=375，縱坐標為：357.5-69=289.083 即軸13的坐標（375，288.5） e. 傳動軸10的坐標計算： 為便于計算，選取小坐標系ioj(圖3-6)，已知主軸1和2的坐標:1(435,125.5),2(343,82.5), R=70,計算出L=101.553， 圖3-6坐標計算圖 o i j A=92，I=50.776，J=48.185 由cosa= 求出 a=25o tana= 計算出K=22.521 cosa= 計算出A1=66.403 所以還原到坐標系XOY中傳動軸的橫坐標為：435-66.407=368.597 m= 計算出m=53.188, tana= 計算出B=11.964 所以還原到坐標系XOY中傳動軸10的縱坐標為：82.5+11.964+53.188=147.652 i o R j 即軸10的坐標（368.597，147.652） f. 動軸15的坐標計算： 為便于計算，選取小坐標系ioj(圖3-7),已知軸10和13的坐標：10（368.597，147.652），13（375，289.083），R=80,計算出： L=140.994，A=140.848，I=70.497，J=37.818 由cosa= 計算出m=37.857， sina= 計算出k=1.719，cosa= 計算出A1=68.707 圖3-7坐標計算圖 所以還原到坐標系XOY中傳動軸15的縱坐標為：288.5-68.707=219.793 由tana= 計算出B=3.123, 所以還原到坐標系XOY中傳動軸15的橫坐標為：375-37.857+3.123=334.020 即軸15的坐標（334.020，219.793） g. 傳動軸16的坐標計算： 已知傳動軸14和驅動軸O坐標：14（218.354，151.611），O（265，95），傳動軸16與軸14，驅動軸O之間的中心距：A16-14=62,A16-O=90 設傳動軸16的坐標為（X,Y） 所以軸16的坐標為（270.7111，184.819） h. 油泵軸17的坐標計算： 油泵軸與傳動軸13在同一水平線內，所以其兩的縱坐標相同，其兩在橫坐標方向相距85mm,所以油泵軸17的坐標為(360,288.5) 綜上所述,則得到中間傳動軸與油泵軸的坐標如下表所示： 表3-3 中間傳動軸與油泵軸的坐標 坐標 傳動軸10 傳動軸11 傳動軸12 傳動軸13 傳動軸14 傳動軸15 傳動軸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 驗算中心距誤差 經驗算只有軸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 繪制坐標檢查圖 在坐標計算完成后，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。 圖3-8九孔鉆削多軸箱坐標檢查圖 3.5 主軸箱中變位齒輪的計算 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z13=50,軸7、8、9上的齒輪齒數z7-9=41,模數m=2,理論中心距A理=91.44,實際中心距A實=91根據公式： (3-1) (3-2) 其中。則可求得變位后的壓力角，變位系數之和x16+x7-9=0.223。 b. 軸16與15相嚙合的一對齒輪需采用變位齒輪 軸16上的齒輪齒數z16=41,軸15上的齒輪齒數z15=31