【论文】4m16攻螺纹主轴箱设计

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1、 *大学成人高等学历教育毕业设计（论文） 第1章 绪 论1.1 课题来源、概述及发展方向 4XM16攻螺纹主轴箱设计这个课题是来源于生产实际中的。为了提高生产效率，并且能保证加工精度及加工质量，需要设计专门的机械加工设备对其阀体进行加工。组合机床是由已经系列化,标准化的通用部件为基础,配以少量专用部件组合而成的一种高效专用机床。它常用多刀、多面、多工位同时加工,是一种工序高度集中的加工方法,其生产率和自动化率程度高,加工精度稳定。组合机床设计设计是一次性设计，它根据被加工零件的加工特点、精度、和技术要求、定位夹紧情况以及生产率的要求等制定总体方案，再用预先设计制造好的通用部件和通用零件，加上少

2、量的专用部件和专用零件组成的。而通用零部件占整台机床总零件数的7090，这大大的缩短了设计制造周期，减少了制造中的问题，提高了机床工作的可靠性，降低了机床制造成本。就大多数组合机床来说,目前主要用来完成钻孔、扩孔、铰孔、攻丝、镗孔、铣削等工序。完成这些工序,在工厂常常要采用大量的立钻、镗床、万能铣床,占用很大的厂房面积和很多工人。采用组合机床,由于采用多轴多面加工,就能大大缩小占地面积,成倍和几十倍地提高劳动生产率。组合机床的发展方向为：（1）提高生产率。（2）扩大工艺范围。（3）提高加工精度。（4）提高自动化程度。（5）提高组合机床及自动线的可调性。（6）创造超小型组合机床。（7）发展专能组

3、合机床及自动线。1.2 课题目的和意义此课题的目的是让我们在以往学习的基础上综合机械设计、液压传动、电气控制,让机械设计和控制技术得到有机的结合,让专业所学（机电一体化知识）得到理论和实际的融合运用，并使我们能进一步掌握组合机床的相关知识。同时，通过CAD制图提高CAD在现代机械设计中的应用能力。另外，通过应用所学知识,深入学习组合机床的机械部分设计和传动技术、控制理论,从而发现并解决在学习中的一些问题,使我们进一步掌握机械设计及传动控制技术；在设计过程中通过找到各种组合机床中的共同点和不同点，从而简化组合机床设计过程，可以有效改变人工设计周期长、错误多的状况。1.3 零件图分析图1.1所示为

4、被加工零件图：图11 被加工零件简图1.3.1 根据加工内容对零件图作简单介绍根据加工简图可知耐磨型柱塞泵阀原理如下：阀体中间有一柱塞，液体从右端面进入，如果这时柱塞处于闭合状态，那么液体就流不过阀体，起到关闭作用，因此柱塞处要求密封性极高，粗糙度小（Ra=0.8），位置精度高（平行度为1.115，对称度为1.121）等。等到柱塞往上运动，阀门一开，液体就能通过阀体自由流动了。而左右两端面的各8个孔，主要用于连接时固定用，本工序要求加工有一定的同轴度，故必须要用靠模来保证其精度，具体方法在机床总体设计中会详细说明。1.3.2 阀体零件主要参数（1） 机床为卧式单面加工组合机床；（2） 材料为H

5、T200；（3） 阀体顶面4个螺纹孔（螺距2.5）中心距为150mm，均匀分布。（4） 端面同时攻4个M16X2.5的螺纹孔（预钻孔直径为13）；（5） 螺纹孔精度需达到H6H7，即螺纹中径6级精度，顶径7级精度； （6） 攻螺纹精度使用丝锥攻丝靠模来保证；（7） 攻螺纹时切削速度V=3.2m/min，主轴转速n=58.1 rpm，攻丝进给速度S=2.5mm/r。生产纲领：年产量达到10万件（按两班制计算），属于大批量生产，所以要设置专用设备进行加工，提高生产率。第2章 设计方案概述2.1 各种加工设备的性能比较组合机床的部件，绝大多数是通用部件，这些部件都是经过周密设计、精心制造和长期生产实

6、践考验的，是按标准所规定的名义尺寸、参数、互换尺寸等定型的。这样，用户可根据被加工零件的尺寸形状和技术要求，选购通用部件，组成不同形式的组和机床，以满足生产需要。组合机床与万能机床、专用机床相比，具有如下特点：（1）组合机床上的通用部件和标准件约占全机的7080%，因此设计和制造的周期短、投资少经济效果好。（2）由于组合机床采用多刀加工并且自动化程度较高，因而与万能机床相比，不仅生产效率高，而且劳动强度低。（3）组合机床的通用部件都是经过长期生产实践考验的，因此不但结构稳定、工作可靠，而且使用和维修都很方便。（4）在组合机床上加工零件时，由于采用专用夹具、刀具和导向装置等，因而加工质量稳定，对

7、操作工人的技术要求不高。（5）组合机床便于产品更新，当改变加工对象时，其通用部件和标准件可以重复利用，而不必另进行设计和制造。（6）用组合机床易于联成组合机床自动线，以适应大规模的生产需要。根据以上特点考虑，要提高阀体加工的生产效率，设计一台组合机床对阀体进行加工，是一种比较经济适用的办法。2.2 通用部件与标准件的选用组成组合机床常用的通用部件有：床身（侧底座）、底座（包括中间底座和立柱底座）、立柱、动力箱、主轴箱、动力滑台等等，对一些顺序加工的多工位组合机床，还具有移动的或回转的工作台。动力箱、各种工艺切削头和动力滑台是组合机床完成切削运动或进给运动的动力部件。而只能完成进给运动的部件称为

8、动力滑台。固定在动力箱上的主轴箱用来布置工作主轴、并把动力箱驱动轴的旋转运动传递给各个刀具主轴，由于主轴的位置必须根据具体加工零件确定，因此主轴箱不能做成完全通用的，但其组成零件（如主轴、中间轴和齿轮等）很多是通用的。床身、立柱、中间底座等是组合机床的支承部件，起着基础骨架作用。组合机床的刚度及其精度的保持性是由这些部件保证的。移动的和回转的工作台是多工位组合机床中的主要部件之一，它们起着转换工位和输送工件的作用，因此它们的定位精度直接影响机床的加工精度。除了上述主要部件之外，组合机床还具有各种控制部件，它们主要起着指挥作用，保证机床按照既定的程序进行工作。概括而言，通用部件按其功用，可分为以

9、下几类：1） 动力部件：用于传递动力，实现主运动或进给运动的部件，包括动力箱、各种单轴头和动力滑台。2）支承部件：它是组合机床的基础件，包括侧底座、立柱、立柱底座和中间底座等。3）输送部件：用于多工位组合机床上完成工件在工位间的输送，其定位精度直接影响多工位机床的加工精度。它包括回转工作台、移动工作台和回转鼓轮等。4）控制部件：用于控制组合机床按预定程序进行工作循环。它包括可编程序控制器、液压传动装置、分级进给机构等。 5）辅助部件：它主要包括冷却、润滑、排屑等辅助装置，以及实现自动夹紧的液压或气动装置等。2.3 确定要设计的主要内容（1）主轴箱设计：攻丝动力头多轴箱展开图、多轴箱传动系统图。

10、 （2）部件装配图设计：液压滑台设计、动力箱尺寸联系图。（3）关键零件图设计：齿轮、靠模杆、靠模螺母、靠模支承套筒。（4）液压回路设计：攻丝调速回路（攻螺纹液压系统原理图）。第3章 机床的总体结构设计3.1 制定工艺方案 这是设计组合机床最重要的一步。工艺方案的制定的正确与否，决定机床能否达到“体积小、重量轻、结构简单、使用方便，质量好“的要求。3.1.1组合机床工艺范围在组合机床上可以完成的工序很多，但就目前使用的大多数组合机床来说，则主要用于箱体类零件的平面加工和孔加工。前者包括铣平面、车平面和锪平面等，后者包括钻钻、扩、铰、镗孔以及孔口倒角、攻螺纹、锪沉头孔和滚压孔等。随着组合机床技术的

11、不断发展，其工艺范围也在不断扩大，例如车外圆、磨屑、抛光、冲压等工序也可在组合机床上完成。此外，组合机床还可以完成焊接、热处理、自动测量和自动装配、清洗和零件分类等非切削工作。本组合机床加工范围为对阀体零件顶面4-M16X2.5的螺纹孔进行攻丝。采用丝锥进行螺纹加工。由于顶面有四个M16X2.5螺纹孔，故采用主轴箱分配动力，使得四根丝锥具有同样的转速和旋向，对零件顶面螺纹孔一次性全部加工完毕。加工过程中采用攻丝靠模装置保证螺纹孔精度达到H6H7，即螺纹中径精度为6级，顶径为7级精度。3.1.2 工艺方案为了使工艺方案制定的合理先进，必须从认真分析零件图纸开始，深入现场全面调查了解相关数据。根据

12、所需加工零件图所示，该零件为铸铁铸造，结构如图11所示。其加工工艺为：（1） 车两个需要进行通孔加工的面及其外圆至图示尺寸，倒角。（2） 用一台组合机床同时加工两个端面每面8个通孔，尺寸精度大约IT 11。（3） 装夹两个加工好的面车4个螺纹孔所在顶面和外圆至图示尺寸，钻中间孔。（4） 对中间孔进行粗镗，半精镗，刮孔底面，精镗，倒角。（5） 对顶面需要加工螺纹孔的位置先钻13mm的通孔。（6） 用组合机床对4个16的螺纹孔用丝锥同时进行攻丝加工。3.1.3工艺分析本次设计的组合机床主要完成阀体顶面4个M16X2.5的螺纹孔的加工，由于此4个孔中心距相同，但是他们的距离较小，如果从一根轴上同时传

13、出，可能会出现两两主轴相互干涉的现象，所以在排布主轴齿轮的时候，就必须将其两两错开90度。攻丝刀具一般使用标准丝锥加工，攻丝位置精度需要较高，一般控制在0.05mm之内。加工出的螺纹孔精度需达到H6H7，即螺纹中径精度为6级，顶径为7级精度。3.2 确定机床配置型式和结构方案根据选定的工艺方案，确定机床配置型式，并定出影响机床总体布局和性能的主要部件的结构方案。既要考虑能实现工艺方案，以保证零件加工精度、技术要求及生产效率；又要考虑机床操作可靠方便、易于维修、冷却、排屑情况良好。3.2.1 组合机床配置型式的分类大型组合机床的配置型式可分为两大类：具有固定式夹具的（单工位）组合机床和具有移动式

14、夹具的（多工位）组合机床。（1） 具有固定式夹具的（单工位）组合机床这类组合机床的特点是：夹具和工作台都是固定不动的。动力滑台实现进给运动，滑台上的动力箱（须配多轴箱）实现切削运动。根据动力箱和主轴箱的安置方式不同，这类机床的配置型式有以下几种：a)卧式组合机床；b)立式组合机床；c)倾斜式组合机床；d）复合式组合机床（2） 具有移动式夹具的（多工位）组合机床这类组合机床的特点是：夹具和工件安装在直线移动的工作台或回转运动的工作台上，并按照一定的节拍时间做间歇的移动或转动，使工位得到转换。这类机床的配置型式，常见的有以下几种：a)具有移动工作台的组合机床；b)具有回转工作台的组合机床；c)鼓轮

15、式组合机床；d）中央立柱式组合机床3.2.2 确定机床配置型式图31 配置型式示意简图根据以上选定的工艺方案和前述组合机床配置型式的特点，再考虑到加工因素、工件大小，形状和加工部位、生产率、机床使用条件的影响，我采用具有固定式夹具(单工位)的卧式组合机床作为阀体端面攻螺纹组合机床的配置形式。如图3.1所示：3.2.3 确定机床大致结构其组合机床大致结构由图32所示（下图只表示相关的加工零件方式及组合机床各部件大致的位置关系，不代表正式的图纸，仅供参考和叙述需要. 图32 组合机床大致结构3.3 总体设计所谓总体设计就是针对具体被加工零件，在选定工艺和结构方案的基础上，进行方案图纸的设计。这些图

16、纸包括：被加工零件工序图，加工示意图，机床联系尺寸图和生产率计算卡，统称“三图一卡”设计。对于有些比较复杂的机床，尚须画出夹具方案草图，才能确定机床各部件间的相互关系3.3.1 被加工零件工序图被加工零件工序图是表明了被加工零件的形状、尺寸，技术要求以及需在所设计机床上完成的工艺内容、加工用定位基准和夹紧部位的图纸。它是设计和验收机床的重要依据之一，也是制造和使用时调整机床的重要技术文件。如图33所示：图33 被加工零件工序图（1） 被加工零件名称：60耐磨型柱塞汞阀；材料HT200；硬度200240HBS。（2） 图中尺寸有“”符号者，由本机床保证，其余尺寸在本机床加工前由使用单位保证。（3

17、） 图中符号“”为夹紧，“”为定位基准。3.3.2 加工示意图加工示意图是根据被加工零件工序图和生产率要求等绘制的机床工艺方案图。它是设计刀具、夹具、多轴箱、电气和液压系统以及选择动力部件的主要依据；是机床总体布局的原始要求；也是调整机床和刀具所必需的重要技术文件。4根主轴加工示意图相同，故只画其中一根的加工示意图即可（如图34所示）。图34 加工示意图注：被加工零件：耐磨型柱塞汞阀体；材料为HT200；硬度为200240HBS。该图反映出本机床加工时刀具用导向靠模，各主轴上的刀具对工件进行的攻丝工序；主轴箱、刀具、夹具和工件之间的相对位置尺寸及其联系配合尺寸。例如，工件端面至多轴箱端面间的距

18、离，刀具刀尖至多轴箱端面之间的距离等；刀具、导向和刀具接杆的结构形式及其与主轴的连接方式；机床的切削用量、工作循环过程及其工作行程； 机床的使用条件等。 3.3.3 机床尺寸联系图机床尺寸联系图表示机床各部件间相互尺寸联系和运动关系。它是进行专用部件设计，确定机床占地面积的技术文件，可用来确定、检验专用部件的尺寸轮廓尺寸和机床的主要联系尺寸，以及检查所选择的通用部件是否合适等。尺寸联系图见如图3.5所示：图35 机床尺寸联系图装料高度一般指工件安装基面至地面的距离。组合机床标准中推荐装料高度为1060mm，但根据所设计的具体请夸奖能够也可在8501060mm范围内选取。本机床选取H安装=950

19、mm。夹具底座的高度，视夹具的结构尺寸和装料高度而定，为了便于布置定位元件以及使其具有足够的刚度等，一般取300mm左右，本机床中取夹具底座高度为364mm。夹具厚度一般取150200mm，但为了补偿铸件的误差以及考虑到它在中间底座上的固定等问题，长度尺寸要适当加常，本机床取其厚度为240mm。中间底座长度L=2X（223/2+568+60+180+187）-（223+568+60+180+187）=995mm。取1000mm。确定中间底座长度L后，还需要检查夹具底座与中间底座外缘见的距离a，使用冷却液时a值一般取70100mm，本机床中由于结构条件限制取a=448mm，满足要求。为使加工铸铁

20、时冷却液有足够的沉淀时间，中间底座高度取为500mm，底座具有35倍冷却液泵的流量。 最低主轴至多轴箱距离h，要保证多轴箱内润滑油不至于从主轴衬套中泄露出去，一般推荐h85140mm，一般主轴外伸直径较小时，取小值，反之则取大值。本机床h=123mm。故满足要求。动力部件总行程等于向前备量、工作行程和向后备量之和。向后备量一般不得小于4050mm，取向后备量为40mm，向前备量为30mm。则动力部件总行程L=40+142+30=212mm。动力滑台长度根据需要选择为630mm，则动力滑台型号为HY40B/630-型。第4章 组合机床主轴箱设计4.1 组合机床主轴箱概述 主轴箱是组合机床的主要部

21、件之一，按专用要求进行设计，由通用零件组成。其主要作用是，根据被加工零件的加工要求，将动力和运动由电机和动力部件传给各工作主轴，使之得到要求的转速和转向。4.2 主轴箱的设计步骤和内容主轴箱是组合机床的重要部件之一，它关系到整台组合机床质量的好坏。具体设计时，除了要熟悉主轴箱设计本身的一些规律和要求外，还须依据“三图一卡”，仔细分析研究零件的加工部位，工艺要求，确定主轴箱与被加工零件、机床其他部分的相互关系。因此进行主轴箱设计的依据是“三图一卡”。4.2.1 绘制主轴箱设计原始依据图主轴箱原始依据图是根据“三图一卡”整理编绘出多轴箱设计的原始要求和已知条件。编制此图时，从“三图一卡”中已知：（

22、1）各孔位置关系尺寸。（2）工件对称放在主轴箱对面零件顶面孔中心线与主轴箱中心线重合。（3）最低主轴孔7高度为128mm。（4）箱体轮廓尺寸：宽X高为480X422和400X387。（5）主轴箱通过TD32A动力箱与HY40B型滑台连接。根据这些数据，可编绘出主轴箱设计原始依据图。见图41：注：（1） 被加工零件名称：主轴箱箱体；材料：HT200；硬度:200240 HBS。（2） 主轴外伸尺寸及切削用量如下表：轴号主轴外伸尺寸切 削 用 量备注D/dL工序内容n，rpmv,m/minf,mm/r4746/2665攻丝M16X2.558.13.22.5（3）动力部件TD32A，HY40B-，动

23、力箱电机功率2.2KW，转速470rpm。图41 多轴箱设计原始依据图4.2.2 主轴结构形式选择及动力计算（1） 主轴结构形式选择主轴直径已经在编制“三图一卡”时确定，这里只选择主轴的结构型式（主要是支承结构形式）。轴承型式是主轴部件结构的主要特征，主轴结构型式应根据工件的加工工艺，并考虑主轴的工作条件和受力情况等确定。本课题中机床在攻丝加工时由于主轴进退方向都要进行切削。此时，选用前后支承均为圆锥滚子轴承的主轴，采取反装方式，以便承受两个方向的轴向力。这种支承可承受较大的径向力和不大的轴向力，且结构简单，轴承个数少，装配调整比较方便。本课题中机床在攻丝加工时由于主轴进退方向都要进行切削。此

24、时，选用前后支承均为圆锥滚子轴承的主轴，采取反装方式，以便承受两个方向的轴向力。这种支承可承受较大的径向力和不大的轴向力，且结构简单，轴承个数少，装配调整比较方便。主轴结构型式的选择，除了轴承之外应考虑轴头结构。攻丝主轴因靠模杆在主轴孔内要作轴向移动，为了获得良好的导向性，一般采用双键结构，不用轴向定位。（2） 主轴直径和齿轮模数的初步确定 初选主轴直径一般在编制“三图一卡”时进行。初选模数主要采用类比法，目前大型组合机床通用主轴箱中常用的齿轮模数有2、2.5、3、3.5、4等几种，为了便于组织生产，在同一主轴箱中齿轮模数最好不多于两种。（3） 主轴箱的动力计算 传动系统确定前可以初步估算主轴

25、箱所需要的功率，即：N主=N切/=1.88/0.9=2.09KW。式中：N切为各主轴切削功率总和N切=0.47X4=1.88KW；为组合机床主轴箱传动效率，加工黑色金属时取=0.80.9，主轴轴数多，传动复杂时取小值，反之取大值，故取=0.9。由此得出动力箱满足主轴功率需要。4.2.3 传动系统的概述与要求主轴箱的传动系统设计，就是通过一定传动链把驱动轴传进来的动力和转速按要求分配到各主轴。传动系统的好坏，将直接影响到主轴箱的质量，通用化程度、设计和制造工作量的大小以及成本的高低。因此，应十分重视这一设计环节，对各种传动方案要充分讨论，分析比较，从中选出最佳方案。对多轴箱传动系统的一般要求为：

26、设计传动系统时应在保证主轴强度、刚度、转速和转向的前提下，力求使主要传动件(主轴、传动轴、齿轮等)的规格少，数量少，体积小；以达到整个主轴箱的体积小，重量轻，质量好和效率高的指标。因此，在设计传动系统时，要注意下面几点：（1） 在保证各主轴的强度、刚度以及所需转速和转向的前提下，力求使传动轴和齿轮的规格、数量为最少。因此要尽可能用一根传动轴同时带动多根主轴，并将齿轮不止在同一排上。（2） 尽量避免用主轴兼作传动轴，否则将增加主轴的负荷，影响加工质量。（3） 多轴箱内传动副的传动比一般要大于1/2，最佳传动比为11：1.5。拟定主轴箱传动系统的主要矛盾是，在既定的条件下，用较少的传动件，使数量较

27、多的主轴获得预定的转速和转向。因此，仅用计算或者作图的方法往往难以拟订出所要求的传动系统，故一般都采用“计算、作图和多次试凑”的方法来拟定。4.2.4 主轴分布类型及传动系统的设计组合机床上所加工的零件多种多样的，结构各有不同，但被加工零件上孔的分布，大体可以归纳成下述的几种类型:（a）同心圆分布 (b)直线分布 (c)任意分布。根据零件端面4螺纹孔均布情况分析，本次设计中主轴的位置分布采用同心圆分布方式。如图42所示。该传动方式使得主轴分布类型尽可能为圆形，用一根中间传动轴3就能带动四根主轴，充分满足了主轴箱传动系统的要求。考虑到降速比不易过大，所以使用两级齿轮传动减速，再由一根轴带动4根主

28、轴的转动。这样一共形成了4排齿轮传动，传动系统简图如图43所示：初定齿轮模数如下：第一排29/75，模数m=2 第二排24/64，模数m=2.5第三排23/27，模数m=3 第四排23/27，模数m=3图42 主轴位置按同心圆分布4.2.5 确定主轴箱基本设计参数（1）齿轮模数在主轴箱设计原始依据图中，已给出了各主轴的位置和转速，又通过上述主轴的位置分析，当按类比法或凭经验定出齿轮的模数后，便可按“计算、作图和多次试凑”的方法来确定齿轮的齿数，中间传动轴的位置和转速。主轴是同心圆分布，由一根传动轴带动4根主轴。为了避免主轴齿轮在传动中相互干涉，中间传动轴上齿轮数设定为2个，每个齿轮带动2根主轴

29、。为了保证齿轮的强度，齿轮齿槽底部与内孔键槽顶部之间应有一定厚度，因而所选齿轮的齿数不能太少，但为了减少齿轮的数量，相对两主轴的齿轮应设置在同一排上，而他们的中心距较小，所以齿轮的齿数又不可取的太多。经上述考虑，确定主轴4、5、6、7上的齿轮齿数为Z7=Z8=Z9=Z10=27（2）中间传动轴位置、直径和转速中间传动轴上的齿数不能够取的过多，否则会使降速传动比过大，且会致使主轴箱的结构尺寸增大。但是，中间传动轴3上的齿轮数也不能取的过少，这是因为它要带动四根主轴工作，承受的扭矩较大，轴径相应要大些，亦即齿轮的直径要大一些。经过上述分析，并通过“计算，作图和多次试凑”，最后得出动力箱传动的两级减

30、速轴上的齿轮齿数。轴1上齿轮Z1=29，则它的转速为动力箱TD32A，输出转速已知为470rpm。轴2上齿轮Z2=75，Z3=24，则它的转速为n2=n1XZ1/Z2=470X29/75=181.7rpm。轴3上齿轮Z4=64，Z5=Z6=23，则它的转速为n3=n2XZ3/Z4=181.7X24/64=68.1rpm。中间传动轴的齿轮齿数确定了，其位置也就定了。所需要的只是待传动系统拟定后，通过坐标计算来精确的确定它的位置。各中间传动轴直径根据其承受的扭矩进行查表选择。轴3后部分M3=2M主轴=3738.63X2=7477.26N.mm。故取D=40mm。轴3前部分因为用花键与后半部分连接，

31、所以为了强度要求选择直径D=50mm。轴2的M2=M3Xi=7477.26X24/64=2803.97N.mm。故取D=35mm。轴1为动力头伸出端，已选动力头为TD32A，所以D=30mm。4.2.6 验算主轴转速和齿轮模数验算主轴4、5、6、7的转速n4= n5 =n6=n7= n3X Z5/Z8=68.1X23/27=58.0rpm计算结果与要求的转速基本一致，符合要求。齿轮模数验算，一般只对主轴箱中承受载荷最大、最薄弱的齿轮进行接触强度和弯曲强度的验算，具体内容见后面的关键零件设计部分。根据传动比前密后疏的原则，所以前面传动比要大一点。多轴箱两级变速传动比为i= n3/n1=68.1/

32、470=1：6.9。多轴箱主轴传动比为i= n7/n3=58.0/68.1=1：1.17。多轴箱总传动比为i总=n7/n1=58.0/470=1：8.104.3 主轴箱的坐标计算当主轴箱传动系统设计完后，在齿轮分布置图上只知道主轴的坐标（因它取决于加工零件），而中间轴的坐标位置还不知道。坐标计算就是根据已知的驱动轴和主轴的位置以及传动关系，计算出中间轴轴线的坐标，以便在绘制主轴箱体零件加工图时，将各孔的坐标尺寸完整地标注出来，并用以绘制坐标检查图，作为对前一段设计工作的全面检查。4.3.1 主轴箱坐标系原点的确定为了计算主轴箱各轴的坐标，需要在主轴箱上选择一个坐标原点O，并建立大坐标系XOY。

33、当主轴箱安装在动力箱上时，一般选择主轴箱上的定位销孔为坐标原点（如图44所示）。图44 坐标原点的选定4.3.2 各轴的坐标计算坐标原点确定后，可根据被加工零件工序图或多轴箱设计原始依据图计算或标注出各主轴的坐标。主轴坐标的计算精确到小数点后第三位。本次设计中，各轴坐标通过CAD辅助设计工具得出。在AUTOCAD中1：1画出各轴分布位置，且确定出主轴箱坐标系原点之后，可以使用AUTOCAD软件直接测量所画出的各轴坐标位置。各轴具体坐标如图44中右边坐标表所示。使用该方法，省略了烦琐的计算步骤，并且计算精度也大大提高。4.4 主轴箱展开图设计组合机床多轴箱展开图与普通机床变速箱相比，其特点是：一

34、方面主轴多，齿轮啮合关系比较复杂；另一方面主轴箱中各主轴和传动轴及其上的零件大多通用化，且排列是有规则的。多轴箱设计经上述一系列工作后，最后根据相关要求绘制出了多轴箱总图及其零件图，多轴箱类零件均为通用铸件，需根据被加工零件的不同，在通用铸件的基础上进行补充加工，其中一些专用零件需绘成零件图。具体结构尺寸参见相关图纸。由于阀体孔中心距一致，从经济效益和合理性来看，应该做成可换动力头。由于主轴箱与动力头马达相连接，故加工时，要以与马达动力头配合的定位销空为基准进行加工，轴的坐标以此孔为原点。为了便于安装，在上盖外另外再开两个侧盖。主轴箱内轴2和轴3由于并不承受轴向力，所以均根据轴头直径选择相应的

35、深沟球轴承。连接主轴的中间传动轴由于可能受到切削时轴向力的影响，且转速较慢，扭矩较大，所以根据经验选择滚针轴承和止推轴承的组合装配方式。具体见主轴箱展开图（A0）第5章 组合机床关键零件的设计5.1 机床轴类零件设计本机床主轴为攻丝主轴，材料为40Cr钢，热处理：C42。其余中间传动轴材料为45钢，调质处理后表面硬度220250HBS。具体轴零件技术要求和结构见工程图纸主轴零件图。轴的直径已根据其所承受扭矩在前面查表确定，结构根据具体经验法参照手册进行设计，由于使用了类比法进行设计所以本文不再进行校核。主轴箱内轴2和轴3由于并不承受轴向力，所以均根据轴头直径选择相应的深沟球轴承。连接主轴的中间

36、传动轴由于可能受到切削时轴向力的影响，且转速较慢，扭矩较大，所以根据经验选择滚针轴承和止推轴承的组合装配方式。目前，在刚性主轴设计中，大多都采用滚动轴承，因为滚动轴承具有尺寸小、转速高、寿命长、装配简单，而且密封和润滑也较简单，还可以直接选用等优点。轴承的选择和配置是支承系统设计中关键的一环，在配置支承系统时应充分注意到主轴受力情况和各类轴承的特点。确保支承系统有足够的刚性。具体轴承型号见主轴箱展开图（A0）5.2 机床内齿轮零件设计主轴齿轮强度校核：因为n480，属于低转速，所以齿轮多为点蚀破坏，只需校核齿轮弯曲疲劳强度。由金属切削机床公式m=275X（K1K2K3KSN/（Z1Ymn）1/

37、3 (5.1)验算第三排主轴齿轮M=3，23/27齿轮组强度。设计项目设计依据及内容设计结果1.选择齿轮材料、热处理方法、精度等级考虑到本主轴箱的功率不大，故齿轮都选用45钢调质处理，每排传动中大、小齿面硬度分别为220HBS、260HBS，属于软齿面闭式传动，载荷平稳，齿轮速度不高，选择齿轮精度为877GB10095-88大、小齿轮均为45钢调质处理，齿面硬度分别为220HBS、260HBS齿轮精度为877GB10095-882.确定齿轮模数、齿数、齿宽已知m=3，大齿轮Z127，小齿轮Z223齿轮宽度由组合机床设计手册的齿轮宽度标准系列里选取32mm。m=3，Z127 Z223B32mm3

38、.小齿轮传递的转矩T1T=9.55X106XP/n=（1/4X9.55X106X2.2）/58.1=9.04X104Nmm。 T=9.04X104Nmm4.校核齿轮弯曲疲劳强度。（1）确定公式中各参数值1） 大小齿轮的弯曲疲劳强度极限。2）弯曲疲劳寿命系数KFN1、KFN23）许用弯曲应力F1、F24）齿形系数YFa1 、YFa2和应力修正系数YSa1 、YSa25）计算大小齿轮的YFa1YSa1/Fl YFa2YSa2/F2（2）校核计算F=2KTYFAYSA/dZ2mF查手册取大小齿轮的弯曲疲劳强度极限分别为：Flim1=220MPa，Flim2=240MPa.弯曲疲劳寿命系数分别取KFN

39、1=0.87，KFN2=0.90取弯曲疲劳安全系数SF=1.4，应力修正系数YST=2.0 F1=KFN1YSTFlim1/SF=220X0.87X2/1.4MPa=273.43MPa。F2=KFN2YSTFlim2/SF =240X0.90X2/1.4MPa=308.57MPa查表得齿形系数YFa1=2.62，YFa2=2.22，应力修正系数YSa1=1.59，YSa2=1.77。YFa1YSa1/Fl=2.62X1.59/273.43=0.0152，YFa2YSa2/F2=2.22X1.77/308.57=0.0127。比较取大值带入公式小齿轮数值大，按小齿轮效核齿根弯曲疲劳强度。因为N=

40、1/4X2.2X轴X齿=2.2X0.995X0.99=0.54KW。式中轴为轴承传动效率，齿为齿轮传动效率。v=(58.1XX3X23)/60/1000=0.21m/s6m/s。n=58.1rpm。 查表可得K1=1.1，K2=1.75，K3=1.16，Y=2.17，=200MPa。KS=K1XK2XK3=1.1X1.75X1.16=2.233。m=275X(1.1X1.75X1.16X2.233X0.54/(23X0.54X58.1X24X200)1/3=2.533F2=2KTYFAYSA/dZ2m3=2X2.233X9.04X104X2.62X2.22/（1.0X252X33）=75.15

41、F2Flim1=220MPa；Flim2=240MPa.KFN1=0.87KFN2=0.90SF=1.4YST=2.0F1 =273.43MPaF2 =308.57MPaYFa1=2.62，YFa2=2.22，YSa1=1.59，YSa2=1.77。小齿轮数值大，按小齿轮校核齿根弯曲疲劳强度。N=0.54KWv0.21m/s6m/sn=58.1rpmm=2.533模数符合要求F2F2所以齿轮强度足够对于其他组齿轮强度校核同样运用以上公式计算可得满足强度要求，无需再检验。各排齿轮参数见表5-1。表5-1排数第一排第二排第三排项目Z=29Z=75Z=24Z=64Z=23Z=27模数m=2m=2.5

42、m=3分度圆直径58150601606981齿顶圆直径62.5154.565.625160.62575.7587.75齿根圆直径5314553.75153.7562.573.5齿全高4.56.257.5中心距10411075精度等级877GB10095-88热处理调质处理5.3 主轴箱箱体零件设计主轴箱箱体为铸件，材料为HT200，需进行时效处理，其他结构尺寸技术要求参照组合机床设计手册。铸造时不得有疏松孔和砂眼。铸造时可以不铸造出箱体端盖孔，等铸造好后在由其他方式加工出来，以提高箱体整体强度。本机床主轴箱由两部分组成，前部分为动力头减速部分，为两级减速装置，调整动力头过高的转速，后部分为，主

43、轴传动部分，由中间轴分配动力到各主轴上。两部分可以分开，方便维修和调整，并且有了定的通用性。每个部分都配有箱体上盖，上有视窗，可以观察各零件运转情况和润滑情况，添加润滑油也从此处进行。箱体配有前盖以防止灰尘对传动系统的影响。具体设计见展开图。第6章 组合机床液压部分设计6.1 传动方式的选择液压传动区别于其他传动的主要特点是以液体（主要是矿物油）作为传递动力的介质。根据液体在工作过程中的特点，传动的形式可分为两大类：液力传动（动液传动）和容积式液压传动（或称静液传动）。液力传动是将机械能转换为液体的动能，并依靠流体的动能来实现能量的传递；容积式液压传动是将机械能转换为液体的压力能，并依靠压力能

44、来是能量的传递。当容积式液压传动装置的执行机构的容量确定后，其运动速度取决于液体容积变化的快慢（即流量的大小），执行机构的输出力取决于液体的压力。目前应用流体传动的机床几乎全部采用容积式液压传动。所以机床液压传动就是指容积式液压传动。液压传动与其他传动相比有如下优点：结构紧凑，体积小，重量轻，反应快，承载能力大；易实现无级调速，调速比大；运转平稳；易实现自动化，特别是采用电液联合传动时能实现交复杂的自动工作循环；具有自润滑能力，磨损小，寿命长；液压元件易通用化、标准化，便于大量生产。其缺点为：液压设备中的内、外泄露，使液压系统的效率下降；由于泄露和液体压缩性的影响，不宜直接用于定比传动；油温变

45、化会影响系统稳定工作；液压系统容易产生振动；故障原因不易查找（但排除故障容易）；元件制造精度要求高。由于液压传动具有一系列的优点，它在组合机床及其自动线中已经被广泛的应用。根据以上优点和经验，本次设计将液压传动定为阀体端面攻螺纹组合机床的传动方式。6.2 动力滑台系统设计6.2.1 动力滑台的选择动力滑台简称滑台。按驱动方式不同，它分为液压滑台和机械滑台两个系列。机械滑台与液压滑台结构的不同之处是用丝杠螺母机构代替液压缸，其它结构基本相同。液压滑台与机械滑台由于采用的传动装置不同，因而它们的某些工作性能有所差异。其差异如下：（1）进给稳定性。机械滑台可以比较容易得到较小的进给量，且一般也不会因

46、承受的载荷发生变化而引起进给量的变化，在电源电压比较稳定的情况下，可以认为机械滑台的进给量是恒定不变的。液压滑台的进给量则往往不够稳定，特别是当承受的载荷或温度发生变化时，其进给稳定性更差。（2）进给量的可调性。液压滑台的进给量可在允许的范围内进行无级调整，且调整方便；机械滑台的进给量则只能进行有级调整，且一般采用配换齿轮来调整，比较麻烦费时。（3）转换精度。液压滑台的转换位置误差一般为0.10.5 mm；机械滑台的转换位置误差一般为0.52mm。另外，机械滑台当电气转换开关失灵时，则会出现运动速度不能进行转换的现象，往往因此而损坏刀具或机床；而液压滑台只要死挡铁不失灵，一般不会出现进给速度不

47、能转换的现象。由上述分析可知，机械滑台与液压滑台各有特点。根据本次设计课题的具体情况分析，选用液压滑台作为动力滑台，以得到较高的转换位置精度，保证机床加工出的螺纹齿型的完整。本课题中动力滑台选择为HY40B/630型号。6.2.2 滑台的配套关系及其工作循环滑台需与其附属部件配套才能使用。液压滑台与其附属部件液压传动装置进行配套。液压传动装置的压力油，在电气系统的控制下，进入液压缸的前进腔或后退腔，使滑台体向前或向后运动。采用不同的液压传动装置，滑台可以实现不同的工作循环。阀体零件端面攻螺纹加工过程为：快进工进工退快退。工进和工退速度必须相同，以保证所加工螺纹齿型的完整。因此设计中使用节流阀调

48、速回路，该回路中只使用一个节流阀，工进和工退过程都通过该阀进行调速。这种方法使得速度相同的可靠性大大提高，保证了螺纹齿形的完整，从而提高了加工螺纹工艺的质量和可靠性。根据加工工序需要所设计攻螺纹液压系统原理图如图6.2所示。 电气控制设计依照完成预定动作顺序为标准进行设计。其工作原理如下：按下启动按钮后电磁铁2单独通电，工作台快进；当快进到油缸活塞杆碰到继电器1YJ触头后，继电器1YJ发出信号，电磁铁2和3同时通电，工作台工进；当工进到活塞杆将继电器2YJ触头压下后，继电器2YJ发出信号，电磁铁1和3同时通电，工作台工退.由于工进和工退过程经过的是同一个调速阀，所以能保证工进和工退速度相同；当

49、工退到1YJ位置时，继电器1YJ发出信号，电磁铁1单独通电,工作台快退至原位。该系统原理图经过分析能充分满足加工控制要求，故可以实行。 图62 攻螺纹液压系统原理图6.2.3 液压缸参数动力滑台是通用件，此次设计采用的动力滑台是液压滑台，型号为HY40B/630（1）液压缸的内径：D=50mm ，符合缸径尺寸系列（2）活塞杆直径：d=36mm（3）缸体外径：Dd64mm（4）钢筒壁厚：=7mm6.3 液压系统集成块设计目前，组合机床液压系统的配置形式，主要有控制板式（或称操纵箱式）和液压站式两种。所谓控制板式，就是将液压元件安装与一个（或几个）箱体上，并在箱体上钻孔实现油路的连接。其优点是结构

50、紧凑，占地面积小，适用于较成熟的系统；但这种型式工艺性和灵活性较差。所谓液压站式，就是将液压元件固定安装与油箱上的立板上，并用油管实现油路的连接。近年来，为降低管路的压力损失、简化装配，采用了无管连接的方式。集成化元件（如泵与阀、阀与阀、阀与油缸的组合等）就是其中的一种。其优点是：节省了大量的油管和管接头；油路短，压力损失小（可提高效率，减少发热）；结构紧凑，拆装方便；可根据工作需要配置于最合适的位置。所以本次设计中液压系统采用集成块式连接。集成块的形状为正方形或长方形的六面体，其上下两面为块与块之间的连接面，四周除一面安装管接头通向执行元件外，其余三面都供连接、固定标准元件之用。在集成块内钻

51、有与液压系统图相对应的孔道，将固定在集成块上的相应元件连通起来。本设计中的集成块的具体结构尺寸见攻丝调速回路工程图纸（A1）。6.4 液压传动装置的装配工作介质：推荐采用国产30#或20#油，或在5时运动粘度为27-43mm/s的其他液压油，油内水分ph值必须符合有关液压油的规定。在安装试车之前必须对油箱管道、油缸阀门等清洁干净，在向油箱灌新油时必须通过滤油装置防止由于油桶不清洁而引起油液污染。使用中应尽可能减少所有要拆卸的管道，且最好有防止灰尘的措施。滤油器每500小时进行更换一次。根据主机工作的负荷情况更换油液、清洗油箱，做好更换清洗记录（对于新投入使用的，在使用三个月左右就必须清洗油箱、

52、更换新油每隔半年进行一次）。液压传动装置安装时的注意事项：（1） 应防止铁屑和赃物落入油箱，避免乳化液、水份等进入液压系统；（2） 为避免损坏电机轴和油泵轴，电机与油泵应采用弹性联轴节传动，并应保证油泵轴与电机轴同心（不同心度允差0.1mm）。当安装法兰式油泵和电机时必须利用油泵和电机的定心凸台可靠的固定。油泵和电机的支架应当用定位销和螺钉固定在油箱或其他刚性部件上。一般油泵的伸出轴只能传递扭矩，不应直接采用皮带传动；（3） 油泵吸油高度不应大于0.5m,小型油泵可以浸在油中工作。油泵吸油管不得漏气，吸油阻力不可过大；（4） 导轨、活塞杆、油缸、滑阀副和其他零件的工作表面不应有机械损伤；（5）

53、 调整时需要打开的盖板等应保证良好的密封，并不许用油漆或火漆等封死。安装管路时的注意事项：（1） 管子的弯曲数应最少，并应尽量避免小于90的弯曲。应使有关在通压力油后伸长的可能性最小；（2） 管子不应有凹陷和弯曲半径过小的剧烈弯角；管子的直线部分不得呈波浪形弯曲。不应以小于规定尺寸的管子代用；（3） 管子弯制后应进行酸洗，除去外表面和管壁内的氧化皮和污垢（光亮冷弯的管子除外）；（4） 为防止油管的振动，长管道每隔810m应用管夹固定；（5） 管子应布置在不易受到碰撞的部位，并应使其布置不影响机床的外观或防碍机床的调整。第7章 结 论本次设计涉及到机械设计，且设计的总体内容和图纸都较完整。而液压

54、传动方面涉及到的东西相对较少，只进行了液压滑台和集成块系统的设计。由于设计时间有限，所以并未进行电气控制的设计，其中包括控制主电路的设计；电路里的导线、电缆、电气控制开关、保护控制设备和电动机等设备的选择等等，所以这是一个尚存在的问题，有待于今后进一步完善。由于此次设计的图纸都使用了CAD进行绘制，所以使我们大大提高了CAD在现代机械设计中的应用能力。参考文献1 组合机床编写小组.组合机床讲义.国防工业出版社，19752 吴宗泽、罗圣国主编.机械设计课程设计手册.高等教育出版社，1999，(02)3 陈于萍、高晓康编著.互换性与测量技术.高等教育出版社，2005，（02）4 徐锦康主编.机械设

55、计.高等教育出版社，2004，（01）5 李如松.组合机床和自动线的技术发展(续).组合机床与自动化加工技术，1999，(02)6 徐旭东、周菊琪主编.现代组合机床技术及其发展中国机械工程，1995，(03)7 叶伟昌主编.机械工程及自动化简明设计手册(上册).北京：机械工业出版社，20018 叶伟昌主编.机械工程及自动化简明设计手册(下册).北京：机械工业出版社，20019 李益民主编机械制造工艺设计手册北京：机械工业出版社，1995，（10）10 范云涨等主编.金属切削机床设计简明手册北京：机械工业出版社，1993，（8） 11 谢家瀛主编组合机床设计简明手册北京：机械工业出版社，1999

56、，（10）12 杨培元等主编液压系统设计手册北京：机械工业出版社，1995，（10）13 大连组合机床研究所编组合机床设计北京：机械工业出版社，198614 大连组合机床研究所编组合机床设计参考图册北京：机械工业出版社，198615 李元奇主编计算机辅助设计多孔钻主轴箱机械工业自动化，198316 Ball and Roller ScreusEngineering Material and Design，197517 Mechanial Drive(Rference Issue)Machine Design，1980（2）18 RlovpFundamentals of machine design，Moscow：Mir pub，198723