大学生 机械制造装备设计课件-第四章组合机床设计5 精品推荐

第三节 通用多轴箱设计
2.确定主轴结构型式及齿轮模数 （1）主轴结构型式的选择
主轴结构型式由零件加工工艺 决定，选择时需考虑主轴的工作条 件和受力情况。
① 钻削加工的主轴 轴向切削 力较大。选用推力球轴承承受轴向 力，向心球轴承承受径向力，且推 力球轴承安排在主轴前端。
第三节 通用多轴箱设计
② 镗削加工的主轴 轴向切削力较小，有时工艺要求主轴进退 都要切削，两方向都有切削力，一般选用前后支承均为圆锥滚子轴 承的结构。承受较大的径向力和轴向力。
此主轴结构的轴承个 数少，装配调整较方便， 广泛用于扩孔、镗孔、铰 孔、攻丝等加工。
③ 主轴孔间距较小，可采用滑动轴承。
第三节 通用多轴箱设计
④ 短主轴采用浮动卡头与主轴连接，用于以长导套和或双导 套导向的镗、扩、铰等工序。
⑤ 长主轴与刀具刚性连接，其内 孔较长，可增大刀具尾部连接的接触 面，减少刀具前端下垂。选用单导向 套，用于钻、扩、铰、倒角或攻丝。
第三节 通用多轴箱设计
各种传动轴
攻丝主轴
两面钻孔组合机床联系尺寸图
第三节 通用多轴箱设计
三、多轴箱的设计 多轴箱的设计步骤和内容
◆ 根据“三图一卡”绘制多轴箱设计原始依据图 ◆ 确定主轴结构形式及齿轮模数 ◆ 多轴箱传动系统设计 ◆ 计算主轴及传动轴坐标 ◆ 绘制多轴箱坐标检查图 ◆ 绘制多轴箱总装配图
1）尽量用一根中间传动轴带动多根主轴。当齿轮啮合中心距 不符合标准时，可用变位齿轮或略变传动比的方法解决。
2）尽量不用主轴带动主轴的方案，否则增加主轴的负荷。
第三节 通用多轴箱设计
3）多轴箱内的齿轮传动副的最佳传动比为1~1.5，后盖内的第 Ⅳ排（或第Ⅴ排）齿轮，根据需要，传动比可取大一些，但不能超 过3~3.5。
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第三节 通用多轴箱设计
③ 多轴箱的变速和操纵
变速方法 可采用交换齿轮、滑移齿轮、电磁啮合器等。 操纵方式 根据需要可采用电、液、机械等型式。
调整手柄 用于对刀，调 整或装配维修时检查主轴精度。
为了扳动省力，手柄轴的 转速尽量高一些，手柄轴位置 应便于工人操作，应保证回转 时手柄不碰主轴。
第三节 通用多轴箱设计
（4）多轴箱技术条件
多轴箱总图上应注明 多轴箱部装要求，包括：
1）多轴箱制造的技 术要求；
2）主轴精度等级；
3）加入多轴箱的润 滑种类、数量；
4）多轴箱的设计、 装配、检验、调整和使用 说明。
第三节 通用多轴箱设计
（5）多轴箱总装图
主轴和传动轴装配表
第三节 通用多轴箱设计
4）驱动轴转速较高时，采用逐步降速传动；驱动轴转速较低 时，可先使速度升高一点再降速。
多轴箱的传动链较短，常常是一根中间传动轴带动多根主轴。 因此，设计的重点是合理安排各传动件。
为避免主轴齿轮过大，最后一级常采用升速传动。
5）粗加工切削力大，如钻孔，其主轴上的齿轮尽量安排靠近 前支承，以减小主轴的扭转变形。
3.多轴箱传动系统设计
多轴箱传动系统设计内容 通过一定的传动链把动力箱输出轴传 进来的动力和转速按要求分配到各主轴，实现所需的转向和转速。
传动系统的设计原则 以获得所需的主轴转速和旋向为原则。
（1）传动系统的基本要求
在保证主轴强度、刚度、转数和转向的前提下，力求使主轴、 传动轴、齿轮等的规格少，数量少，体积小。
同心圆分布 分别用一根中 间传动轴带动。主轴可等分或 不等分，齿轮可在同一排或不 同排，转速可相同或不相同。
直线分布 分别用一 根中间传动轴带动两根 主轴。
第三节 通用多轴箱设计
任意分布 将靠近的主 轴分别组成同心圆或直线 分布。也称混合分布。
第三节 通用多轴箱设计
2） 传动系统设计
设计方式: 利用传动树形图来描述多轴箱的传动链。
第三节 通用多轴箱设计
6）齿轮安排 ①不同轴上齿轮不相碰，可放在同一排上；② 不同轴上齿轮与轴或轴套不相碰，可放在不同排上；③齿轮与轴相 碰，可放在后盖内。
7）驱动轴直接带动的传动轴不超过2根，避免装配困难。粗、 精加工合一的多轴箱，粗、精传动路线应分开。
第三节 通用多轴箱设计
（2）主轴分布及传动系统设计 1） 主轴分布
第三节 通用多轴箱设计
④ 润滑油泵安排
◆ 油泵个数和油泵轴的转速根据工作条件而定，箱体宽，主 轴多，采用2个油泵。油泵的转速应在400~800 r/min之间选择，泵 轴的位置应尽量靠近油池，离油面高度不大于400~500mm。
◆ 为便于维修，油泵齿轮最好安排在第Ⅰ排，油泵安装在前 盖内，前盖与油泵相应处开一窗口，以便于油泵清洗。如受结构限 制，也可安排在第Ⅳ排。
应用：多轴箱借助动力箱、 动力滑台完成钻孔、扩孔、铰孔、 镗孔、攻丝等加工工序。
分类：钻削类多轴箱，攻丝多轴箱，钻、攻复合多轴箱。
第三节 通用多轴箱设计
二、多轴箱的组成
1.箱体
2.主轴 钻孔主轴，攻 丝主轴。
3.传动轴 动力传动轴， 油泵轴，手柄轴
4.齿轮 传动齿轮， 驱动齿轮。 5.润滑、防油 元件
第三节 通用多轴箱设计
4）展开图上应完整 标注多轴箱的厚度尺寸和 与厚度有关的尺寸，主轴 外伸部分长度尺寸及内外 径。
第三节 通用多轴箱设计
（3）主轴和传动轴装配表
用装配表表示每根主 轴和传动轴及其齿轮、隔 套、键套、键、滚动轴承、 垫圈和螺母等零件的规格、 尺寸和数量。使图形表达 清楚醒目，节省设计时间， 有利于组织生产，装配方 便。
第三节 通用多轴箱设计
对攻丝主轴系统的要求 为保证丝锥稳定可靠地攻入工件，不干扰丝锥的自行引进量， 要求攻丝主轴系统向前进给与丝锥的自行引进完全同步。 即：vf = S丝，
vf —— 主轴系统的进给量（mm/min）。 因此组合机床上，在丝 锥和主轴系统之间大多不 采用刚性连接，而是在二 者之间设有进给补偿环节。 补偿越灵活，加工出的螺 纹精度越高。
（3）验算两轴坐标中心距 验算根据坐标计算确定的两轴中心距
A，是否符合两轴间啮合齿轮要求的中心
距R。即δ=R – A 验算标准：δ≤0.001~0.009mm。 （4）坐标换算 将计算的各轴xoy坐标值换算成基准坐标系XOY上的坐标尺寸。
第三节 通用多轴箱设计
5.绘制坐标检查图
（1）画出选定的箱体外 廓尺寸，根据坐标计算选定 的基本坐标架，画出箱体的 横坐标轴 X 和纵坐标轴Y。
② 用最少齿轮和传动轴连接驱动轴和各主轴
◆ 主轴数量不多，分布比较 分散时，可从驱动轴开始，分几 路单独和各主轴联系。
◆ 主轴数量较多且较分散时， 可先将比较接近的主轴分成几组， 然后从主轴开始布置，最后连到 驱动轴上。
◆ 排列齿轮时，先满足转速 最低及主轴间距最小的那些主轴 的要求。
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机械制造装备设计
组合机床设计
2020年12月21日
第三节 通用多轴箱设计
本节讲述内容
一、多轴箱的功用 二、多轴箱的组成 三、多轴箱的设计
第三节 通用多轴箱设计
一、多轴箱的功用
多轴箱是按专用要求设计的传动系统、并由通用零件组成的专 用部件。
作用：多轴箱将动力箱的 动力传递给主轴，使主轴按加 工所要求的转速和转向旋转， 提供切削动力。
第三节 通用多轴箱设计
1. 绘制多轴箱设计原始依据图
（1）各主轴的位置尺寸及工件 与多轴箱的相关尺寸。
（2）标注主轴旋向（顺时针）。 （3）标出多轴箱的轮廓尺寸、 驱动轴O1、定位销孔坐标轴。 （4）列表标明工件材料、加工 要求、主轴轴号、工序内容、主轴 外伸尺寸和切削用量。 （5）注明动力箱型号，功率，转速。
第三节 通用多轴箱设计
5.多轴箱总图设计 （1）主视图
主要用以表明多轴 箱的传动系统、齿轮排 列位置，附加机构及润 滑油泵的位置，润滑点 的配置，手柄轴的位置 和各轴的编号。
第三节 通用多轴箱设计
（2）简化展开图
1）展开图主要表示 多轴箱内各轴装配关系， 主轴、传动轴、齿轮、隔 套、防油套、轴承等的形 状和轴向位置。
第三节 通用多轴箱设计
（2）常用攻丝组合机床的结构方案 组合机床与通用机床一样：加工螺纹时，主运动和进给运动之
间保持严格的传动比关系，即内联系传动。 根据实现内联系传动系统所选用的机构不同，攻丝组合机床可
分为两大类：攻丝动力头型、攻丝靠模型
1）攻丝动力头型攻丝组合机床 当被加工零件的孔数量较多， 深度不大，且全部为攻丝工序时，可采用此类攻丝组合机床。
（1）加工基准坐标架的选择及确定各主轴坐标
基准坐标系通常采用直 角坐标系，用XOY表示。
坐标系的原点选在定位 销上，横轴（X轴）、纵轴 （Y轴）均通过定位销孔。
第三节 通用多轴箱设计
（2）选择小坐标系计算中间传动轴坐标 ① 与2轴定距的传动轴坐标计算 ② 与2轴定距的传动轴坐标计算 ③ 与3轴定距的传动轴坐标计算
① 多轴箱所需的功率为
P主Hale Waihona Puke Baidu
P切
P主 P切 P空 P附
黑色金属η=0.8~0.9 , 有色金属 η=0.7~0.8。
② 多轴箱所需的进给力，就是动力滑台所需的进给力F进，即
F进
F
F 1
F2
Fn
（N）
因动力滑台的最大进给力F 进 还要克服滑台移动所引起的摩擦
阻力，则最终选择： F进 F
第三节 通用多轴箱设计
zn
P —— 齿轮传动功率（kW）； z —— 一对齿轮中小齿轮的齿数； n —— 小齿轮的转数。
大型组合机床多轴箱常用的模数为 2、2.5、3、3.5、4等。一 般在同一个多轴箱中齿轮模数最好不多于两种。
第三节 通用多轴箱设计
（3）多轴箱的动力设计
多轴箱的动力计算，包括计算多轴箱所需功率和进给力两项。
第三节 通用多轴箱设计
◆ 油泵的安置要保证进油口到排油口转过2700。可事先用透明 纸画出油泵外轮廓图（包括进出油管接头），待传动系统排好后找 个适当位置布置。
◆ 当泵体或管接头与传动轴端 部相碰时，传动轴用埋头型式。
第三节 通用多轴箱设计
4.多轴箱坐标计算
坐标计算 根据已知的驱动轴和主轴坐标的位置及传动关系， 计算出中间传动轴的坐标，以使各孔的坐标尺寸完整地在零件图中 标注；绘制出坐标检查图，作为对传动系统设计的全面检查。
攻丝动力头 结构复杂，传动误差大，攻丝卡头不易完全补偿， 故加工精度低，加工的螺孔一般低于3级。
第三节 通用多轴箱设计
2）攻丝靠模型攻丝组合机床 攻丝靠模组合机床加工的螺孔精度较高，被广泛应用。
在展开图中各零件的 尺寸要按比例画出；各轴 径向可不按传动关系和展 开顺序画；图中必须注明 齿轮排数，轴的编号、直 径和规格。
第三节 通用多轴箱设计
2）对结构相同的同 类型主轴和传动轴，可 只画一根，并注明相同 的轴号。
3）对于轴向装配结 构基本相同，只是齿轮 大小及排列位置不同的 两根轴，可以合画在一 起。即轴心线两边各表 示一根轴。
① 确定驱动轴转速、转向及位置
◆ 驱动轴转速由动力箱型号 确定，其转向可任意选择。
◆ 驱动轴的水平方向位置一 般在多轴箱中心。垂直方向由动 力箱定。如果采用电机直接装在 多轴箱上，驱动轴即电机轴的垂 直方向位置，需考虑电机外轮廓 不碰滑台，装卸方便。
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第三节 通用多轴箱设计
⑥ 钻、扩、铰、镗的主轴，轴 头用圆柱孔与刀具接杆连接，用单 键传递转矩。
⑦ 攻丝主轴因靠模杆在主轴孔内 作轴向移动，为获得良好的导向，采 用双键结构，轴向不定位。
第三节 通用多轴箱设计
（2）主轴直径和齿轮模数的初步确定
初定主轴直径在“三图一卡”时进行。初选模数由下式估算， 再通过类比确定，即：
P m (30 ~ 32) 3 (mm)
6.攻丝多轴箱的设计
（1）组合机床常用的攻丝法
组合机床用丝锥攻制螺纹的加工特点：刀具的“自引法”
自引法 是指当丝锥攻入螺 孔1~2扣之后，丝锥自行引进， 主运动和进给运动之间的严格 关系由丝锥自身保证。
当机床主轴上的丝锥每分钟回转 n 转时，则 S丝 = n ·Ph。 S丝 — 丝锥每分钟自行引进量（mm/min）； n — 丝锥每分钟转速（r/min）； Ph — 丝锥的螺距，多头螺纹为导程（mm）。
（2）按已知和计算出的 坐标值，标出各主轴、驱动 轴及传动轴的位置，标出轴 号、动力箱驱动轴和油泵轴 的转向。
多轴箱坐标检查图
第三节 通用多轴箱设计
（3）画出各轴齿轮的分 度圆，标明各齿轮排数、 齿数及模数。
（4）为便于检查，可 用各种不同颜色的线条画 出各轴、隔套外径、轴承 外径、主轴防油套外径、 附加机构的外廓及其相邻 各别轴的螺母外径。