《臥式可調(diào)式均布孔系鉆削裝置設計》13000字（論文）

臥式可調(diào)式均布孔系鉆削裝置設計摘要：為了方便加工不同型號的系列產(chǎn)品的零件上分布在不同分度直徑上的孔系，本文設計了一種臥式可調(diào)式均布孔系鉆削裝置。通過齒輪帶動傳動軸與各主軸相配合，使動力驅(qū)動軸把轉(zhuǎn)速傳遞到主軸的運動上，以完成多孔鉆削的一種多軸箱設計。本文先是研究了當前多軸箱的裝置在國內(nèi)外的現(xiàn)狀。通過計算，根據(jù)裝置所需功率選擇電機，并對機床進行了選型。后根據(jù)裝置的工作原理對可調(diào)式多軸鉆削的設計方案進行了初步擬定。計算多軸箱內(nèi)動力系統(tǒng)的參數(shù)，確定傳動系統(tǒng)所需動力，并計算齒輪的傳動比，確定齒輪參數(shù)與主軸轉(zhuǎn)速。最后對設計中的關(guān)鍵部位進行強度校核，以此來保證傳動系統(tǒng)的安全性。最后本文設計的臥式可調(diào)式均布孔系鉆削裝置，滿足使用要求，操作方便，工作效率高，可在150mm~250mm的范圍內(nèi)進行調(diào)節(jié)，以適應不同的孔之間的中心距的要求。關(guān)鍵詞：鉆削裝置；多軸；可調(diào)目錄TOC\o"1-3"\h\u1緒論 11.1研究背景與意義 頁共23頁1緒論1.1研究背景與意義在現(xiàn)在的機械加工背景下，孔加工在所有的金屬切削加工工序中能達到33%的占比，在金屬切削的加工過程中是最不可或缺的工序之一。現(xiàn)在各行各業(yè)，包括家庭日用百貨都對孔加工需求甚廣。所以鉆頭的生產(chǎn)便極為重要，在加工的過程中，消耗量也十分巨大。我國每年產(chǎn)出的鉆頭數(shù)量是全世界各地產(chǎn)量總數(shù)的60%以上。與此對應，我國也是高速鋼的消耗大國，為了生產(chǎn)加工所需的鉆頭，每年刀具生產(chǎn)中70%的高速鋼都要被消耗在生產(chǎn)鉆頭上。從這些數(shù)據(jù)資料便可以看出，孔加工在機械加工中具有十分重要的地位。這道工序更是涉及各個領(lǐng)域，在飛機和汽車上它不可或缺，在電子產(chǎn)品與計算機這些精密的零件生產(chǎn)中它更是及其重要。不僅僅是我國的機械加工中孔加工十分常見且重要，在全世界每個國家，孔加工工序都占比很大，擁有一個非常重要的地位。據(jù)不完全統(tǒng)計，在全世界的范圍內(nèi)，每年消耗的鉆頭數(shù)量達到上億以上。根據(jù)資料顯示，在美國，光是在汽車制造業(yè)中機械加工中孔加工的占比達到了50%，更不要說比汽車制造業(yè)的孔加工需求量更大的飛機制造業(yè)了。每行每業(yè)，都可以在或多或少的地方見到它的身影。由此可見，在未來的機械加工中，孔加工依舊會占有及其重要的地位，擁有十分廣闊的前景。雖然孔加工在金屬切削加工工序中運用十分廣泛，但是這并不僅僅是一項簡單的技術(shù)，不僅僅是在一個零件上鉆一個孔如此簡單。鉆削加工是機械加工中最復雜的工序之一，而鉆削裝置的設計更是十分不容易。雖然困難，但是設計出一個好的鉆削裝置可以使加工的過程事半功倍，達到省時省力，操作簡單的作用。正因為如此，傳統(tǒng)的鉆削裝置已經(jīng)不足以滿足現(xiàn)代的機械加工要求，不僅僅生產(chǎn)數(shù)量少，耗費時間長，精度的要求也不是很高。這樣就可以看見新的鉆削裝置的設計有多么重要，在未來有多么大的發(fā)展趨勢，以此來適應現(xiàn)代機械加工的要求。表1我國的鉆削技術(shù)機械行業(yè)中的研究現(xiàn)狀高速加工技術(shù)研究提高速度、減少時間時間以及提高進給之間的關(guān)系，以及如何提高加工效率保證加工質(zhì)量并保證加工效率。精細加工技術(shù)材料與刀具之間的研究；以及鉆孔技術(shù)的研究個性加工技術(shù)機床的刀具與工裝夾具之間的加工關(guān)系研究切削的優(yōu)化研究研究刀具、切削參數(shù)以及加工精度之間的關(guān)系。由上面的表格可以看出，我們在加工過程中可以通過兩步走來提高鉆削加工的效率，第一步我們可以保證硬件設備的優(yōu)異，機床的精度和穩(wěn)定性需要非常高，在鉆削過程中，鉆頭材料的選擇和質(zhì)量的保證非常重要。第二步便是軟件的輔助裝備，鉆削加工的工藝設計合理對鉆削過程十分重要。達到這兩步走，便能大大的提高加工零件的質(zhì)量，并且降低了加工的成本，為加工更多的零件節(jié)省下大量的時間。我們對于鉆削技術(shù)的掌握不能僅僅滿足于現(xiàn)狀，止步不前，我們應當認真的分析鉆削的特點和在加工過程中的規(guī)律，對鉆削加工進行深刻的研究與討論，了解不同的鉆削加工工藝的優(yōu)良，在不同的鉆削加工中設計不同的鉆削加工工藝，得到加工的最優(yōu)解，使利益最大化。鉆削孔加工中鉆頭的選擇也十分重要，根據(jù)被加工工件的材料與需要鉆削的孔徑大小，選擇一個好的鉆頭，設計足夠合理的加工工藝與參數(shù)選擇，是加工一個好的工件的基礎。1.2國內(nèi)外多軸箱行業(yè)的研究現(xiàn)狀1.2.1國內(nèi)多軸箱研究現(xiàn)狀1953年，我國開始研究并生產(chǎn)多軸鉆床多軸箱，在1958年我國自主設計并制造了傳動半徑為50、70、90、120等等棒材的多軸鉆床多軸箱。而后在1959年又因需求而制造生產(chǎn)了500、1000、1200等這些直徑較大的多軸鉆床多軸箱。1970年我國又再次研發(fā)制造了許多大型的多軸鉆床多軸箱用于滿足工業(yè)生產(chǎn)上的需要，實際運轉(zhuǎn)時，多軸箱運轉(zhuǎn)良好。1970年我國的多軸鉆床多軸箱技術(shù)可謂是突飛猛進，福建的金明公司大批量地引進外來的技術(shù)人才，專心致志地研究多軸鉆床多軸箱，致力于設計制造出更精良的多軸箱，有了這些外來的技術(shù)人才，多軸鉆床多軸箱的設計研發(fā)可謂是如虎添翼，許多種可以加持不同直徑的棒料的傳動機，很快便被研發(fā)出來并十分迅速便投入了市場，進行使用，反響十分熱烈。這種傳動機不同于老式的裝置，單一，效率低下，它大大提高了生產(chǎn)加工過程中的加工效率，使這家公司很快便獲得了巨大的經(jīng)濟利潤。后來又研制出了PX1400/170型號的多軸鉆床多軸箱，它擁有1750t/h的設計能力，然而實際的設計能力更是達到了1.6倍的2508t/h。近些年來，因為世界工廠概念的不斷成熟，在多軸鉆床這方面我國發(fā)展迅猛，已出現(xiàn)幾十家擁有改裝及制造多軸鉆床的國產(chǎn)優(yōu)秀企業(yè)，如我國浙江省的地方企業(yè)——速創(chuàng)機械公司以及同在浙江的漢達機械公司；我國上海地方企業(yè)——鄭隆機電公司；我國成都地方企業(yè)——興合康科技公司、我國無錫的地方企業(yè)——耐玖機電公司等優(yōu)秀的地方企業(yè)。各個企業(yè)和公司也開始根據(jù)自己所加工的工件的實際特點來設計符合自己加工情況的鉆床產(chǎn)品。一步步地形成創(chuàng)新的技術(shù)，讓技術(shù)與實際結(jié)合并提高其應用程度。在加工過程中生產(chǎn)效率也得到很大的提高。根據(jù)多軸的布置形式主要可分為圓周分布式和橫向分布式，根據(jù)結(jié)構(gòu)形式與改造形式有車床改造的、搖臂鉆床改造的、普通鉆床改造的、龍門銑改造的。在現(xiàn)代的機械加工生產(chǎn)中，傳統(tǒng)的多軸箱已經(jīng)夠不到現(xiàn)代的加工需求，也達不到市場所需要的的生產(chǎn)量。所以研究并開發(fā)新型的多軸鉆床多軸箱勢在必行，現(xiàn)在市場上的新型多軸鉆床多軸箱越來越多，漸漸的已經(jīng)取代了絕大部分的老式多軸箱，成為機械生產(chǎn)上的寵兒。例如福建的金明公司在收獲了一大批好評以后，又加大了人力與物力開發(fā)出5+4的多軸鉆床多軸箱，為我國的多軸鉆床多軸箱的研究又更進了一步。我國的機械生產(chǎn)中所用到的多軸鉆床多軸箱基本上都依賴于進口，所以在加工過程中，多軸箱的裝備需要耗費過多的成本，導致利潤很少，然而使用國產(chǎn)的多軸鉆床多軸箱可以大大的降低成本，節(jié)約資源。這些可以告訴我們，多軸鉆床多軸箱的研發(fā)空間很大，用處廣泛，市場樂觀，前景廣闊。然而與普通的機床的發(fā)展速度一樣，我國的多軸鉆床發(fā)展速度不是很快，到現(xiàn)在都還只能是做一些中低端的商品，相對精度高一些的產(chǎn)品一般情況下還是會在關(guān)鍵部件采取進口的，然后在國內(nèi)進行組裝，企業(yè)利潤低，對環(huán)境污染大。而高端的機床還需要依賴進口。國外的多軸數(shù)控鉆床發(fā)展較好，能達到柔性強、精度高、生產(chǎn)率高等特點。1.2.2國外多軸箱研究現(xiàn)狀多軸鉆床最早出現(xiàn)是在美國的芝加哥的機床展覽會，是一種用于機械領(lǐng)域的鉆孔設備，1976年美國的Jockson公司將它放進了大眾的視線。它的多軸頭有兩種，分別是圓形和矩形兩種形狀?？梢赃_到24根工作軸，有許多的工廠也會生產(chǎn)偏心調(diào)整式。因為他具有緊湊的結(jié)構(gòu)，工作效率高，尤其是力與力矩之間的傳遞距離比較短，所以它具有穩(wěn)定的性能。缺點在于它的可調(diào)性受到幾何尺寸的影響，非常受限制，只可以在圓形的范圍內(nèi)對工作軸進行調(diào)整。但是優(yōu)點在于它具有不大的體積，可以非常方便的更換主軸箱機床。美國的Secto這家公司有32種規(guī)格的不可調(diào)式多軸箱，加工的面積可以從300×300毫米調(diào)節(jié)到600×1050毫米，可以達到60根工作軸，具有22.5kW的動力。在Romai的工廠具有可調(diào)式的多軸箱，調(diào)整起來方便快捷。只需要將齒輪位置調(diào)整到孔的附近，然后將可調(diào)軸調(diào)整到合適的位置，然后與它連接起來。這樣子的可調(diào)多軸箱十分簡單，并且孔距可以小于普通的多軸箱。所以無論在哪里，多軸箱的需要都是必須的，它便于操作，工作效率高，可以很好，迅速地加工所需要的的零件。多軸箱的設計一直在不斷改進，力求于貼近市場，滿足現(xiàn)代社會的需求。2可調(diào)式多軸鉆削方案的擬定2.1鉆削多軸箱工作原理2.1.1多孔鉆床的鉆削傳動分類可以按照其不同的加工內(nèi)容：在加工不同的孔的時候，所需要加工機床技術(shù)也不盡相同，其工序自然也不同，因此，必須用不同種類的機床來實現(xiàn)鉆孔、餃孔、擴孔、鏜孔等不同工序。為提高孔加工的效率，產(chǎn)生了多種類的多孔鉆削傳動，比較常見的通用多孔鉆削傳動有：鉆削類，攻絲類，鉆、攻復合類；多軸箱可以按其結(jié)構(gòu)余尺進行類型為：立、臥式類加工多軸箱、大型主軸箱加工多軸箱、專用主軸箱加工多軸箱等不同的種類。2.1.2多孔鉆削結(jié)構(gòu)與工作原理多孔鉆削的傳動裝置主要由箱體、軸、軸套、齒輪等部件組成。軸中包含主軸、傳動軸等，齒輪包含動力箱齒輪、電動機齒輪、傳動齒輪等，此外還包括一些鍵、定位銷、鎖緊螺母、墊圈等一些標準化或通用化的零件。其中，主軸部分通常包括：鉆孔用主軸以及攻絲用主軸，其作用較廣泛，主要為：為與刀具進行剛性連接，用來鉆孔、擴孔、鉸孔、倒角、攻絲加工等作用主軸的材料一般為40Cr鋼，進行熱處理的C42。其箱體材料主要為HT250的灰鑄鐵，前方、后方、側(cè)方的蓋的材料主要為HT150的灰 鑄鐵，其尺寸大小可進行標準選擇。本設計的基本工作原理是將電機通過螺釘固定在凸臺上，后將多軸箱固定在滑軌上，以機床自帶的絲杠，來帶動多軸箱進行前后的滑動，對工件進行加工。變速部分是通過電機傳輸轉(zhuǎn)速進多軸箱內(nèi)部，用齒輪與軸相配合，先用聯(lián)軸器將電機軸與齒輪軸相連接，再以齒輪軸旋轉(zhuǎn)帶動大齒輪，大齒輪帶動中間傳動軸，以中間傳動軸旋轉(zhuǎn)傳遞到小齒輪上，再由小齒輪分別帶動三個主軸上的齒輪進行旋轉(zhuǎn)，最終經(jīng)過二級變速后實現(xiàn)主軸轉(zhuǎn)動?？烧{(diào)部分是由萬向聯(lián)軸器與圓盤配合實現(xiàn)的。首先采用萬向聯(lián)軸器可以對所需的三個孔的中心距離進行調(diào)節(jié)，可以在直徑150~250的范圍內(nèi)調(diào)整萬向節(jié)。后通過滾動軸承與螺釘使主軸可以在鍵槽內(nèi)滑動，用更換不同直徑大小的圓盤，圓盤與主軸相切，后固定好主軸位置，取下圓盤，以這樣的方式來確定最終的鉆削的孔的中心距離。多孔鉆削傳動的工作原理為：將動力裝置產(chǎn)生的動力通過傳動機構(gòu)傳遞給主軸，主軸在動力的驅(qū)動下按照加工工序要求的速度和方向進行運動，提供孔加工所需的鉆削動力。2.2主軸調(diào)節(jié)機構(gòu)的設計按設計要求，我們設計一下多孔多軸箱，主要為其傳動部件，根據(jù)要求設計并使用正確的計算，設計其具體的尺寸及外形尺寸，得到如圖１所示的主軸位置調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)示意圖。在圖１中a中心距是在150~250的范圍之內(nèi)可調(diào)節(jié)的。再對圖1中的主軸位置調(diào)節(jié)機構(gòu)的關(guān)鍵位置進行B-B剖面處理，其內(nèi)部主要結(jié)構(gòu)如圖2所示。圖1主軸位置調(diào)節(jié)機構(gòu)原始依據(jù)圖B-B圖2主軸位置調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)B-B截面圖動力箱驅(qū)動軸在箱體的對稱中心處，且距離箱體底部之距L=124.5mm最低主軸與箱體底部D≤70。關(guān)于鉆床的主軸工序內(nèi)容以及多軸箱的切削用量之間的聯(lián)系，參考表2。表2主軸設計尺寸與切削用量關(guān)系表多軸箱的主軸的外伸尺寸大小多軸箱的切削與用量大小軸號直徑（D/d）長度（L）工序內(nèi)容轉(zhuǎn)速（N）（r/min）轉(zhuǎn)速（V）(m/min)進給（f）（mm/r)速度（Vf（mm/min)主軸38/26115鉆Φ1040015.70.1560注：1多軸箱的半軸殼體為被加工零件。2多軸箱的動力為1.2kW。2.3機床類型與電機的選擇在機械加工的過程中，選擇正確的銑削切削用量十分重要，這對我們得到自己加工的工件所需要的的粗糙度十分重要，選擇一個正確的切削用量還可以大大提高我們加工的工作效率。鉆削速度越高，得到的表面粗糙度就越小，相應的光潔度也就越高，鉆削速度越低，得到的表面粗糙度就越大，相應的光潔度也就越低。所以當我們需要較高的表面粗糙度時，每次的走刀量應當小一些。而在表面粗糙度不需要過高的時候，每次的進給可以在一定程度上進行增加，在初加工的時候，我們可以用大進給，這樣可以提高效率；在精加工的時候，可以用細進給，這樣可以保證我們加工的質(zhì)量，得到優(yōu)秀的表面粗糙度。根據(jù)加工的零件滿足粗糙度要求。因此，選用硬質(zhì)合金的鉆頭，根據(jù)鉆頭直徑，銑削速度，進給量等參數(shù)進行計算。已知主運動的切削速度v=15.7m/min，鉆頭的直徑d=10mm，求出機床的最佳轉(zhuǎn)速n。n=1000vπd（r/min）=450（r因此，我們選取機床的主軸的轉(zhuǎn)速為450r/min。在選擇電動機時，必須使得P額定≥P總，根據(jù)這個公式，我們可以查《機械設計手冊》來進行電機的選擇，最終得到我們所需的電機型號為Y112M-4，功率是4kW。其基本參數(shù)如下(單位為mm)，滿載轉(zhuǎn)速為1440r/min。我們常用的多軸箱變速范圍比較小，為此采用串聯(lián)的方式來解決常用的多軸箱變速范圍比較小的問題；并對多軸箱變速箱中的傳動關(guān)鍵部件進行優(yōu)化，得到多軸箱變速箱的傳動機構(gòu)。在多軸箱設計過程中，需要考慮其傳動軸的設計問題，尤其是中間那根傳動軸的設計，其轉(zhuǎn)速以及尺寸都是問題；為此，應當從其共振的角度考慮，解決共振問題。中間那根傳動軸的設計同樣還有速度的設計問題，速度高，其扭矩就少。因此，對軸的直徑還有上面的齒輪的設計就尤為關(guān)鍵了。轉(zhuǎn)速高了，中間那根傳動軸的軸徑可以很少，中間那根傳動軸的齒輪模數(shù)也可以選擇少的。；d∝4M根據(jù)上述關(guān)系，設計出來的整體尺寸會更加緊湊，導致多軸箱變速箱的空載功率N空以及多軸箱變速箱的工作噪音Lp都會增大，根據(jù)下面的公式：N式中：C表示設計的系數(shù)，兩支承滾動軸承C取8.5；da表示設計的所有中間軸平均直徑d主表示設計的前后軸頸n 表示設計的中間軸轉(zhuǎn)速和n主表示設計的主軸LP式中：（mz）a表示設計的所有分度圓直徑的平均值，（mz）主表示設計的分度圓直徑的平均值；q表示設計的傳到主軸齒輪對數(shù)；β表示設計的主軸螺旋角；C1、K為系數(shù)，其值一般為：銑床C1=3.5，K=50.5。我們設計的機床類型一般為臥式的，因此，只需要知道一個轉(zhuǎn)速就行；在此，選用C6130型號的。2.4傳動軸的設計與選擇本次的設計，我們可以根據(jù)加工的形式來選擇主軸，具體采用哪一種主軸，需要經(jīng)過精密的一系列計算與查表才可以得出最終的結(jié)論。選擇過程中我們需要結(jié)合加工的工藝，鉆頭與主軸的聯(lián)接機構(gòu)，鉆頭的進給參數(shù)和切削轉(zhuǎn)矩。在鉆孔加工過程中，通常會選擇滾珠軸承主軸，而在擴孔、鏜孔、鉸孔等這一系列的工序時，最常選擇的是滾錐軸承主軸，當主軸之間的距離較小時，滾針軸承主軸是最常見的選擇。但是滾針軸承精度不高，結(jié)構(gòu)配合與剛度性能都比較差，工藝性不佳，如果不是軸間距限制的情況下，一般不作選用。針對這個多孔鉆削的多軸箱的裝置設計，為了更好的實現(xiàn)鉆孔的功能，我們用滾珠軸承，一次達到更好的設計效果。在我們選擇主軸的結(jié)構(gòu)時，需要關(guān)注的是軸承類型的選擇，還需要選擇不同的軸頭的結(jié)構(gòu)。主軸在鉆削裝置設計中起到了至關(guān)重要的作用，其整體結(jié)構(gòu)的配合工藝在鉆削過程中起到了主體作用。在臥式可調(diào)式均布孔系鉆削裝置設計這一課題中，當主軸鉆削加工時，它具有較大的軸向切削力，采用推力球軸承是最好的選擇，足以滿足軸向力的承受，與此同時，可以采用向心球軸承來承受徑向力，當推力球軸承安裝在主軸的前端位置時，鉆削時的軸向力是單向的。在許多的設計中我們可以看見，主軸具有多種多樣的分布類型，每一種類型不盡相同，都是需要根據(jù)當時的需要來進行設計計算，但最常見的主軸分布設計是采用一根主傳動軸在中心位置，與主軸相切，從而帶動多根主軸轉(zhuǎn)動。這種主軸分布的傳動形式簡單并且效率高，節(jié)省成本，也可以縮短時間。根據(jù)上面的這種主軸分布形式，我在設計我的這一課題時，我首先將所用的主軸分成了盡可能少的幾組同心圓，接著設計每一組同心圓的圓心處放置一根傳動軸，采用少量的傳動軸將軸與各個動力部件聯(lián)接起來，借此傳動軸與主軸相切，帶動主軸運轉(zhuǎn)，進行鉆削。當然，如果是一些簡單并且只有很少的主軸的結(jié)構(gòu)，也有許多其他不同的分布形式。主軸直徑已在總體設計部分初步確定，我們通過下式進行設計計算：m≧(30～32)3P/(ZN)式中：m表示設計的估算齒輪的模數(shù)P表示設計的齒輪所傳的遞率Z表示設計的對小齒輪齒數(shù)的選擇N表示設計的小齒輪轉(zhuǎn)速的選擇常見的用作在主軸箱內(nèi)部的齒輪模數(shù)有2、2.5、3、3.5、4這5種。在生產(chǎn)加工的過程當中，為了方便簡單，便于設計安裝，在一個主軸箱中的齒輪模數(shù)規(guī)格最好不要超過2種。設計的不是過于分散，所以根據(jù)實際情況我可以選擇出齒輪的模數(shù)m為2或者3。計算并得出m≥1.76，根據(jù)需求與結(jié)合生產(chǎn)實際，取m=2和m=3兩種，這里取m=3。傳動軸具有的類型有以下三種，分別是齒輪傳動、鏈輪傳動和皮帶傳動。如圖3所示,其作用是通過傳動調(diào)整使主軸調(diào)整到最佳工作轉(zhuǎn)速。(a)鏈傳動(b)帶傳動(c)齒輪傳動圖3傳動方式3多軸箱動力系統(tǒng)的參數(shù)設計3.1加工參數(shù)的確定1.多孔鉆削的設計加工原則要求如下：多軸箱的切削速度高且其給量?。唬?）多軸箱的小批量應用設計的時候，可以小量進給，以此提高刀具的設計使用壽命;（3）若能做到相鄰主軸轉(zhuǎn)速接近相等；（4）保證多軸箱的進給量完全相等。表3高速鋼鉆頭的直徑與切削用量關(guān)系表高速鋼鉆頭的加工直徑HB160~200切削用量速度／(米／分鐘)進給／毫米／轉(zhuǎn))1~616~240.07~0.126~120.12~0.2012~220.20~0.4022~500.40~0.802.加工速度與進給量的參數(shù)確定依據(jù)上述的表格可以知道本課題設計的用于切削加工的三根主軸1.2.3的直徑都是D=Φ10mm的高速鋼麻花鉆，又可以知道被加工工件的材料是硬度HB=180~210的灰鑄鐵材料，在這個材料上鉆削，可以得出我設計的3根主軸的切削用量可以相同。由上面的分析可以得出：v=24m/min，f=0.2mm/r。3.2多孔鉆削傳動所需動力計算在動力計算中，多孔鉆削傳動所需要的功率、進給力可以根據(jù)計算得出，確定好多軸鉆削的傳動后，我們再進行功率的設計計算：Pz=Pq+Pk+Ps式中：Pz表示多軸箱的切削功率，單位：kWPk表示多軸箱的在空轉(zhuǎn)時候的功率，單位：kWPs表示多軸箱的軸上功率的損失和，單位：kW根據(jù)現(xiàn)在所看見的切削用量表與圖，如果想要得到主軸的鉆削功率和軸的切削功率，我們需要在查找資料的基礎上，再使用與其相關(guān)的公式并帶入具體的數(shù)值，計算出我們所需要的功率。每根主軸所具有的空轉(zhuǎn)功率我們可以通過查閱《機床設計簡明手冊》P62表4-6得?，F(xiàn)可知，多軸箱的主軸的切削功率：P式中：M表示多軸箱的扭矩，單位：N/m；V表示多軸箱的切削速度，單位：m/s；D表示多軸箱的鉆頭直徑，單位：mm。通過計算可以得到：PP空轉(zhuǎn)功率：P切=4P切1=根據(jù)設計的主軸，其直徑為25mm得，其空轉(zhuǎn)功率如下表。表4軸的空轉(zhuǎn)功率表軸徑轉(zhuǎn)速(rmin)15mm20mm25mm30mm1000.0040.0070.0120.0171600.0070.0120.0180.0274000.0170.0300.0460.0676300.0260.0460.0730.105根據(jù)設計的主軸的轉(zhuǎn)速可知400轉(zhuǎn)每分鐘，根據(jù)上面的表4可知，應得到其功率P空約為0.05kW。根據(jù)設計的主軸轉(zhuǎn)速為45轉(zhuǎn)每分鐘，計算：PP每根軸上的功率損失，一般可取所傳遞功率的1%，所以功率損失為：PP=0.203+0.356+0.006=0.565kW多孔鉆削傳動的進給力大小F多箱計算：FFi為主軸的軸向切削力的大小，其單位為N。F式中：D表示多軸箱的鉆頭直徑；S表示多軸箱的設計的時候需要的進給量；Kp在此表示系數(shù)。已知：鉆頭直徑為10.0mm，多軸箱的設計的時候需要的進給量為0.1mm/r，多軸箱的設計的時候需要的系數(shù)=(190190)4傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設計4.1多孔鉆削傳動設計我們設計的多孔鉆削傳動機構(gòu)，應該根據(jù)多孔鉆削變速箱中間傳動軸與多孔鉆削變速箱主軸之間的額關(guān)系進行設計，還有考慮其轉(zhuǎn)速時候符合設計要求，為此，要把握一下關(guān)鍵問題：在設計鉆削變速箱的多孔鉆削傳動裝置中，力矩與速度之間的關(guān)系顯得尤為重要；轉(zhuǎn)速高了，相應的其力矩就少了，無論是考慮其轉(zhuǎn)速還是力矩之間的額關(guān)系，都行要從整體的設計入手才能更好的計算出設計要的轉(zhuǎn)速以及得出設計用的額力矩。箱體內(nèi)齒輪連接軸的三個主軸的分布呈同心圓的分布形式，所以設計時可以在主軸的中心設置一個傳動軸，以此來盡可能的減小傳動軸所用到的數(shù)量。同樣的問題也存在與在變數(shù)箱的箱體內(nèi)孔的不同。為此，我們需要根據(jù)其分布的形式進行嚴格的設計與計算。對傳動系統(tǒng)的一般要求：盡量有一根中間傳動軸帶動多根主軸；一般情況下，最好不要選擇主軸帶動主軸傳動的方案。針對我的設計的傳動線路主要是采用同心圓分布。這樣的設計可以會跟好的額保證加工的質(zhì)量與設計的質(zhì)量，這種分布為本章節(jié)的關(guān)鍵點所在。為此，對分布的方式進行設計。其設計依據(jù)為表5所示內(nèi)容。表5設計的驅(qū)動軸與主軸坐標的關(guān)系表坐標O軸軸1軸2X0－9595Y94.5180180傳動方案的確定：由上面的設計，我們可以很明顯的看出來，本次地設計關(guān)鍵：動線路主要是采用同心圓分布。這樣的設計可以會跟好的額保證加工的質(zhì)量與設計的質(zhì)量，這種分布為本章節(jié)的關(guān)鍵點所在。用常規(guī)的作圖法，我們繪制出各個部件的關(guān)系與設計要求，并進行設計與計算分析。4.2齒輪的設計4.2.1初步估算齒輪的參數(shù)針對相同的多孔鉆削傳動的設計，我們可完三個孔的加工。m=(30～32)3P/(ZN)式中：M表示多軸箱的齒輪的模數(shù)；P表示多軸箱的齒輪效率Z表示為齒數(shù)N表示多軸箱的齒輪的轉(zhuǎn)速多孔鉆削齒輪模數(shù)m1=3，別的都默認為2即可。4.2.2確定多軸箱的最小齒數(shù)設計的多軸箱為了達到多軸箱的設計強度要求，往往要對齒輪進行設計，齒輪的設計要保證其詞根強度以及鍵槽的強度，才能從根本上保證齒輪的設計要求。根據(jù)設計的要求，我們發(fā)現(xiàn)：槽之間的厚度應該至少為2mm，所以，槽的設計應該適當加大一些才能滿足設計要求。為此采用直徑為30毫米的驅(qū)動軸，根據(jù)t=33.3得，m1為3；設計計算公式如下：Zmin≥2（t/m1+2+1.25）－d0/≈19根據(jù)結(jié)果，可以看出來，齒數(shù)要至少為19；且起設計直徑為30mm；對設計的變速箱上的計算設計如下：Zmin≥2（t/m2+2+1.25）－d0/=19.8當變速箱上的m2=2時，且直徑為20mm時，設計的齒輪t為23.3mm。因此，設計變速箱上的主軸要比20mm大。4.2.3各軸上的齒輪參數(shù)設計由總體的設計，我們能得到我們設計的齒輪需要的主軸數(shù)據(jù)：設計的變速箱上的主軸其直徑為10毫米，設計的變速箱上的驅(qū)動軸轉(zhuǎn)速為760轉(zhuǎn)每分鐘；設計的變速箱上的主軸的轉(zhuǎn)速為450r/min，則設計的變速箱上的傳動比i總為1/1.43，由于設計的變速箱上高度為80毫米,動力輸入軸與箱底之間的距離為125毫米。設計的變速箱上的驅(qū)動軸上齒輪Z=21~26，取Z為21，他的模數(shù)為3，在此計算：A0=m(得到結(jié)果：Z=29.3，為此我們?nèi)為29進行取值設計。傳動軸設計的轉(zhuǎn)速為n=7852139≈570r/min時，我們往往進行降速的傳遞方式進行動力的傳遞。由A=mn主=nZ主=2解得：Z=32，m=2，與主軸1~3間嚙合的齒輪參數(shù)為Z1=39，m=2.5，取齒數(shù)Z=32，m=2?，F(xiàn)在我們最常見的傳動齒輪的類型有三種：根據(jù)設計要求以及本文的設計理念，從下面的表里面，我們進行選取。表6齒輪的參數(shù)選擇4.3多孔鉆削傳動坐標計算4.3.1基準與坐標系的確定針對對軸在加工中位置的確定，我們也需要事前對多軸箱坐標軸進行計算，選擇基準坐標系。根據(jù)最常見的直角坐標系XOY，我們可以得知建立具體的坐標系的方法有兩種：一是在定位銷孔的地方選做坐標軸的原點，這樣子安裝基面便不是多軸箱的底面。二是通過定位銷孔的軸便是坐標軸的縱軸，而坐標系的橫軸便是多軸箱的底面。這種方法通常會用在臥式的孔系加工中。在這次的設計中，可以采用將坐標原點選定在定位銷孔上，見圖4所示。坐標軸確定后，便可以進行主軸及驅(qū)動軸位置的確定。4.3.2主軸坐標計算一般情況下，我們往往在只有多軸箱內(nèi)部的軸數(shù)較多時，才會對其坐標設計計算。為此根據(jù)設計關(guān)系及設計的理念，我們再次也需要進行坐標軸的設計計算：最常見的便是采用直角坐標系XOY。根據(jù)圖5中的幾何關(guān)系，通過下述公式進行計算：則有：圖4基準坐標系的選擇圖5各軸幾何關(guān)系通過上述計算，得到傳動軸的坐標值，如表7所示。表7多軸箱的主軸坐標值X-Y之間的關(guān)系多軸箱的主軸多軸箱的主軸坐標-X多軸箱的主軸坐標-Y坐標1175.0045.002279.18104.633225.18278.18在坐標圖中可以很清楚看到各個主軸以及傳動軸的相對位值，可以很迅速的幫助我們檢查自己所這設計的多孔鉆削傳動主軸和傳動軸之間有沒有發(fā)生干涉而不能加工，還是很有必要的。5關(guān)鍵部件的強度校核5.1齒輪的強度校核通過對齒輪進行強度校核，可以驗證所選齒輪參數(shù)的合理性，并保證了后續(xù)使用中的安全性。目前常見的齒輪的強度校核計算方法有以下幾種。（1）根據(jù)我們的設計情況，按照齒輪的扭轉(zhuǎn)強度進行設計校核，并進行相關(guān)的計算；（2）根據(jù)我們的設計情況，按照齒輪的彎曲強度進行相關(guān)的設計計算，并在此進行分析。（3）根據(jù)我們的設計需要的情況，按照齒輪的彎扭合成需要的強度進行設計計算。5.2齒輪模數(shù)的驗算需要承受載荷最大且最薄弱的軸的齒輪，在多孔鉆削傳動裝置中最應進行接觸疲勞強度與彎曲疲勞強度這兩種計算，以確保裝置的安全性與可實行性。在這次設計中，我們需要的齒輪材料為45鋼的材料，45鋼的齒輪很常見的，45鋼的齒輪的平均值約為240MPa。我們設計的變速箱的齒輪設計壽命約為10年。根據(jù)這個要求，設計齒的相關(guān)參數(shù)如下：這次的設計傳動比i5-1約為0.9；得出這次我們設計的工作時間比為：1.09/2.8≈0.39；再對設計出來鋼齒輪的齒輪進行計算，主要是強度的校核。根據(jù)機械設計手冊的設計要求，我們得出：45鋼的齒輪接觸疲勞極限sHlim為：410MPa；45鋼的齒輪的圓周速度v5為πd5n560×1000=3.14×60×436.89260×1000=1.37m/s；4Ft=2T5/d5=253NKAFt/b=7.52N/mm<100N/mmεα=[1.88－3.2×(1Z5+=1.70Zε=4?ε這次，我們可以得到設計的45鋼的齒輪的KHα約為1.30這次，我們開始對45鋼KHβ，進行設計與計算：KBβ=A+B[1+0.6·（bd5）·2]（bd5）·2+=1.30再對本次需要用到的K，進行設計與計算：K=KA×KV×KHα×KHβ=2.25通過查閱設計的相關(guān)參數(shù)，得設計的齒輪的彈性系數(shù)ZE為189.8MPa，設計的齒輪的節(jié)點區(qū)域系數(shù)ZH=2.62，我么本次設計的那個齒輪的整體工作時間為在11500小時；設計的齒輪的應力循環(huán)次數(shù)為： NL1=60γn5th=9.03×108NL2=60γn1th=3.2×108設計的齒輪的ZN1為1.2，ZN2為1.3。設計的齒輪的[σH]為：[σH1]=σHlim1ZN1[σH2]=σHlim2ZN2對我們所設計的齒輪在此進行計算：σH=ZE·ZH·Zε2=189×2.58×0.92×2×2.18×7584.89≈302MPa少于373.92MPa（符合設計要求）根據(jù)上面的設計計算得到結(jié)論：設計的齒輪的接觸疲勞強度符合設計的齒輪的設計要求，因此設計的齒輪符合設計安全要求。設計的齒輪的齒根彎曲疲勞強度為：設計的齒輪的重合度Yε：Yε=0.25+0.75/εα=0.7設計的齒輪的齒間載荷：KFα=1/Yε=1.43設計的齒輪的齒向載荷KFβ：b/h=8.22通過查表可得：KFβ=1.2設計的齒輪的載荷K為：K=KA×KV×KFα×KFβ=2.34設計的齒輪的齒形：YFα1≈2.4、YFα2≈2.6；設計的齒輪的修正：YSα1為1.68、YSα2為1.62設計的齒輪的疲勞極限σFlim為380MPa；設計的齒輪系數(shù)SFmin為1.25。設計的齒輪循環(huán)應力系數(shù)NL：NL1=60γn5th=9.03×108NL2=60γn1th=3.2×108設計的齒輪彎曲壽命：YN1為0.98、YN2為1.0；尺寸系數(shù)Yx為0.85設計的齒輪的許用彎曲應力[σF]如下：[σF1]=σ=380×0.98×0.85/1.25=253.25MPa[σF2]=σ=380×1×0.85/1.25=258.4MPa我們進行驗算：σf1=2kT5bd5=21.62MPa<[σf1]σf2=σf1Y=21.62×2.56×1.62=22.52MPa<[σf2]因為我們本次設計的沒有特殊要求，所以符合設計要求。5.3軸承的校核滾動軸承會因為內(nèi)外圈滾道或者滾動體上遭遇點蝕破壞而正常失效。這種正常情況下的失效，是在安裝潤滑等各方面都維護良好的情況下，遭遇大量的重復性承受接觸應力的變化而導致的。所以，當單個軸承中其中的一個套圈或者滾動體第一次開始出現(xiàn)疲勞擴展的時候，這一套圈相對于另外那一套圈而言的轉(zhuǎn)數(shù)便被叫做軸承的壽命。在一個滾動軸承遭遇了點蝕的破壞以后，在運轉(zhuǎn)的過程當中經(jīng)常會出現(xiàn)比較強烈的大幅度的振動，同時伴隨有噪音和發(fā)熱的情況。對圓錐滾子軸承進行初步的選取，初步設計選取其型號為30209，結(jié)構(gòu)如圖6所示。圖6軸承的受力二維圖（1）計算選取的多軸箱軸承的徑向力Fr軸向力Fae齒輪的徑向力Fr：FrFr齒輪的軸向力Fae=444N。（2）計算選取的多軸箱軸承的軸向派生力由設計的相關(guān)手冊查得e=0.35、Y=1.7，選取的多軸箱軸承的派生軸向力的計算如下：FdFd（3）計算選取的多軸箱軸承的軸承得軸向載荷由于Fae+Fd2=444+290=734N＞Fd1即軸承1壓緊，軸承2放松；由此得Fa1=Fae+Fd2=444+290=734N。Fa2=Fd2=290N（4）計算選取的多軸箱軸承的當量載荷因為Fa1Fr1=776734=1.24>e，則查表得取X1=0.4、P1因為Fa2Fr2=290776=0.35<e，則查表得取X2=1、P2（5）選取的多軸箱軸承的壽命計算Ln因為P1＞P2則按軸承1計算，得選取的多軸箱軸承的C=26.8kN，則：LL因為Ln>L'5.4鍵的校核鍵是作為一種標準的零件，經(jīng)常被使用作為連接軸與齒輪之間的，進行周向固定，以此來傳遞轉(zhuǎn)矩。有一些鍵根據(jù)設計的不同，用處也同樣是不一樣的，往往設計與需要比較特殊的。這次設計中主要采用半圓鍵連