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1、2018年9月9日,机械制造装备设计,组合机床设计,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,本 节 讲 述 内 容,一、多轴箱的功用,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。,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。,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,第三节 通用多轴箱设计,5.润滑、防油元件,第三节 通用多轴箱设计,各种传动轴,攻丝主轴,两
2、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,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,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。, 钻削加工的主轴 轴向切削力较大。选用推力
3、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, 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。, 主轴孔间距较小，可采用滑动轴承。,第三节 通用多轴箱设计, 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。, 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。, 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
4、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。, 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。,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,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。, 多轴箱所需的功率为, 多轴箱所需的进给力，就是动力滑台所需的进给力F进，即,黑色金属=0.80.9 , 有色金属 =0.70.8。,因动力滑台的最大进给力F 进 还要克服滑台移动所
5、引起的摩擦阻力，则最终选择：,第三节 通用多轴箱设计,3.多轴箱传动系统设计,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。,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。,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。,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
6、。,3）多轴箱内的齿轮传动副的最佳传动比为11.5，后盖内的第排（或第排）齿轮，根据需要，传动比可取大一些，但不能超过33.5。,第三节 通用多轴箱设计,6）齿轮安排 不同轴上齿轮不相碰，可放在同一排上；不同轴上齿轮与轴或轴套不相碰，可放在不同排上；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,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。,
7、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。, 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。, 确定驱动轴转速、转向及位置,第三节 通用多轴箱设计, 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
8、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。,第三节 通用多轴箱设计, 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, 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400800 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40050
9、0mm。, 润滑油泵安排, 为便于维修，油泵齿轮最好安排在第排，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，也可安排在第排。,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。,（1）加工基准坐标
10、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。,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,（4）坐标换算,（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=R A验算标准：0.0010.009mm。,（2）选择小坐标系计算中间传动轴坐标,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）按已知和计算出的坐标
11、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,（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。,（3）画出各轴齿轮的分度圆，标明各齿轮排数、齿数及模数。,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
12、形状和轴向位置。,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。,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,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
13、，装配方便。,第三节 通用多轴箱设计,（3）主轴和传动轴装配表,多轴箱总图上应注明多轴箱部装要求，包括：,第三节 通用多轴箱设计,（4）多轴箱技术条件,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,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）。,第三节 通用多轴箱设计,6.攻丝多轴箱的设计,（1）组合机床常用的攻
14、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12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。,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。,第三节 通用多轴箱设计,（2）常用攻丝组合机床的结构方案,1）攻丝动力头型攻丝组合机床 当被加工零件的孔数
15、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。,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,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。, 靠模机构由靠模螺杆5、靠模螺母4组成，其螺距等于被加工螺孔的螺距。当靠模螺杆每转一转时，可带动丝锥前进一个螺距P杆，因此要求螺杆的P杆 尽量接近工件的P工。,第三节 通用多轴箱设计, 攻丝主轴系统的进给运动由攻丝靠模机构得到。,因为攻丝靠模装置能起到通用机床加工螺纹的内联系传动作用，其特点包括：,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。,第三节 通用多轴箱设计,（3）攻丝靠模装置的工作原理,如图，电动机1带动主轴3旋转，通过靠模螺杆带动丝锥回转。靠模螺杆5通过攻丝卡头6与丝锥连接。攻丝卡头6就是主轴靠模系统进给量与丝锥自行引进量的补偿环节。,
