主轴箱的设计
6主轴箱的设计
多轴箱是组合机床的重要专用部件，根据加工示意图所确定的工件加工孔数和配置，切削用量和主轴类型而设计，由通用零部件组成，能将动力箱的动力传递给主轴，使之按要求的转速和转向旋转，提供切削动力，多轴箱与动力箱一起安装在进给滑台上，可以完成钻，扩，绞，镗等工序。
6.1 绘制主轴箱设计原始依据图
多轴箱原始依据图是设计多轴箱的第一步，它是根据之前的零件工序图和尺寸联系图绘制的，通过工序图知道了主轴的相对分布状况，通过尺寸联系图指的了多轴箱的主体尺寸。
在编制此图时从“三图一卡”中已知：
1）主轴箱轮廓尺寸500×500毫米。
2）工件轮廓尺寸及各孔位置尺寸。
3）工件与主轴箱相对位置尺寸。
根据这些数据可编制出主轴箱设计原始依据图:
图 6-1主轴箱原始依据图
附表：
（1）被加工零件
名称：转向蜗杆箱
材料：KTZ450-06
硬度：200HBS
（2）动力部件
ITD25-ⅠA型动力箱，电动机为Y100L-6型，功率P=1.5KW转速n=520r/min,输入转速520r/min。
图中的横坐标是以左销孔为原点的水平向右的射线，纵坐标是原点引出的竖直向上的射线。通过工序图可知，被加工孔是对称分布的所以可以把孔的分度圆放在箱体的轴线上，Y向尺寸是根据最低主轴轴线到箱体地面距离决定的。
表6-1主轴箱外伸尺寸及切削用量
轴号工序内容
主轴外伸尺寸）切削用量
D/d L n(r/min) v(mm/min) f(mm/r)
f
V
1-5 钻5xM22 32/20 115 590 16 0.15 88 6.2 传动设计
6.2.1拟定传动路线
把主轴1-5作为一组同心圆，在其圆心上布置中心传动轴11。油泵轴由埋
头传动轴驱动，手柄轴由传动轴12驱动。
6.2.2 齿轮模数的确定
初选模数可由下式估算，在通过类比确定：
()3
30~32P
m mm Z n ≥?
式中： P ——齿轮传递功率（KW ），可取P=1.5kw Z —一对齿轮中小齿轮的齿数，取Z=19； n ——小齿轮的转数（r/min ），其中n=520r/min
代入上式计算可知： m>1.5
根据标准，0轴传动采用模数为m=3而其他的传动模数采用m=2;
6.3.2确定传动轴位置及齿轮齿数
传动轴11为主轴1，2，3 ，4，5都各自在同一同心圆上。 齿轮模数按驱动轴出轮估算
m ≥3
3
1.53232 1.7119520
p
zn
?
?
′
输入出轮模数取m 1=3，其余齿轮模数取m 2=2。主轴1，2，3，4,5要求的转速一致且较高，所以采用升速传动。主轴齿数选取Z=45，传动齿轮采用z=45齿的齿轮，变位系数0.181x =。传动轴的转速为:
1000/1.41/min 706/min n r r ==
由于前面选取了主轴直径为30，显然传动轴直径都选取20，这样为了减少传动轴种类和设计题目需要由于传动轴转速是706/min r ，则驱动轴至传动轴的传动
比为:
7061
1000 1.42
i =
= 所以选择两级传动，且传动比分配为：一级为1.2×1.2;二级为1.4×1.0。 驱动轴的直径为30mm ，由《机械零件设计手册》查得知：t=33.3mm,当m=3时，驱动轴上的齿数为： Z min ≥30333.32(
2 1.25)2(2 1.25))44.82
d
m t m ++-=++-= 去驱动齿轮齿数Z=45。
通用的齿轮有三种，即传动齿轮、动力箱齿轮和电机齿轮。材料均为45钢，热处理为齿部高频淬火G54。本机床齿轮的选用按照下表选用
齿轮种类 宽度（mm ）
齿 数 模数（mm ） 孔径（mm ） 驱动轴齿轮
24 32
16～50连
续 16～70
2、2.5、3 2、2.5、
3、
4
15、20、30、35、
40
25、30、35、40、
50 传动轴齿轮 44（B 型）
45 2
25、30、40、50 输出轴齿轮
32
37 3
18、22、28、32、
36
计算各主轴转速
使各主轴转速的相对转速损失在±5%以内。由公式：V=
3.141000
Dn
知：
min 1234281000
11003.14 6.5
r n n n n ?====
=?
6.3主轴箱坐标计算
6.3.1主轴箱坐标系原点的确定
计算坐标第一件事肯定是先定坐标原点，然后绘制坐标轴。根据规定，如果主轴箱安装在动力箱上，那么原点一般选用左边销轴孔原点。
6.3.2坐标计算的顺序
坐标计算的顺序也就是绘制坐标图的顺序。由于主轴的位置在原始依据图上已经能够表示，那么第一个确定的肯定是主轴坐标。其次，驱动轴的坐标在主轴箱后盖可以确定，所以第二步是确定驱动轴坐标。两者坐标确定完后，我们根据我们的传动方案绘制出传动轴的位置，然后可以确定出传动轴的坐标。
6.3.3主轴坐标的计算
其实由于有了现代化的计算机辅助设计，坐标的计算变得非常的简单。只需要把相应的坐标关系图绘制在CAD中，然后其圆心的位置就是每个轴的坐标位置。这种方法避免了用数学的方法一个一个去计算轴坐标，简化了设计步骤和设计难度，非常实用。也因此，坐标的计算变得异常的简单。
6.3.4传动轴坐标的计算
（1）与一轴定距的传动轴坐标计算。计算时，实质就是求直角三角形斜边一端点的坐标，计算时用勾股定理。
（2）与二轴定距的传动轴坐标计算。计算时，实质就是齿轮啮合三角形的两个顶点的坐标和三条边，求另一顶点的坐标。一般用数学分析法计算。
本例各主轴及传动轴的坐标图见图6.2
图6.2 坐标图
表6.2 各轴坐标值
驱动轴11 1轴2轴3轴
X Y X Y X Y X Y 225.000 220.000 225.000 354.000 97.558 261.4080 352.442 261.408 4轴5轴12轴O销X Y X Y X Y X Y 146.236 111.592 303.763 111.592 164.980 305.808 0 0
6.4绘制多轴箱总图
多轴箱总图设计就是根据之前计算和选择的通用件，把设计好的多轴箱用规定的标准绘制出来。要完整表达多轴箱的结构，我们需要一张正视图和展开图。
1、展开图
展开图是表示轴系结构的图，它要求把所有轴（包括驱动轴、传动轴、主轴、油泵轴）的轴系部件完整的绘制上去，轴的空间位置关系可以不用表达，所有轴依次铺开即可，轴上齿轮的啮合也不用表达，轴与轴之间相互分开。
绘制展开图需要注意的是：
1）当两个轴的结构完全一样时，只需要绘制一个图，在图样左边标注所有轴号。
2）当两根轴结构相似，只是齿轮或轴套的位置或型号变化，那么可以在一个图样的上下两部分分别绘制两轴。
3）展开图需要标注齿轮排数。
2、正视图
正视图是表示多轴箱中轴与轴空间结构的图，要求绘制轴的空间布置位置。正视图中轴的细节不用绘制，但是轴上的齿轮啮合关系需要表示（只需要绘制分度圆），同时要表示油管的布置位置。正视图是在坐标图基础上绘制而成的，所以相对比展开图简单。
绘制正视图需要注意的是：
1）需要把所有轴的关系表示清楚，其中包括主轴、传动轴、手柄轴、油泵轴。2）在图中要标注主轴、油泵轴、驱动轴的转速和转动方向，当主轴为逆时针转动时刻不表示。
3）主轴箱中的齿轮分度圆需绘制出，其它结构不用绘制。齿轮的啮合关系要表示，要在分度圆上标注齿轮的齿数和模数。
图6-2多轴箱总图