楊 哲，楊學(xué)威

（1.湖北工業(yè)大學(xué)，武漢 430068；2.華域汽車電動系統(tǒng)有限公司，上海 201203）

文中的傳動系統(tǒng)設(shè)計針對的是組合機床多軸箱的傳動系統(tǒng)而言的，多軸箱是工序相對集中、高效的孔加工組合機床中重要的部件之一。多軸箱由動力箱提供動力，同時多根主軸同一系列孔可以進行加工。多軸箱傳動設(shè)計，是根據(jù)驅(qū)動軸和各主軸的轉(zhuǎn)速、位置要求，設(shè)計傳動鏈，使主軸獲得預(yù)定的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向。其主要內(nèi)容包括：確定各傳動副的傳動比、齒輪的模數(shù)、齒數(shù)和位置；確定各中間傳動軸的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向和位置；繪制傳動方案圖；計算各主軸、傳動軸的坐標(biāo)值。整個設(shè)計過程的特點是方案選擇靈活，傳動軸數(shù)多，復(fù)雜多軸箱的傳動軸數(shù)高達幾十根，各傳動軸的坐標(biāo)計算工作量大。

1 組合機床多軸箱傳動系統(tǒng)的總體設(shè)計

1.1 對于多軸箱傳動系統(tǒng)的一般要求

（1）在保證主軸強度、剛度、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向的前提下，力求使傳動軸和齒輪的規(guī)格、數(shù)量為最少。為此，應(yīng)盡量用一根中間軸帶動多根主軸，并將齒輪布置在同一排上，當(dāng)中心距不滿足要求的時候，應(yīng)采用變位齒輪獲改變傳動比的方法來解決。

（2）應(yīng)盡量避免采用主軸帶動主軸的方案，以免增加主軸的負荷，從而影響加工的質(zhì)量。

（3）為使結(jié)構(gòu)緊湊，多軸箱內(nèi)齒輪的傳動比最佳為1～1.5，后蓋內(nèi)齒輪的傳動比可以取至3～3.5，應(yīng)盡量避免使用升速傳動。

（4）用于粗加工主軸上的齒輪，應(yīng)盡可能設(shè)在第I排，以減少主軸的扭轉(zhuǎn)變形量；精加工主軸上齒輪應(yīng)設(shè)在第II或第III排，以減少主軸端的彎曲變形。

（5）主軸箱內(nèi)有粗、精加工主軸時，最好從動力箱驅(qū)動齒輪開始就分兩條傳動路線。

（6）驅(qū)動軸直接帶動的傳動軸數(shù)不得超過兩根，以免給裝配帶來困難。

1.2 擬定多軸箱傳動系統(tǒng)

要盡可能把全部主軸中心分布在幾個同心圓上，在各個同心圓的圓心上分別設(shè)置中心傳動軸，非同心圓分布的一些軸，也宜設(shè)置中間傳動軸，然后根據(jù)選定的中心傳動軸再取同心圓，并用最少的傳動軸帶動這些中心傳動軸，最后合攏傳動軸和動力箱驅(qū)動軸連接起來。

（a）所需加工孔為同心圓分布，傳動系統(tǒng)圖如圖1所示：

圖1 多軸箱傳動系統(tǒng)圖

（b）確定驅(qū)動軸轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)向及其在多軸箱上的位置

由圖2可知1－6、7－12、13－18主軸分別成同心圓分布，故可以分別用一根中間傳動軸來帶動6根主軸的傳動方式。

以鉆孔為例：鉆孔主軸所用驅(qū)動軸設(shè)為軸19，則由圖可知：

已知A1－19＝60，m＝2.5，取Z主軸＝21 由公式A＝所以Z19＝27n1－6＝448r／min傳動比

由圖可知動力頭齒輪距離擴孔主軸的中心距A0－20＝110.5mm，查《組合機床設(shè)計手冊》可知，5號動力頭的驅(qū)動軸齒輪取Z＝22，n＝520r／min，由公式得取Z和＝55，所以

結(jié)合擴孔和鉸孔的有關(guān)設(shè)計計算，繪制出傳動方案總圖，見圖2

圖2 傳動方案總圖

由于箱體內(nèi)19、20、21軸的被6根主軸所包圍著，故Z中不可能在主軸箱體內(nèi)腔內(nèi)，而應(yīng)該在箱體后蓋與箱體后壁中間。各主軸直徑如表1所示：

表1 主軸直徑表

各主軸的實際轉(zhuǎn)速如表2所示：

表2 主軸轉(zhuǎn)速表

2 組合機床多軸箱傳動系統(tǒng)的設(shè)計計算

2.1 主軸形式、直徑及齒輪模數(shù)的確定

主軸的形式和直徑主要取決于工藝方法、刀具與主軸的連接形式、刀具的進給抗力和切削扭矩。1－6號主軸為鉆孔主軸，它的軸向切削阻力較大，所以選用裝有止推軸承的滾珠軸承主軸；7－12為擴孔主軸和13－18為鉸孔主軸，因其切削阻力較小，所以可以選用滾錐軸承主軸。據(jù)切削用量，查機床夾具手冊，可得：

式中，D—鉆頭直徑；Kp——修正系數(shù)；S—每轉(zhuǎn)進給量

由上述公式計算的結(jié)果和查《組合機床設(shè)計簡明手冊》選取鉆孔主軸直徑為25mm，擴孔和鉸孔主軸直徑為20mm。驅(qū)動軸齒輪的模數(shù)按一下公式確定：

式中：p—齒輪所傳遞的功率（kW）；z—一對嚙合齒輪中小齒輪的齒數(shù)；——小齒輪的轉(zhuǎn)速（r／min）

故取模數(shù)為m＝4mm，

2.2 多軸箱傳動系統(tǒng)所需動力驗算

多軸箱所需功率由一下幾部分組成：

其中p切削前面已經(jīng)算出；

每根軸的空轉(zhuǎn)功率p空轉(zhuǎn)可以由《組合機床設(shè)計》第一冊機械部分表5－12查得：鉆孔軸的空轉(zhuǎn)功率為0.059kW，擴孔軸的空轉(zhuǎn)功率為0.038kW，鉸孔主軸的空轉(zhuǎn)功率為0.015kW。

每根軸的功率損失p損失，一般可以取所傳遞功率的1%；

所以p多軸箱＝7.534×（1＋1%）＋（0.059＋0.038＋0.015）×6＝8.28kW

多軸箱所需進給力

實際上，為克服滑臺移動引起的摩擦阻力，動力滑臺的進給力應(yīng)大于F多軸箱。

2.3 用最少的傳動軸及齒輪副把驅(qū)動軸和各主軸連接

在多軸箱設(shè)計原始依據(jù)圖中確定了主軸的位置、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向的基礎(chǔ)上，首先分析主軸的位置，擬定傳動方案，選定齒輪齒數(shù)模數(shù)，經(jīng)過“計算、作圖和多次試湊”相結(jié)合的方法，可確定齒輪齒數(shù)和中間傳動軸的位置。如圖3所示：

圖3 傳動軸與齒輪分布簡圖

3 組合機床多軸箱傳動系統(tǒng)自動設(shè)計簡介

自動設(shè)計是相對傳統(tǒng)的多軸箱傳動系統(tǒng)設(shè)計過程繁瑣費時，易出差錯而言，為了把我國組合機床提高到一個新的水平，利用電子計算機對組合機床多軸箱傳動系統(tǒng)進行自動設(shè)計或者輔助設(shè)計，使設(shè)計工作者能解放出來，改由計算機按事先研制的程序自動對設(shè)計方案進行比較分析，選出最佳方案。同時對零件進行強度、剛度等校核計算，最后自動選擇標(biāo)準件、通用件，并打印零件明細表、繪制傳動系統(tǒng)圖等。自動設(shè)計在很短時間內(nèi)即可完成整個設(shè)計過程，使設(shè)計人員避免繁重的手工計算，提高了設(shè)計計算效率和質(zhì)量，縮短了設(shè)計周期，并為今后組合機床及自動線的自動設(shè)計奠定了基礎(chǔ)，為機械加工中的“無圖紙生產(chǎn)”準備了條件。