基于转向节底板孔钻床设计毕业论文.docx

目录摘要1abstract20 文献综述30.1组合机床发展现状30.2 组合机床的特点40.3 组合机床的发展趋势41引言62 转向节结构分析62.1轴颈部分72.2法兰面部分72.3叉架部分83转向节工艺规程设计93.1设计毛坯93.2定位基准的选择93.3转向节表面加工方法的选择103.4转向节加工工艺路线103.5工艺过程卡134 转向节底板四孔钻床总体设计134.1转向节工序图及工序卡134.2转向节加工示意图144.3机床联系尺寸图184.4生产效率计算卡205多轴箱设计205.1多轴箱设计原始依据205.2主轴、齿轮的确定及动力计算215.3多轴箱传动系统的设计与计算225.4传动零件的校核245.5多轴箱坐标计算276电气控制方案设计286.1设计要求286.2选择并确定控制方案286.3进给电机296.4主轴电机296.5照明及信号指示306.6电气控制原理图317夹具设计317.1转向节夹具设计327.2相关分析与计算328小结34参考文献34致谢36*本科毕业论文（设计）转向节底板孔钻床设计*摘要：组合机床通常依据零件的形状结构和位置精度专门进行设计和制造，因此它常常运用于某种零件大批大量加工生产。组合机床采用多轴、多刀、多工序、多面或多工位同时加工的方式，可完成钻、扩、铰、镗、攻螺纹、铣削、车孔端面等工序，生产效率高。同时，组合机床采用大量的通用部件，各种通用部件都具有标准，有匹配的技术参数和完善的配套关系，可以根据实际需要灵活配置，从而缩短机床的设计制造周期。本课题针对转向节底板的钻孔工序，依据转向节的结构特点、加工精度、表面粗糙度以及定位夹紧方案，设计该工序的组合钻床，其主要内容包括组合机床“三图一卡”、多轴箱传动方案、电气控制方案和转向节钻孔专用夹具的设计。关键词：组合机床；多轴箱；电气控制；工艺流程此处需另起一页。2steering knuckle flange four hole drilling machine design*abstract：transfer and unit machine is usually on the basis of the shape of the part structure and location specialize in design and manufacture of precision, so it is often used in mass production. transfer and unit machine adopts multi axis, multi knife, multi process, multi-faceted or multistage and processing, and can complete the drilling, reaming, reaming, boring, tapping, milling, car bore end process, which can improve the production effectively. at the same time, transfer and unit machine adopts a large number of common parts, and all sorts of general parts are the standard sizes with series, with the applicable technical parameters and perfect matching relationship, which can flexibly configured as actual needs, so as to shorten the machine tool design and manufacturing cycle. this topic is in view of the steering knuckle plate drilling process. the transfer and unit machine of this process is designed on the basis of the structure characteristics of the steering knuckle, machining accuracy, surface roughness and positioning clamping scheme. its main contents include “three drawings and one card”, modular machine tool spindle box transmission solutions, the electrical control scheme and special fixture design of steering knuckle drilling.key words：transfer and unit machine; spindle box; electrical control; technological process此处需另起一页。30 文献综述0.1组合机床发展现状组合机床是高效的机床自动化的技术设备。经过20年，组合机床的技术已经取得了很大的进步，同时，通常使用组合机床的汽车和内燃发动机行业也有很大的变化，它们在市场上产品品种不断增加，生产周期不断减小，产品质量也不断改进。现在，因为组合机床仍然是一个大量的机械产品生产加工关键设备，加上组合机床生产质量和效率高，因此被广泛应用在许多行业，包括汽车、航空航天和内燃机产品的制造1。在机械行业的规模化生产中，广泛应用组合机床和自动线设备。统计表明，特别是在汽车行业，大部分均使用组合机床及其自动线。如大众汽车厂的发动机工厂，在上世纪90年代，使用的金属切割机床主要有自动线（60%），组合机床（20%），加工中心（20%）。因此，组合机床的技术性能和自动线的自动化的程度，决定了生产效率，产品的质量和企业生产组织结构，在很大程度上也影响着企业产品的竞争力。在中国，组合机床的发展已超过20年历史，其研究和生产也有相当的时间，应用深入到许多行业。目前，机械行业中，产品更新加快，技术创新增多，生产效率提高，关键设备的快速发展。组合机床和自动线是自动化机电一体化制造技术的高度集成。它的特点是高效率，高品质，经济实用，广泛应用于工程机械，交通运输，能源，军工，轻工，家电等行业。组合机床和自动线主要是机械，电气，燃气，液压控制的结合，它要处理对象是大量大小不一零件，同时要能够完成钻孔，铰孔，加工各种螺纹，铣平面和成形面等工序。组合机床有许多分类，按大小分为大型和小型组合机床，按加工位置有单，双，三，水平，垂直，倾斜，以及多工位旋转组合机床。随着技术的进步，灵活的组合机床受到各个行业的关注，它和编程逻辑控制器（plc）和数控（nc）的组合，可以任意改变工作周期和传动系统，并灵活地适应每一个产品的加工，是一种可用于调整流程变量的机床。由于组合机床是一个全面的高科技产品，在设计上，它和信息处理技术，工具，测量，控制，诊断，监控，清洗，装配和测试技术相结构。我国从国外大量引进高精度的组合机床及其自动线，然而引进技术和设备将不可避免地导致投资和生产成本的规模的扩大。这样一来，我们的市场需求要求我国必须不断开发新技术，新工艺，从机床的刚性过去的结构向灵活的方向发展，以满足客户和市场的需求。0.2 组合机床的特点相比一般机床和专用机床，组合机床有其独特的特点。首先，组合机床可同时使用几种不同的刀具表面在所有方向上加工零件，工序固定，成熟的通用部件、高精度的夹具以及自动工作循环，这些都使组合机床具有较高的加工精度。在钻孔时，组合机床能够确保孔与孔之间的相对位置精度达到最佳。实现工序集中，保证零件的加工质量的同时提高了零件生产加工的速度，进而提高生产率。第二，由于在整个组合机床设计中通用部件、通用零件和标准件约70%90%，其中许多是预先制造好的，在制造新机床时可以根据需要选用。此外，机床还可以根据实际需要拆卸重组成一个新的机床。因此组合机床在更新和改装方面占据与生俱来的优势。并且通用零部件可以重复使用，而且相对容易获得。第三，对于组合机床的设计通常是根据对象的进行具体的设计，因此，可根据最合理的工艺流程进行生产加工，而一般机床则很难做到这一点。第四，由于组合机床设计的特殊性，它的通用零部件通产由专门的厂家生产制造，而不必担心被抄袭。如果厂家使用高精密设备进行通用部件的制造，则生产的通用组件可以提高性能，同时也降低了成本。第五，组合机床设计时，由于大多数零部件是常见的零件，只有少数是特殊的专用零件，因此组合机床的维修和保养也比其他的机床相对简单。0.3 组合机床的发展趋势未来组合机床将围绕着简化机床结构、缩短生产周期、提高工艺可调性方向发展，同时也将提高柔性化的程度。组合机床将更多采用调速电动机和滚珠丝杠等传动，数字控制系统和主轴、夹具自动更换系统也会更加普遍17。在过去的十年中组合机床发展很快。当代社会，汽车行业的竞争更加激烈，产品的寿命进一步缩短，新车型的开发周期也进一步缩短，如日本的丰田汽车公司，在本世纪末要求公司下属工厂要做到全部实现柔性化加工。所以，机床和自动线保在持高生产效率的条件下，进一步提高柔性化就显得非常重要。在第十三届中国国际机床展览会上，瑞士的精机公司展出了一台新型的组合机床mtr410。mtr410具有传统组合机床不具备的高柔性，它具有独特的车、铣、钻、铰等加工功能，可通过一次装卡完成工件的车削和铣削等一系列复杂的高精度加工任务。未来组合机床应改善其先进性、可靠性，拥有低廉的价格，广泛地应用于生产加工，对整个工业都能带来经济效益。同时，组合机床是当今世界的主要生产加工机械，改善和发展机床精确度、自动化和效率，将机械和信息技术相结合。因此，未来的组合机床会朝着精密化、高速化、柔性化、智能化方向发展12。此处需另起一页。471引言转向节是汽车的前桥转向系统中的一个零件，它连接到汽车轮胎和主销，控制汽车转向。由于转向节的作用主要是在汽车行驶过程中进行弯矩和转矩传递，且长期经受较大且不均的力，因此在制造过程中，需要选择适当硬度的材料，适宜的加工方法和合理的加工尺寸。组合机床是根据需求由通用机床设计和专用机床设计发展而来的。它结合了通用万能机床设计、专用机床的特点，调整方便，能够加工不同特点的工件，它同时也具备专用机床的结构简单、生产效率高的优点。组合机床采用呢通用部件和部分专用部件设计出来，完成特定的生产加工任务。当零件的结构形状发生变化后，可以拆掉组合机床的各个部件，重新根据需求组合成新的组合机床。当今时代，世界上汽车产量持续增加，对转向节的需求也随之增大，同时对其加工精度也提出了更高的要求。为了提高生产率，保证转向节的加工精度，采用合理有效的加工方法和加工设备就显得非常重要。而组合机床生产效率高，加工精度高，设计制造简单，维修保养方便，正日益受到汽车加工制造行业的青睐。本课题主要在分析汽车转向节零件结构的基础之上，拟定转向节的加工工艺流程，并设计加工转向节底板四孔的组合钻床以及该工序的专用夹具。2 转向节结构分析为了设计转向节的工艺流程以及设计加工转向节法兰面四孔组合钻床，首先必须对零件进行结构分析，在了解转向节结构形状、形位公差、表面粗糙度的基础之上，才能设计出合理地工艺流程。也只有在清楚地知道钻法兰面四孔工序的尺寸精度及公差要求之后，才能正确的选取合理地切削用量，并以切削用量为依据设计组合机床的专用部件和选择通用部件。最后，结构分析也是设计工装夹具非常重要的一个步骤，良好的结构分析才能使设计出的夹具满足要求。不同类型结构零件的加工方法、加工机床和夹具一般情况下都有显著的不同，根据不同类型的零件制定与其相适应的加工方法才能保证加工精度，提高生产率。转向节零件结构复杂，包括轴颈、法兰面和叉架三部分，各部分的形位精度和表面粗糙度要求都较高。不同的汽车转向节有不同的结构，但一般都包括轴、套、盘、叉架等结构，如图2-1所示。图2-1 转向节fig2-1 steering knuckle2.1轴颈部分转向节的轴颈部位和与汽车转向系统的其他零件之间存在配合，精度较高，通常需要加工的部位包括：尺寸为20-0.14 -0.42mm的轴颈；尺寸为25g6mm的轴颈；小径为28mm，大径为40g6mm的轴颈；尺寸为40g6mm的轴颈及其倒角r5mm；尺寸为的74h10mm轴颈及其倒角r0.7mm。轴颈的圆度和圆柱度公差为0.006mm，对轴心线的同轴度公差为0.01mm。轴颈的圆度和圆柱度公差为0.007mm。轴颈对轴心线的同轴度公差为0.05mm。轴颈端面对轴心线的圆跳动度公差为0.08mm。轴颈上的铣削平台与轴颈的表面粗糙度值不大于1.6m。轴颈的表面粗糙度值不大于1.6m。轴颈的表面粗糙度值不大于25m。轴颈的表面粗糙度值不大于6.3m，端面的表面粗糙度值不大于1.6m。轴颈在螺纹全长上有平台，保证尺寸20-0.14 -0.42mm。在轴颈端头的螺纹长25mm，规格为m221.5-6h。2.2法兰面部分法兰面与刹车盘相配合的，法兰面厚度为10mm，其上有均布的413h11mm的螺栓孔，孔的中心线对转向节轴心线与法兰端面的位置度为0.30mm，表面粗糙度值不大于12.5m。法兰面对轴心线的全跳动度为0.1mm，表面粗糙度值不大于1.6m，法兰盘背面表面粗糙度值不大于12.5m。根据零件图要求可知孔的实际尺寸在13mm13.11mm。由于零件图上表示该孔的公差原则为最大实体要求，所以其实际轮廓不超出最大实体实效边界，即其体外作用尺寸不小于最大实体实效尺寸。当各孔均处于最小实体状态时，其轴线的位置度允许达到最大值，即等于位置度公差和尺寸公差之和0.41mm。由于毛坯为锻造件，因此法兰背面具有一定的角度。同时，为了使螺母端面与法兰面贴合性好，每个螺栓孔均锪有深为、直径为的沉孔，其表面粗糙度值不超过。2.3叉架部分转向节上下两耳的主销孔中心线与法兰面的中心线存在夹角是转向节的典型特征结构。上耳主销孔尺寸要求为，沉孔直径为mm，深度3mm，上耳孔总长为，主销孔与法兰连接部分有倒角。上耳外圆半径为22.5mm，孔的中心线到轴颈的距离为。上耳主销孔下端面与下耳销孔上端面距离为。在距上耳销孔下端面18mm处有直径为的凸台，并加工有规格为的螺纹注油孔。注油孔中心线距法兰面。主销孔圆度和圆柱度公差为，上耳下端面对主销孔中心线的垂直度公差为0.05mm。 主销孔的表面粗糙度值不大于，上下两端面的表面粗糙度值不大于。凸台的表面粗糙度值不大于。下耳主销孔尺寸为，沉孔形状和大小与上耳相同，与法兰的连接部分有的倒圆角。下耳主销孔上端面的表面粗糙度值不大于，下端面的表面粗糙度值不大于。锥孔大端直径，孔长度为，锥度1:8。锥孔中心线距销孔左端面20mm。锥孔底部距左端外圆面10mm。锥孔键槽的中心线的偏转角度为。锥孔端面对锥孔轴心线的垂直度公差为0.05mm。锥孔键槽相对与基准的对称度公差为0.10mm。锥孔的表面粗糙度值不大于，键槽底部表面粗糙度值不大于，键槽侧面的表面粗糙度不大于。锥孔端面的表面粗糙度值不大于。3转向节工艺规程设计设计组合机床首先应该对转向节进行工艺规程设计。3.1设计毛坯工艺设计首先应设计毛坯。毛坯有不同的制造方法，常用的毛坯有铸件、锻件、型材、焊接件、冲压件等。选择毛坯的种类主要依据零件图上规定的材料和机械性能，零件的结构和零件制造的经济性等方面的因素。在本次课题的转向节零件图上明确规定，转向节毛坯使用40cr模锻制造。40cr钢应用广泛，调质后力学性能号，能够适应转向节的工作环境。所以转向节毛坯材料选择使用40cr。转向节属于大批大量生产，且其结构复杂，要求的加工精度较高。而模锻是使让坯料在模膛内塑性变形，有模壁限制金属的流动，因而模锻的锻件尺寸精度较高，结构可以相对复杂，而且模锻效率高，对工人要求低，操作简单，易实现机械化和自动化。这些优势决定了模锻能够生产出符合要求的转向节毛坯。3.2定位基准的选择定位基准要选择正确的基准面，这样才可以加工出符合加工精度要求的零件，使零件的装夹可靠方便。基准面的选择应满足每道工序的要求，通常情况下，先选择精基准，再选择粗基准。（1）精基准的选择为了减少误差，精基准应有足够的加工余量和足够大的定位面和接触面积，符合四项基本原则，即：基准重合原则、基准统一原则、自为基准原则、互为基准原则。基准重合原则要求精基准应选择工序基准，避免基准不重合误差；基准统一原则要求尽量使用一组定位精基准加工，减少工装设计制造，避免基准转换误差；自为基准原则要求尽量选择加工表面本身为精基准；互为基准原则要求遵循互为基准、反复加工的原则。（2）粗基准的选择粗基准应选择所有表面中位置精度高的表面为粗基准，尽量不重复使用粗基准。同时，所选的粗基准表面应该平整、光洁，表面粗糙度的数值应较低，没有铸造或者锻造缺陷，使定位可靠。（3）转向节基准的选择通常用轴颈的中心线和主销孔的中心线及两交线的交点来设计汽车的转向节。所以，在转向节加工定位中，应尽量以中心线、轴颈和主销孔作为定位基准。轴颈应先加工，加工轴颈应先打中心孔，以中心线为基准加工轴颈。3.3转向节表面加工方法的选择选择加工方法时应根据零件的形状位置精度、生产批量、生产使用的设备等方面的因素进行综合分析。根据实际情况，转向节的加工采用材料成形法和材料去除法。材料成形法应用于转向节毛的加工，而材料去除法应用于转向节的毛坯后续加工。转向节各部分结构不同，所以其加工方法也不同，各个结构和表面的加工方法如下：（1）轴颈部分。轴颈部分采用中心线定位，轴颈部分的加工表面有外圆面、端面、平面、螺纹和螺纹轴颈孔。外圆面采用粗车半精车粗磨精磨的加工路线，该加工路线可以满足转向节调质处理要求，使零件的表面精度达到it6，同时表面粗糙度值能够达到。转向节轴颈的端面采用精车半精车精车的加工路线保证其尺寸公差、形位精度和表面粗糙度。轴颈上螺纹同样在车床上加工。螺纹轴颈孔直接钻孔并倒角即可达到精度要求，螺纹轴颈的平面则采用粗铣的加工方法。（2）法兰面部分。法兰面部分要加工法兰面两表面，四个螺栓孔及其沉孔。法兰面两面采用粗铣半精铣精铣的加工路线。四个螺栓孔直接钻孔并倒角。钻完螺栓孔之后再用锪钻在法兰面背面锪螺母沉孔。（3）叉架部分。叉架部分有主销孔、锥孔键槽等表面的加工。其中主销孔使用钻镗拉的加工路线。锥孔采用钻扩铰的加工路线。锥孔键槽一般使用拉床直接加工出来。主销孔端面使用铣床进行粗铣半精铣精铣。注油孔凸台使用锪钻进行加工，之后在凸台上钻孔攻螺纹。3.4转向节加工工艺路线为了提高转向节的疲劳强度，应对其进行中频淬火，以消除残余压应力。依据以上分析，初步拟定两种加工路线：方案1： 工序一：铣上、下耳内外端面工序二：钻、扩主销孔工序三：拉主销孔工序四：钻绞锥孔工序五：拉键槽工序六：铣端面钻中心孔工序七：车轴颈台肩及端面工序八：粗磨轴颈及端面工序九：精磨轴颈及端面工序十：钻法兰面螺钉孔工序十一：中频淬火工序十二：铣两耳侧面工序十三：钻螺纹轴颈孔并倒角工序十四：车螺纹轴颈工序十五：铣螺纹平面方案2：工序一：铣端面钻中心孔工序二：车轴颈及其端面工序三：铣两耳内外端面工序四：钻主销孔工序五：镗主销孔工序六：拉主销孔工序七：铣法兰面两侧工序八：钻法兰面螺钉孔工序九：中频淬火工序十：磨轴颈及其端面工序十一：铣两耳内外端面工序十二：铣法兰面两侧工序十三：钻、攻螺纹注油孔工序十四：钻、铰锥孔工序十五：拉键槽工序十六：钻螺纹轴颈孔并倒角工序十七：车轴颈螺纹工序十八：铣螺纹平面方案比较：方案一主要着眼于减小多次装夹的定位误差，但是由于没有考虑实际环境中生产设备情况，所以，虽然理论上减少了装夹次数，但是在实际的生产当中却增加了工件的定位误差，同时也使工件的装夹变得复杂。另外，转向节轴颈的中心线是整个加工过程中非常重要的定位基准，所以，在拟定工艺路线时应该先加工中心孔，再以中心孔为基准加工其他表面。因此，方案一设计的路线并不是最优的方案。方案二改正方案一的不足之处并结合方案一的优点，根据实际的生产加工状况，从转向节结构形状出发，条理分明地将转向节的主要加工表面分为粗加工、半精加工、精加工三个阶段，并在精加工之前进行热处理，保证转向节的形状精度、表面粗糙度的要求。同时，减少了工件的装夹次数，更重要的是将因装夹而产生的定位误差减少到最低，提高了转向节的加工质量和效率，减小了生产加工成本。因此，通过方案一与方案二的比较，方案二是更为合理地工艺路线。根据以上分析，拟定详细的转向节加工工艺路线如下表3-1所示。表3-1 工艺流程tab.3-1 technological process序号工艺内容定位基准设备010钻中心孔毛坯外圆及法兰端面专用中心孔钻床020粗车轴颈及轴颈端面两端中心孔车床030钻、铰法兰面工艺孔轴颈、法兰面钻床040半精车轴颈及轴颈端面两端中心孔车床050粗铣、半精铣两耳内端面法兰面、轴颈、工艺孔铣床060粗铣、半精铣两耳外端面法兰面、轴颈、工艺孔铣床070钻主销孔法兰面、轴颈、工艺孔钻床080镗主销孔法兰面、轴颈、工艺孔镗床090拉主销孔主销孔拉床100粗铣法兰面左右侧法兰面、轴颈、工艺孔铣床110钻法兰面螺栓孔法兰面、轴颈、工艺孔钻床120锪螺母沉孔法兰面、轴颈、工艺孔钻床130中频淬火140清洗专用清洗机150粗磨轴颈及其端面两端中心孔磨床160精磨轴颈及其端面两端中心孔磨床170精铣两耳内端面法兰面、轴颈、工艺孔铣床180精铣两耳外端面法兰面、轴颈、工艺孔铣床190精铣法兰面左右侧法兰面、轴颈、工艺孔铣床200钻螺纹注油孔主销孔钻床210锪注油孔凸台主销孔钻床220攻注油孔螺纹主销孔钻床230钻、铰锥孔法兰面、轴颈、工艺孔钻床240拉键槽锥孔拉床250钻螺纹轴颈孔并倒角轴颈外圆及端面钻床260车轴颈螺纹车床270滚压螺纹轴颈外圆及端面螺纹滚丝机280磁力探伤并退磁探伤机290铣螺纹平面轴颈及端面铣床300去毛刺锐边310最终检验入库3.5工艺过程卡转向节机械加工工艺卡片是转向节加工工艺方法的技术性文件，该文件表明了零件每道工序的的加工方法、设备、车间和工时等。根据上述的分析，即可制定转向节加工的工艺过程卡片。4 转向节底板四孔钻床总体设计在完成转向节工艺流程的设计之后，即可进行转向节底板四孔钻床的总体设计。4.1转向节工序图及工序卡（1）工序图的绘制工序图应该依据上述转向节的工艺方案进行绘制。它既包括转向节的尺寸、形位精度和表面粗糙度，也包含了加工零件的定位基准、夹紧力作用点和方向、材料方面的内容。根据上述转向节加工工艺流程，可依据转向节形状结构及其精度要求，绘制该工序转向节加工工序图。（2）切削用量的确定转向节钻孔工序根据要求可知应选择相同的切削用量。根据刀具直径和工件及刀具材料，按照经济地选择满足加工要求的原则，采用查表的方法查得：钻头直径，进给量、切削速度。（3）基本时间的计算基本时间是直接用于加工，改变零件形状结构的时间，通常也是时间定额中最重要的部分。一般情况下，钻孔的基本时间通过以下公式进行计算： 式中：基本时间（min）；刀具行程长度（mm）。根据之后的加工示意图可知，本机床的刀具行程为28mm；进给量（mm/r）。本工序为；机床主轴转速（r/min）。本工序为294r/min；进给次数。本工序为1。由此可计算得到： （4）工序卡工序卡引导工人完成工序的加工操作，是加工过程中最为常用的工艺文件之一。工序卡应有工序简图，并且包括每个工步的工艺参数、加工内容、操作要求和所用的设备等内容。根据上述的分析设计，即可制定钻转向节底板四孔工序的工序卡。4.2转向节加工示意图加工示意图展示了零件加工时的具体结构尺寸，其简图如图4-1所示：图4-1 加工示意图fig4-1 machining sketch chart（1）转向节加工示意图相关计算切削用量的计算。本机床加工的孔均为用的高速钢麻花钻的40cr钢材料零件上钻孔。根据切削用量，可计算得到本组合机床多轴箱主轴的转速和进给量：各轴轴向力的计算。四根轴的轴向力相同。 各轴转矩的计算。四根轴的转矩相同。 各轴功率的计算。四根轴的功率相同。 各轴刀具耐用度的计算。本组合机床刀具的生产加工条件相同，其刀具耐用度也应该相同。修正系数。刀具耐用度为： 通过上面的计算可知，选择的切削用量符合设计要求。（2）导向类型选择及相关尺寸计算导向类型的选择计算。因为转向节用于大批大量生产，因此选择可换钻套进行导向。导向线速度为： （3）导套尺寸及其配合的确定1、2、3、4轴导向部分直径，查表取。刀具采用g7公差，。（4）工件端面距离导套的距离导向长度为：根据通用导套的尺寸规格选取。导向至工件的距离 （4）刀具刀尖到达的位置转向节法兰面4个螺栓孔均为通孔，因此切出长度本工序取10mm。（5）刀具长度的确定当钻孔使用麻花钻时，刀具的螺旋槽尾部离开导套端面的距离为，以保证排屑和刀具刃磨后能够有一定的调整距离。因此螺旋槽尾部到刀尖的距离为：（6）主轴和接刀杆的确定因为轴的材料为40cr钢材料，剪切弹性模量查表可得，刚性主轴取，所以，又因为，根据刚性条件计算主轴直径为 因此初步确定该主轴的直径为，再查表可得这4根主轴的外伸直径应为。由于本机床各主轴用于刀具刚性连接钻削加工，所以均采用长主轴，查表可知这4根主轴的伸出长度。再查表，刀具接杆应采用13号接杆，接杆总长度在250540mm范围内选取，具体选取长度的确定根据主轴箱端面到被加工工件端面的距离来确定，即接杆代号为13-lt0635-01，插入主轴部分长度为110mm。（7）工作循环及工作行程动力部件的工作循环通常包括快速引进、工作进给、快速退回三个动作。因为钻床各主轴钻削转向节法兰面通孔，所以组合钻床动力部件的工作循环如图4-1所示：图4-2 工作循环fig4-2 work cycle工作进给长度本机床的工作进给长度包括孔长，切入以及切出长度，故可以计算得到：取28mm。快速退回长度根据加工示意图的要求，可计算得到本机床的最短快速退回长度：总行程为400mm，因此又按照假如刀具刚性良好，且能够满足生产率要求，如果在全长行程上动力滑台导轨磨损平均，为了减少通用部件的数量，应该使快速退回长度增大，因此，将多轴箱的快速退回长度确定为150mm。根据前面确定的动力部件的工作进给长度和快速退回长度，可以确定它们的快进行程为。动力部件总行程长度动力部件总行程长度除应保证要求的循环工作行程外，还要考虑装卸和调整刀具方便，即考虑前、后备量。前备量是指因刀具磨损或补偿制造、安装误差，动力部件尚可向前调节距离，通常取，本机床取50mm。后备量是指考虑刀具从接杆或接杆连同刀具一起从主轴孔中取出所需要的轴向距离。理想情况是保证刀具退离夹具导套外端面的距离大于接杆插入主轴孔内（或刀具插入接杆孔内）的长度。根据前面接杆型号的选择已经确定了接杆插入主轴孔内的长度为110mm，因此后备量选择应大于110mm即可，此处选为200mm。所以，总行程长度为。4.3机床联系尺寸图（1）选择动力部件由于组合机床各通用部件的配套以动力滑台为基准，根据前面对各主轴的进给力和功率的计算，可以计算出多轴箱中所有主轴所需要的总进给力和功率。 根据多轴箱中所有主轴所需要的总进给力选择动力滑台为，其工作进给速度查表可得12.5569mm/min，快速移动速度查表可知小于8m/min。最大进给力为，最大行程为。因此，动力滑台为满足要求。动力滑台的另一些相关尺寸查表可知，台面宽度：630mm，台面长：1250mm，滑台与滑座总高：400mm，滑座长：1690mm。与动力滑台为配套的动力箱应为，此处选择，查表可知，其电机型号为，功率为，满足要求。的输出轴转速为，依此作为设计该组合机床的传动系统。与滑台结合面尺寸：长800mm，宽630mm；所以，动力箱与多轴箱的联系尺寸：宽800mm，高629.5mm；输出轴得位置高度为：。配套的通用部件：查表可知，该机床配套的滑台侧底座为。查表可知：其高度为，宽度。（2）机床装料高度对于一般卧式组合机床，装料高度一般在之间选取。装料高度为： 式中：装料高度；多轴箱最低主轴轴心线至多轴箱体底平面的高度，本钻床为114.5mm；侧底座高度，本机床为560mm；滑座高度；滑座上导轨平面至滑台体上平面的距离；滑台与滑座总高，本机床为400mm；调整垫的厚度，本机床为5mm；多轴箱体底平面至滑台体上平面间的间隙，本机床为0.5mm；工件上最低孔到工件安装基准面的垂直距离（工件最低孔位置），本机床为40mm；中间底座高560mm；夹具底座高度；支承块或支承钉高度；因此，可求得 满足要求。（3）底座轮廓尺寸底座的轮廓尺寸在长度方向尺寸要由所选动力部件和配套部件的位置关系进行设计。中间轮廓尺寸保证加工终了位置时，工件端面至多轴箱前面的距离不小于加工示意图上要求的距离407mm。本机床中间底座长度尺寸按下式确定： 式中：加工终了位置，多轴箱端面至工件端面的距离，本机床为407mm；多轴箱厚度，本机床为325mm；沿机床长度方向工件尺寸，本机床为157mm；滑鞍长度与动力箱底安装面长度之差，本机床为；加工终了位置，滑台前端面至滑座前端面的距离；滑座前端面至侧底座前端面的距离。 从而可计算得到底座长度尺寸为493mm。（4）多轴箱轮廓尺寸计算多轴箱的宽度计算：式中：工件在宽度方向相距最远的两孔距离，本机床为86mm；最边缘主轴距离箱体外表面的距离，本机床取100mm。多轴箱的高度计算：式中：工件在高度方向相距最远的两孔距离，本机床为100mm；最边缘主轴中心距离箱体外表面的距离，本机床取100mm。通过组合机床设计手册可得到多轴箱轮廓尺寸为。4.4生产效率计算卡通过设计生产率计算卡，可以判断所设计的组合机床方案是否满足生产使用的要求。生产率计算卡包括单件加工时间、实际生产率、理想生产率和负荷率的确定和计算。当机床的实际生产率小于理想生产率的时，必须重新选择切削用量或者修改组合机床的设计方案，直到实际生产率大于理想生产率。根据上述分析可设计本组合机床的生产效率计算卡。详见生产效率计算卡。5多轴箱设计5.1多轴箱设计原始依据根据三图一卡可绘制多轴箱设计原始依据图。主轴参数见下表5-1：表5-1 主轴参数表tab.5-1 spindle parameter轴号工序内容加工直径主轴直径主轴外伸尺寸1钻133550/36122940.0720.582钻133550/36122940.0720.583钻133550/36122940.0720.584钻133550/36122940.0720.585.2主轴、齿轮的确定及动力计算（1）主轴结构型式的确定主轴的轴承型式是主轴结构的主要特征，进行钻孔的主轴，轴向力较大，采用推力球轴承承受轴向力，采用向心球轴承承受径向力，本机床主轴均用于钻孔，故主轴采用球轴承。因为钻削时轴向力是单向的，所以前支承使用推力球轴承和向心球轴承即可。轴头结构是主轴结构型式的另一个特征。长主轴轴头内孔比较长，可以增加和刀具尾部连接的接触面，从而增强刀具与主轴的连接刚度，减小到头前端下垂。所以本机床采用长主轴。（2）主轴直径和齿轮模数的确定齿轮模数按下式估算： 式中：m齿轮模数；p齿轮传递功率，kw，本机床为1.24kw；z对齿轮中小齿轮的齿数，此处取21；n小齿轮的转数，r/min，此处取294r/min。则可得因此通过类比法，初步确定多轴箱所有齿轮模数为2mm。（3）多轴箱的动力计算多轴箱所需的功率通常按照以下公式进行计算： 式中：多轴箱总功率，kw；各主轴切削功率的总和，本机床为4.96kw；各轴空载消耗功率的总和，查表知本机床四根主轴的空转功率均为0.006kw；各轴附加功率总和，与负载成正比的附加功率，取所传递功率的1%。故本机床主轴箱所需功率为在传动系统设计完成前，按初步估算公式估算主轴箱所需功率为： 5.3多轴箱传动系统的设计与计算主轴1、2、3、4轴可以视为一组同心圆主轴，其圆心处设置传动轴5，传动轴上再设置一对齿轮油泵轴相连，同时驱动轴与传动轴5相连。首先确定转速最低的传动轴5与主轴1、2、3、4配对的齿轮齿数和（2、3、4轴齿轮齿数与1轴相同）。若取，从原始依据图中可知齿轮中心距为。则可计算得： 其传动比为： 再确定传动轴与驱动轴配对的齿轮齿数和，齿轮模数取为。已知各主轴转速为：驱动轴转速为：则总传动比为： 因此驱动轴与传动轴得传动比为： 从原始依据图中可计算得驱动轴与传动轴的中心距为。则可计算得： 计算可得，。驱动轴上的齿数要求在之间，计算结果满足要求。按上述所选用的齿轮传动计算，可得各主轴转速分别如下：各主轴得理论转速、实际转速、转速相对损失率见下表5-2：表5-2 主轴转速表tab.5-2 spindle speed主轴号理论转速实际转速转速相对损失率12943012229430123294301242943012可见，各主轴转速相对损失率均小于5%，满足组合机床传动系统需要。采用中间传动轴5作为调整手柄，其轴颈为，其转速为：可见轴5得转速较高，操作省力，位置适合，符合要求。采用型叶片泵，6轴为叶片泵轴，由中间传动轴5经一对齿轮传动。 在范围之内，同时润滑油泵轴线距离油箱底面距离为，从润滑油泵轴的转速及其轴线距油箱底面的距离来看，油泵的位置及传动系统设计满足要求。根据以上分析可以得到本机床的传动路线图，见下图5-1：图5-1 传动路线fig5-1 transmission line5.4传动零件的校核（1）验算传动轴直径传动轴5驱动主轴1、2、3、4以及油泵轴。四根主轴的传动比及转矩均已知。查表油泵轴的扭矩：查得r12-1a液压泵的最高压力为0.3mpa、排量为5.88ml/r。假设在理想无泄漏状态，即。式中：p液压泵的压力；q液压泵的排量；t输入扭矩；输入角速度rad/s。单位换算： 代入公式中可计算得到：。则5轴所承受的总转矩为：。根据因此传动轴5符合要求。（2）齿轮校核根据要求，对传动轴5上的齿轮进行接触疲劳强度和弯曲疲劳强度的校核计算。齿轮的材料为45钢，表面淬火，布氏硬度hb=229286，平均值240hb。设使用寿命10年。齿轮，模数为，传动比。传动轴5上齿轮齿宽为32mm，小齿轮齿宽为38mm，8级精度。齿面接触疲劳强度校核由于接触疲劳疲劳强度大小齿轮相等，故选择齿轮副中较弱得那个齿轮进行校核即可。查机械设计11图10-25d可得大齿轮和小齿轮得接触疲劳极限为。应力循环次数： 由此可查机械设计11图10-32接触疲劳寿命系数。取失效概率1%、安全系数，则可计算得到： 因此可得：，所以应校核大齿轮的接触疲劳强度。查机械设计11表10-2至表10-4及图10-8得：使用系数；动载系数；齿间载荷分配系数；齿向载荷分配系数。则载荷系数为： 转矩。齿宽系数。传动比。分度圆直径。已知，故查图可得区域系数。查机械设计11表10-5得：弹性影响系数。则可计算得：故可计算得到齿面接触疲劳强度 因为，因此齿面接触疲劳强度满足要求。齿根弯曲疲劳强度校核查机械设计11表10-3和图10-13可得：，则可得到弯曲疲劳强度计算的载荷系数：计算弯曲疲劳强度用重合系数： 齿形系数由机械设计11图10-17可得：。应力修正系数由机械设计11图10-18可得：。弯曲疲劳极限由机械设计11图10-24c可得：。弯曲疲劳寿命系数由机械设计11图10-22可得：。取弯曲疲劳安全系数，可计算得许用齿根弯曲疲劳强度 小齿轮和大齿轮的齿轮弯曲疲劳强度为： 因为且，因此齿轮齿根弯曲疲劳强度符合要求。5.5多轴箱坐标计算（1）加工基准坐标架的选择及确定各主轴坐标选取坐标架原点在定位销孔上，则其计算结果如下表5-3所示：表5-3 驱动轴与主轴坐标tab.5-3 drive shaft and spindle coordinate0（驱动轴）1轴2轴3轴4轴350000220.000307.000185.000393.000185.000307.00085.0000393.00085.000（2）传动轴坐标及齿轮齿数计算本组合机床的传动系统中，根据已绘制出的零件加工原始依据图可求得传动轴5坐标。其坐标值见下表5-4所示：表5-4 传动轴坐标tab.5-4 transmission shaft coordinate坐标5轴与0、1、2、3、4、6轴x350.000y135.000（3）验算中心距误差轴5与轴1、2、3、4之间的标准中心距为：轴5与轴1、2、3、4之间的实际中心距为：则中心距误差为：因此轴5与轴1、2、3、4均需要采用变为齿轮，变位量均为。轴5与轴0之间的标准中心距为：轴5与轴0之间的实际中心距为：则中心距误差为： 因此轴5与轴0之间也需要采用变位齿轮，变位量为。6电气控制方案设计本组合机床使用机械滑台，故仅设计其电气控制方案。6.1设计要求本组合机床采用1td63动力箱。主轴电机m1，功率为7.5kw，转速为。机械动力滑台的工进电机m2，功率为2.2kw，转速为940r/min，快速行程电机m3，功率为3kw，转速为1430r/min。其要求如下：（1）机床要求完成快进工进快退的工作循环。（2）钻孔需要有冷却液，因此需设置冷却泵。（3）有指示灯表明机床各部分的工作状态。（4）机床可能在晚上工作，因此应具备照明灯。6.2选择并确定控制方案组合机床通常有机械动力滑台和液压动力滑台两种控制路线。本组合机床采用的是机械动力滑台控制路线。机械动力滑台由电动机传动装置、滑台和机械滑座组成，滑台进给运动的自动循环是通过传动装置将动力传递给丝杆来完成。6.3进给电机由于机床要求完成快进工进快退的工作循环，因此要求工进电机m2能正转，快速电机m3能正反转。其主电路图如下图6-1所示：图6-1 进给电机电路图fig6-1 feed motor circuit diagram电机m2和电机m3功率小，可直接启动。当接触器km2 、km3线圈通电，电机m2、m3就能够实现正转。当接触器km4线圈通电，电机m3反转。6.4主轴电机主轴电机m1功率小，可直接启动。主轴电机要求能够正、反转。根据不同工作要求，其转向不同。其主要电路如下图6-2所示：图6-2 主轴电机电路图fig6-2 spindle motor circuit diagram当接触器km1通电，电机m1正转；当接触器k5线圈通电，电机m1反转。6.5照明及信号指示信号指示也可以表明机床是否正常工作，是否存在问题。此外，机床有时候需要晚上工作，所以需要必要的照明。图6-3 信号指示电路图fig6-3 the signal circuit diagramkm1和km5是控制m1的正反转的接触器；km2是控制工进电机m2的正转的接触器；km3和km4是控制电机m3快进快退的接触器。这样就能够把所有的电机的状态显示出来。照明灯如下图所示：图6-4 信号指