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专用支架钻、扩孔组合机床,专用,支架,扩孔,组合,机床
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基于误差预测机床精度 的 设计 摘要 目前， 数字化精度分析是保证机床的设计精度 的 一个重要的工具。 而 相关的精确建模与分析的研究主要集中在对机床的几何精度和运动精度，和成工件表面的运动精度的研究。机床复杂的成形运动， 还 没有准确的精度设计和加工精度的工件现有标准之间的对应关系。因此，提出了一种对机床精度的基于误差预测 的设计方案，它 是 分为两级数字化精度分析的关键 。 第一阶段的目标是 在 指定的加工精度的情况下 由 技术系统来完成工件的各种精度的分布和检验组成部分的技术体系和实现机床总输出精度；第二阶段 是 针对机床系统完成从输出精度分布 来检验机床的 零 部件。这篇文章是 以 齿机为例，描述了两个系统和基本应用方法的误差模型，并对该机床的实际加工精度达到 5级 。 所提出的方法以复杂的成形运动机床的精度设计 来 提供可靠的指导。 关键词 ：复杂的成形运动，机床，精密设计，位 置 误差，误差敏感性 错误的预 设 和误差补偿 是 两种为了提高加工精度的方法， 它 们的有效的实现是基于掌握调节误差源均匀的影响 。 误差建模和分析是实现这一目的的主要技术手段。早在 20世纪 60年代， 992，陈等 人 ，建立了系统的运动模型适用于非刚性条件 ， 分析了几何误差和机床热误差以及综合效率的工具。 1993， 林等人，提出了一种误差分析方法来评估多轴 机床 直接的空间位置和方向误差。目前，误差建模及分析 机床 ，多体理论结合齐次坐标方法变换的原理得到了广泛的应用 。诸如 天津大学，上海交通大学，华中理工大学 ， 浙江大学应用技术和误差方法并取得了系列的建模与分析对机床精度控制研究 的 进展 。 本文旨在研究和开 发高精度滚齿机 例 来 描述机床的精度设计系统误差预测技术中的应用方法。在本文中，实施的基本内容和整体在错误的预测方案进行了阐述。 以 滚齿机 例详细描述建模基本分析方法和机床系统技术。最后，本 文 对机床精度的控制效果 作出预测 。 机床的设计和制造是系统工程 ， 讨论仅针对其精度 的 设计如下。 在 传统的模式 下 ，确定机床的精度设计的直接依据主要是指相应的国家标准，如定位精度，重复定位精度和几何精度组件以及主轴跳动。这些精度指标可以保证通过诸如公差设计，控制系统的设计和机床调整。对于这 样的复杂机床成形运动的齿轮滚齿机，插齿机和铣床锥齿轮，不同的设计精度指标之间的规定 ， 国家标准和加工工件的精度 是 没有准确的对应关系 。 例如， 对于 传动技术 的 介绍 ， 本次设计的对象是一台具有明显的高精度和高效率特性数控滚齿机。 其 唯一的要求是 不 低于齿轮精度 5平，精度设计是只取决于由现行国家标准规定的设计标准是 具有 巨大的风险。在这种情况下的考虑，本工作组对机床的各个步骤精密的设计以及提出并实现了一个基于误差对机床精度设计方案预测。 于精确分布的误差检验预测 一个系统的错误结果 的 输出是通过本系统各误差元素的综合作用。错误预测的目的在于掌握系统误差元素之间的精确关系和最终输出误差系统的设计提前。数字化分析中的应用技术提供了错误预测的条件。具体来说，错误预测工作应包括以下两部分。 （ 1）对单因素作用的纪律预测误差。主要功能是为精度提供分布依据和随后的精密调整。 （ 2）所有预测元素误差累积效应。功能检查的结果的精度分布。如果精度分配结果不符合要求或不满意，以前的工作可以采用执行精度调整和复核。 梯误差的预测方案 机床的服务对象是工件。更复杂的机床成形运动采用基于精确 的设计模式工件的加工精度是必要的。对滚齿机 度分析工作是由两个阶段完 成 。图1 是实施的素描方案。 于工件的加工精度确定机床输出精度 工件的加工精度取决于由工件的夹具 ,机床和刀具工艺系统，因此，建模在第一阶段的分析对象是技术系统。 其 分析内容是加工齿轮和其他零件在技术系统精度之间的关系 。 目标是完成从工件精度分布检验技术系统的其他组成部分。通过在这一阶段的工作，所需要的输出精度机床在指定的加工精度得到可靠的依据，同时，也可以提供刀具的选择和夹具设计在未来的加工调整。毫无疑问，这里强调的是最后两个执行元件的输出精度机床、齿轮加工精度预测之间的关系 ， 机床的输出精度是工作在下一阶段的目标。 理控制机床输出精度 机床 的输出精度，必须经过在第二阶段的工作保证有效地解决了对机床的输出精度合理的分配和控制问题。机床输出误差综合作用的结果在机床各部件 ，在建模与分析这个阶段 ， 如果每个组件命名 为机床细胞，对象是机床系统，该分析内容涉及各机床单元和机床输出精度之间的关系，目标是完成从机床输出精度检验机床精度的细胞分布。因此， 图 各种机床精度设计指标的确定 是 合理的。 在上述分析工作 中的 两个阶段可以提供机器的精度设计一个准确的设计依据。由于 对 统的巨大工作量的精度分析，只有系统误差模型和基本应用方法在两个阶段是对重点描述如下。 滚齿加工成形运动应保证空间啮合关系；这是一个困难的工作，使用齿轮啮合方程求解空间加工齿表面 是 为了简要介绍分析的目的并对模型的应用方法，简化模型参考方便代替空间滚齿模型的研究。 如图 2所示，而滚齿直齿圆柱齿轮，滚齿模型可以转换为齿轮齿条的形式。其中，运动坐标系 1（ t） = T）； 与齿条连接牢固， 1是与时间无关的活动协调系统 1（ t） = T）； 2， 坚决与工件原点， T）是与时间无关。它是假定的节圆半径工件为 R 点 时， T = 0 m，（ 0） = 0）（ 0） = T0，工件包围 现在机架运行 R 向右 ， 因此，参数方程加工齿面可以推断： 图 2. 滚齿加工啮合的关系的二维草图 方程（ 1）反映了滚刀和加工齿形参数的变化（包括误差）之间的真实关系对方程右端可直接反映在加工齿廓，如总的输出参数和机床误差，形状和误差滚刀本身，滚刀的安装位置和在滚刀主轴 的错误，工件尺寸及误差和作为工件的安装尺寸及误差。这模型可以分析 误差 源单个错误动作 和 分析的多误差源综合效应。 滚齿加工工艺系统模型加工精度之间的严格的对应关系的实现对技术系统各部分的齿轮精度是 通过合理的精度分配的，准确的机床 的输出精度可得到检查。此外，应用程序模型可以提供作为设计精密可靠的价值基础，这样的工作控制卡，加工参数的调整，刀选择，误差源的判断以及误差补偿。由于模型的简化，将相关的参数和误差的技术服务 于 模型相应的参数的系统是必需的。 示应用程序的方法 仿真工具。它是 假定加工齿轮是直齿圆柱齿轮，模块 M = 米，齿数 z 40，标 准的压力 20角滚刀。加 工误差预测两种条件下进行： （ 1）的滚刀齿形角有 1误差 滚刀的安装角误差和滚刀主轴姿态误差可以转换成这样的参数。 （ 2）滚刀与中心之间的距离工件有 米的误差，这可以代表机床或加工调整定位误差错误。 分析步骤如下。 （ 1）转换和误差分析的参数是模型参数； （ 2）计算的离散齿面坐标 ,当这个参数是错误； （ 3）计算的离散齿面坐标 ,当这个参数存在误差； （ 4）输出的两种以上的齿廓说案例； （ 5）计算两个齿面微分值坐标集和输出图； （ 6）分析和结论。 图 3 显示了理想和实际加工齿廓齿形；图 4 显示偏差值和实际齿廓偏差特性理想的齿形在误差源 的 不同。上述 结果 只显示基本分析方法单一误差因素影响齿 型 的错误简介。指定的滚齿过程的分析精度，工作等一系列的误差特性单因素分析，综合效应分析多因素影响，精度分布以及对分配的影响检查和精心的策划和实施要求都包括在内。结果分析是指定机床的整体输出精度相应的滚齿精度，这是制定精密准确的目标在下一阶段的指标。由于受长度限制一篇完整的分析过程，这里省略了。 误差模型和分析方法 机床系统误差模型可以准确地描述机 床误差之间的细胞关系和机床的最终输出误差，包括位置，运动误差的关系。这模型主要用于分析的传递规律在这一错误的细胞和积累影响研究。分析结果提供准确的依据当 公差分配和检查这样的工作整个机 床的刚度，控制全机和组件以及装配调整机床精度。样机的服务为实例，介绍了一种基于分析的基本内容该系统模型：对机床细胞误差的敏感性分析下的工具。 床 部件 敏感性误差 由于每个几何结构和尺寸在机床组件和它们的位置工具是不同的，对机床精度后输出转移误差的来源有不同的影响。对机床误差的敏感性分析工具是预测误差的影响程 度每个工具机的输出精度影响的细胞机床，它是合理控制的一项基础工作 机床 的输出精度。由于存在对加工误差敏感方向，误差机床细胞敏感性应覆盖变化在传输误差的大小和方向。 析的原理和基本公式 图 5（ a）是原型机 照片，和图 5（ b）是它的结构示意图。它是假定，在刻加工，一个固定的点 （ 滚刀主轴坐标系可以转化为坐标系中对应的点工件主轴的一系列的齐次坐标后从中间部分到另一个转换。如果两个主轴坐标系和坐标中间部件的系统不产生位 置 误差，这对应点位于理 论位置 （ 相反，这对应点应偏离理想位置定位在实际位置的 （ 两偏差值和偏差方向体现综合结果由各机床 部件 误差引起的。如果机床 部件 建立误差为相同的值之一，提供了它们的效果具有可比性。 基本公式如下 : （ 1） 计算 理想位置。 总的特征变换矩阵滚刀主轴和工件主轴 1 7 之间，可通过将达到不断根据之间的特征变换矩阵序列每个相邻系统。 表特色滚刀主轴 7 和滚刀之间的变换矩阵头 6，包括 3 组矩阵几何位 置 ，两者之间的运动和误差。误差矩阵是在理想状态的单元矩阵为特征的意义和表达方式在相邻的其他机构的变 换矩阵方程可以类推。 从式（ 3），不同的转换矩阵 间在等式右端相邻体（ 5）是实际 位置变换矩阵，包括转换矩阵 为两位 置 误差相邻的体。它 T 关系可以表示为 ： 其中， 三线性位移误差矩阵和 3 角误差相邻的体坐标系之间的矩阵 j 和 i，表示为 ： 采用 除 （ 3）的位置偏差值。 可以获得的差异 和 之间实际位置与理想位置；它们不仅反映了尺寸的变化， 部件 在迁移过程中，但错误也反映了方向 的 变化。 析方法 每个组件的目标的坐标系统机床是建立如图 6 所示。 一点 Q（ 0， 0， 150）在坐标系的选择滚刀主轴系统，它是假定坐标每个工具机的电池系统已经产生了一个单元错误 6 自由度分别为。他们是翻译错误方向和沿 方向；周围的 X 轴角误差， Y 轴 Z 轴与和 表 示，在本文中。最后位置的差异 造成上述公式可以计算。在这项工作中，均匀光源角度误差为 1 100；源的线性误差为 1 / 100 毫米。为了减少工作量示范适当，部分 3（滑台）， 4（柱）为一体，方程（ 3）可以表示为在这个演示： 公式中的转换矩阵是指是从滚齿机 常使用平移和旋转矩阵的一致每个组件的几何位置的数据。每个 部件 产生作用的结果在最后的执行元件误差是指表 1。表 1 角误差项的结果表示为直方图（如图 7 所示），其误差敏感性显得更直观。 它可以被称为拱原理，从齿轮齿轮负误差敏感方向是指 此，归属最不敏感的方向。 图 7 显示了从角误差每个机床误差存在明显差异的细胞。例如，从 和导致的结果，不仅反映在加工敏感方向但也有一个明显的误差放大效应。掌握机床的误差敏感性的细胞可以用于精度分配提供准确的依据（包括刚度公差）和调整并提供误差补偿的指导未来，如热误差的合理选择监测点。 表 1. 最终执行元件误差传递的结果 对于 过研究与开发原型已经完成，两个精密切削试验进行第二次；试验条件为如下。图 8 显示试样切割后。代码是 总 数量 是 8。模块标本 M = N = 62 齿数，压力角 = 20和螺旋角 = 20。小笠原公司在日本选择了硬质合金 滚刀这试验。主要的切削参数如下滚刀转速为 900 转 /分钟，和轴向进给 米 / 米和 米预热后的机床，试样加工连续。加工的试样是本周节累积误差，齿距误差和接触加工的试样的线误差 控制 5，这是比 5高。此外，样机的高效切割精度也比预定的精度 高 。 （ 1）对机床的复杂成形运动，两步精度分析方法更为有利对机床的设计精度控制。第一步：建立技术系统的误差模型和执行系统误差的预测；用指定的零件的加工精度来制定的机床总产量精度检验；第二步：建立机床的误差模型系统合理地控制总的输出精度基于机床误差敏感性机床 部件 。控制精度的实际结果表明用这种方法可以达到预期的目的。 （ 2）灵敏度的错误分析不仅是适用于机床系统也是适用于技术系统。对于复杂的成形运动，在技术系统的误差敏感性应包 括结果误差的大小和特点。 参考 【 1】 杨建国 ， 误差综合补偿技术及数控机床中的应用研究 D 。上海：上海交 通大学， 1998。（中文） 【 2】 R， 热效应在制造计量方法的意义 J.。 1967， 15（ 5）： 6166。 【 3】 陈劲松，袁锦芳， J.。 1992， 20（ 9）： 325329。 【 4】 林 P D， K埃曼 ， 体积误差直接评价 ， 国际 机床 制造， 1993， 33 （ 5）： 675693。 【 5】 李圣怡，戴一帆 ， 精密准确的建模技术和超精密机床 M 。长沙：国立大 学国防科技出版社， 2007。（中文） 【 6】 张勤，刘又午，赵晓松 ， 多体机床系统热误差补偿技术 J.。中国机械 工程学报， 2002， 38（ 1）： 127130。（中文） 【 7】 金华申 ， 在误差补偿的关键技术及应用数控机床的研究 D 。上海上海交 通大学。 2008。（中文） 【 8】 夏勇，胡友民 ， 吴波。在热弹性和热动态特性建模机床的进给系统分析多 米诺效应 J.。中国 机械工程学报， 2010， 46（ 15）： 191198。（中文） 【 9】 林卫青，傅建中，陈子辰。数控加工机床建模的热误差的基于自适应最佳 拟合 J 。中国机械工程学报， 2009， 45（ 3）： 178182。（中文） 【 10】 特温。齿轮啮合理论 M1984。（中文） 【 11】 曾涛。螺旋锥齿轮的加工设计 M尔滨工业大学出版社， 1989。 【 12】 黄强，张根保，任先 林 。公差设计和机床的几何误差源的互相补偿应用 J. 中国机械工程， 2010， 21（ 5）： 580584。（中文） 【 13】 黄强，张根保。机床刚度识别的敏感性分析畸变的关键理论和方法 J.。 中国机械工程， 2009， 20（ 24）： 2 8992 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In to of 1is to in As 2, be to be 1(t)=O1(t); is 1(t) =O2(t); is 2(t) is It is of is r of 1 is m. t=0, )=)=)=t0, to in r of be 221 121 ) ( )ir =+- =-+ - +2) ( ) ) 2. of q. (1) on of be on as of of of on as as of of of of of of of be In as of of as as is it is to of of in of is It is is of m=2.5 of =40, of is 0. of is (1) of is 1 =19). of of be (2) .1 mm of or is as (1) to be (2) of is of (3) of (4) of (5) of (6) 3 4 of of as on on as as on is to of to is an to in to by of an is et 154 3. of 4. of of of is of in as 2of 3as as on of is as to a on on of of of in on of on of is to of of is a to of to of 4, of of 5(a) is a 5(b) is It is at of a , , ) in of be to a in of a of a to If as as of do is in , , ). in , , ). by of If of is as by as (1) w. of be (2) 17 67 56 45 34 03 10,=T (3) F 15517is , be to of , of as of is a of in be by (a) 5. 2) of wQis as =T (4) 17 67 56 45 34 03 10. = (5) q. (3), in q. (5) is of be ij =) of j i, ij x ij y ij z ij ij = (7) (3) of , , )ww w y zto , , )ww w y z of in of of he of is as 6. 6. of (0, 0, is in of it is of an of Y is ij,by be calculate 本科毕业设计 (论文 ) 题目： 专用支架钻 、 扩孔组合机床 右多轴箱设计 专用支架钻 、 扩孔组合机床右多轴箱设计 摘要 多轴箱是组合机床中的主要专用部件之一。通过本题目的设计可以使机械设计制造及其自动化专业学生对四年所学主要课程有一次较为全面的综合应用，得到一次近乎实战的锻炼机会。 本文介绍了 专用支架钻、扩孔双面移动工作台式组合机床右多轴箱设计 ，对其设计过程进行了详细的介绍，主要内容有 :依据被加工工件孔的特点确定切削参数，根据所定参数计算其运动参数和动力参数，并对主轴的轴径、支承方式和所用的轴承等进行选型；接着选择动力箱和主箱体的型号、确定主轴和动力输入轴的位置，再根据主轴及动力输入轴的位置进行传动方案的设计、传动齿轮的确定；最后计算各传动轴、主轴的坐标，验算齿轮的中心距，设计变位齿轮，对传动轴、轴承和齿轮等重要零部件进行校核。 本设计中，在充分数据计算的基础上对标准通用零件做了仔细选择，并依据被加工零件的结构特点，加工部位的尺寸精度，表面粗糙度 要求，以及定位夹紧方式，工艺方法和加工过程中所采用的刀具，生产率，切削用量情况等设计了结 构合理的多轴箱 17。 关键词 ： 组合机床；多轴箱；主轴；传动轴；齿轮 f is of in of be a a a to In of on a of in on of to of of of as as to of of of In on to of by as of 71819. 主 要 符 号 表 B 宽度 H 高度 d 直径 v 速度 f 进给量 n 转速 硬度 P 功率 T 扭矩 R 中心距 F 力 m 模数 Z 齿数 t 时间 L 长度 i 传动比 目 录 1 绪论 . 1 述 . 1 合机床的概述 . 1 合机床的特点 . 2 合机床的工艺范围及配置形式 . 2 课题主要研究内容及指标 . 4 课题主要研究内容及意义 . 4 2 多轴箱的原始数据及计算 . 5 合机床切削用量选择的特点、方法及注意问题 . 5 合机床切削用量选择的特点 . 5 合机床切削用量选择方法及应注意的问题 . 6 削参数的确定 . 6 工位切削参数 . 6 工位切削参数 . 7 床动力参数的确定 . 8 工位动力参数计算 . 8 工位动力参数 . 9 力部件的选取 . 9 的初步选定 . 10 体尺寸的确定 . 12 3 多轴箱传动方案设计 . 14 轴箱传动系统设计的准则 . 14 轴分布类型及传动方案 . 15 动件的确定 . 16 轴坐标的确定 . 17 动轴坐标计算 . 18 工位齿轮的计算 . 20 算中心距误差 . 21 4 传动元件的校核 . 22 的扭转度校核 . 22 的弯扭强度校核及轴承、齿轮的强度校核 . 22 轮的校核 . 26 结 . 28 结论 . 29 参考文献 . 30 致谢 . 31 毕业设计（论文）知识产权声明 . 错误 !未定义书签。 毕业设计（论文）独创性声明 . 错误 !未定义书签。 1 1 绪论 述 近几年来，由于国家加大基础设施的投入，工程机械需求呈现了强劲的增长势头，许多重点工程都陆续开工上马，今后几年仍然会维持较大程度的增长态势。国内工程机械同进口产品相比，其特点是价位低、产品稳定性、可靠性差、零件加工手段相对落后。机械自动化的技术水准，不仅影响整个机械制造业的发展，而且对国民经济各部门的技术进步有很大的直接影响。因此，发展我国的机械制造业自动化技术，符合我国社会主义的基本原则，符合我国现代生产的发展规律。组合机床正是考虑到加工的自动化程度和生产效率的提高，采用多轴箱实现多轴同时加工，可以一次性装 夹零件，采用多工位方法实现零件的一些工序加工。减少生产时间，实现高效高质量生产，可以将几个机床的功能融为一体，实现对零件的加工，大大降低了生产成本和劳动工作量。 在机械制造中，对于单件或小批量生产的工件，许多工厂采用 通用 机床进行加工。由于通用机床要适应被加工零件形状和尺寸的需要，故机床结构一般比较复杂。不仅如此，在实际生产加工中，由于只能单人单机操作，一道一道工序地完成，所以工人的劳动强度大、生产效率低，工件的加工质量也不稳定。 随着汽车工业的发展，同时随着科技的进步，汽车工业也跟着发展到了一个新的高度，而专 用机床也就相应的发展起来，并被广泛的应用于不同的工业生产中。在专用机床中某些部件因重复使用，逐步发展成为通用部件，因而产生了组合机床。因此，组合机床的设计是一个相当重要的课题。而多轴箱是组合机床最重要的部件，因为主轴箱系统的优劣和箱体加工方式、方法直接影响机床的可靠性、耐用性、经济性、准确性。它要求设计者根据被加工零件加工示意图所示的工件加工孔的数量和相对位置、被加工零件的材质选择切削用量和主轴类型设计出传递各主轴运动的动力部件，满足实际加工的多轴箱。其动力来源于通用的动力箱，与动力箱一起安装于进给滑台，可 完成钻、扩、镗孔等加工工序。多轴箱一般具有多根主轴同时对一列孔进行加工。但也有单独的，用于镗孔居多 6。 合机床的概述 组合机床是以通用部件为基础，配以按工件特定外形和加工工艺设计的专用部件和夹具，组成的半自动或自动专用机床。它一般采用多轴、多刀、多工序、 2 多面或多工位同时加工的方式，生产效率比通用机床高几倍至几十倍。由于通用部件已经标准化和系列化，可根据需要灵活配置，能缩短设计和制造周期。因此，组合机床兼有低成本和高效率的优点，在大批、大量生产中得到广泛应用，并可用以组成自动生产线。 组合机床一般用于加工箱体类或非凡外形的零件。加工时，工件一般不旋转，由刀具的旋转运动和刀具与工件的相对进给运动，来实现钻孔、扩孔、锪孔、铰孔、镗孔、铣削平面、切削内外螺纹以及加工外圆和端面等。有的组合机床采用车削头夹持工件使之旋转，由刀具作进给运动，也可实现某些回转体类零件 (如飞轮、汽车后桥半轴等 )的外圆和端面加工。 专用机床是随着汽车工业的兴起而发展起来的。在专用机床中某些部件因重复使用，逐步发展成为通用部件，因而产生了组合机床 6。 最早的组合机床是 1911 年在美国制成的，用于加工汽车零件。初期，各机床制造厂都有各自的通用部件标准。为了提高不同制造厂的通用部件的互换性，便于用户使用和维修， 1953 年美国福特汽车公司和通用汽车公司与美国机床制造厂协商，确定了组合机床通用部件标准化的原则，即严格规定各部件间的联系尺寸，但对部件结构未作规定。 通用部件按功能可分为动力部件 、支承部件、输送部件、控制部件和辅助部件五类。动力部件是为组合机床提供主运动和进给运动的部件。主要有动力箱、切削头和动力滑台。 为了使组合机床能在中小批量生产中得到应用，往往需要应用成组技术，把结构和工艺相似的零件集中在一台组合机床上加工，以提高机床的利用率。这类机床常见的有两种，可换主轴箱式组合机床和转塔式组合机床。 组合机床未来的发展将更多的采用调速电动机和滚珠丝杠等传动，以简化结构、缩短生产节拍；采用数字控制系统和主轴箱、夹具自动更换系统，以提高工艺可调性；以及纳入柔性制造系统等 6。 合机床的特点 a. 主要用于棱体类零件和杂件的孔面加工。 b. 生产率高。因为工序集中，可多面，多工位，多轴，多刀同时自动加工。 c. 加工精度稳定。因为工序固定，可选用成熟的通用部件，精密夹具和自动工作循环来保证加工精度的一致性。 d. 研制周期短，便于设计、制造和使用维护，成本低。因为通用化，系列化、标准化程度高，通用零件占 70%90%，通用件可组织批量生产进行预制或外购。 e. 自动化程度高，劳动强度低。 3 f. 配置灵活。因为结构模块化，组合化。可按工件或工序要求，用大量通用部件和少量专用部件灵活组成各种类型的组合机床及自动线；机床易于改装；产品或工艺变化时，通用部件一般还可以重复利用 2 。 合机床的工艺范围及配置形式 a. 组合机床的工艺范围 目前，组合机床主要用于平面加工和孔加工两类工序。平面加工包括铣平面、刮平面、车端面；孔加工包括钻、扩、铰、镗孔以及倒角、切槽、攻螺纹、滚压孔等。随着综合自动化的发展，其工艺范围正扩大到车外圆、行星铣削、拉削、推削、磨削等工序。此外，还可以完 成焊接、热处理、自动装配和检测、清洗和零件分类及打印等非切削工作。 组合机床在汽车、拖拉机、柴油机、电机及军工及缝纫机、自行车等轻工业大批大量生产中已得到广泛应用；一些中小批量生产的企业，如机床、机车、工程机械等制造业中也已推广应用。组合机床最适宜于加工各种大中型箱体类零件，如汽缸盖、汽缸体、变速箱体、电机座及仪表壳等零件；也可用来完成轴套类、轮盘类、叉架类和盖板类零件的部分或全部工序的加工 2 。 b. 组合机床的配置形式 组合机床的通用部件分为大型和小型两大类。用大型通用部件组成的机床称为大型 组合机床。用小型通用部件组成的机床称为小型组合机床。大型组合机床和小型组合机床在结构和配置形式等方面有较大的差别 2 。 （ 1） 大型组合机床的配置形式 大型组合机床的配置形式可分为单工位和多工位两大类，而每类形式中又有多种配置形式。 按工序集中程度和不同批量生产的需要还有其他几种配置形式： 1) 工序高度集中的组合机床 ,在基本配置形式的基础上，增设动力部件来加工工件的更多表面。这些形式都是结合工件的特定情况配置的。 2) 用于大批大量生产的组合机床为提高生产率，除缩短加工时间，尽量使辅助时间加工时间重合外，还可考虑在每个工位上安装，从而加工不同的表面。 3) 转塔头式及转塔动力箱式组合机床有单轴和多轴两类，并有通用化、系列化标准。通过带有各种工艺性能的单轴（或多轴）转塔头或转塔动力箱转位，实现对工件的顺序加工。单轴转塔主轴设置在转塔体上，工位数有 4 8 个或更多，转塔可布置成卧式和立式；多轴转塔主轴则设置在多轴箱（或单轴箱）上；工位数 3， 4， 6 个，可以完成工件一个面上的主要加工工序。 转塔式组合机床可以完成一个工件的多工序加 工，并可减少机床台数和占地面积，由于转塔式的各工位主轴顺序加工，使得各工位在切削时间上不重合，机 4 床的生产率较低，适宜于中小批量生产场合。 除上述各种配置形式外，还可采用可调式组合机床，以适应几种工件的轮番生产；采用自动换刀式和自动更换主轴箱式组合机床，以适应孔数较少的工件和孔数较多外形式尺寸较大的工件；采用工件能在机床上对工件多次安装与采用多工位回转工作台或移动工作台相结合的方式的组合机床，使一台组合机床能对工件进行多次加工；还可以采用将若干种加工工艺相近似的工件合并加工的成组加工组合机床，以增大中批量生产 的加工能力 10。 （ 2） 小型组合机床配置形式 小型组合机床也是由大量通用零部件组成，其配置特点是：常用两个以上具有主运动和进给运动的小型动力头分散布置，组合加工。动力头有套筒式、滑台式 ,配置灵活性大，操作使用方便，易于调整和改装。 组合机床的配置形式是多种多样的，同一零件的加工可采用几种不同的配置方案。在确定组合机床配置形式时，应对几个可行的方案进行综合分析，从机床负荷率，能达到的加工精度，使用和排屑的方便性，机床的可调性，机床部件的通用化程度，占地面积等方面作比较，选择合理的机床总体布局方案。组合 机床系指以通用部件为基础，配以少量专用部件，对一种或若干种工件按预先确定的工序进行加工的机床 10。 课题主要研究内容及指标 a. 被加工零件孔的直径及相对坐标尺寸见零件示意图 b. 被加工零件的材料为 c. 工件定位面比工作台面高 115 毫米，工作台每工位移动行程 300 毫米； d. 工件对称中心线与工作台中心线重合； e. 熟悉组合机床的基本形式； f. 确定切削用量、计算切削力、选择动力箱型号； g. 设计多轴箱装配图及主要零件图、变位齿轮图； 课题主要研究内容及意义 在本文中主要介绍了组合机床的总体设计步骤，重点论述了组合机床多轴箱的设计步骤和设计的具体过程。在多轴箱设计过程中，还是采用以人工设计为主，其中包括多轴箱设计的原始依据图的绘制、传动路线的设计确定、主轴和传动轴坐标的计算及坐标检查图、装配图和展开图还有部分零件图的具体绘制。 通过本课题设计可以使我对大学四年所学主要课程有了一次较为全面的综合应用，得到了一次近乎实战的锻炼机会，为我以后学习和工作打下了扎实的基础。 5 2 多轴箱的原始数据及计算 工件材料： 材料硬度： 160 200 被加工件孔的直径及相对坐标尺寸见零件示意图 工件定位面比工作台台面高 115毫米，工作台每工位移动行程 300毫米； 确定切削用量、计算切削力、选择动力箱型号； 设计多轴箱装配图及主要零件图、齿轮图。 图 加工零件示意图 合机床切削用量选择的特点、方法及注意问题 合机床切削用量选择的特点 a. 组合机床采用多刀、多刃同时切削，为尽量减少换刀时间和刀具的损耗，保证机床的生产率及经济效果，选用的切削用量应比通用机床单刀加工时低 30%左右。 b. 组合机床通常用动力滑台来带动刀具进给。因此，同一滑台带动的多 轴 6 箱上的所有刀具（除丝锥外）的每分钟进给量相同，即等于滑台的工进速度 4。 合机床切削用量选择方法及应注意的问题 目前常用的查表法，参照生产现场同类工艺，必要时经工艺实验确定切削用量。确定切削用量时应注意以下问题： a. 应尽量做到合理使用所有刀具，充分发挥其使用性能。 b. 复合刀具切削用量选择应考虑刀具的使用寿命。 c. 多轴镗孔主轴刀头均需定向快进快退时（刀头处于同一角度位置进入或退出工件孔），各镗轴转速应相等或成整数倍。 d. 选择切削用量时要注意既要保证生产批量的要求，又要保证刀具一定的耐用度。在生产率要求不高时，切削用量不必选得很高，以免降低刀具的耐用度。 e. 确定切削用量时，还需考虑所选动力滑台的性能 4。 削参数的确定 工位切削参数 表 孔推荐切削用量 加工材料 加工直径 d (切削速度 v（ m/ 进给量 f (mm/r) 铸 铁 1602006 1624 612 1222 2250 削孔的直径为 深为 20径比小于 3d，所以深径比可以不用 虑 8。 由表 知孔的切削参数如下表所示： 表 荐参数 1 孔 切削速度 v (m/进给量 f (mm/r) 6 24 据各个切削用量之间的关系，可以计算出各个主轴的转速范围，其公式 n=v/d (其中： v 为切削速度 (mm/ 7 d 为所钻孔的直径 （ 所以： 161000( ）（）理表格有表 切削参数范围 削速度 v(m/16 24 进给量 f (mm/r) 速 n (r/443 664 工作台进给速 M=其进给速度的范围为： M=(443（ 664=虑到最终的设计有 5%的误差，故取 的转速为 n=450,f=算其工作台进给速度为 M=50 公式 n=v/d 有 v=： m in/v 综上所述，整理表得表 孔切削参数 切削速度 v(m/给量 f (mm/r) 速 n (r/450 工位切削参数 表 孔推荐切削用量 2 孔径 ( 切削速度 v(m/1810 进给量 f (mm/r) 为使机床的结构简单、成本低廉、设计周期短，工作台的进给速度与钻削时的进给速度保持一至，即取 M=此根据表 荐的参数，选择、计算如下： 8 由 n=v/d 其中： v 为切削速度 (mm/ d 为所钻孔的直径 （ 对 孔 转速 4 9 8 7 7 0 0 0 0 0 0( ）（）n=450 则 f=M/n=50=切削速度 =50 上所述，整理表得表 孔参数 切削速度 v(m/给量 f (mm/r) 速 n (r/450 床动力参数的确定： 工位动力参数计算： 参照表 合机床的切削用量计算切削力、转矩及功率 ,钻孔时 (刀具材料选用高速钢 ;工件材料为灰铸铁 )。 a. 切削力 F=26 （ N） （ 2 b. 切削转矩 T= （ N （ 2 c. 切削功率 P=(9740D) ( （ 2 其中： v 切削速度（ m/ f 进给量 （ mm/r） D 加工直径（ 布氏硬度 ： ( 3 ( 3=200-(2003=于 F 1 1 3 9740()9740()( 9 工位动力参数： 参照表 算组合机床扩孔切削时的切削力、转矩及功率 , (刀具材料选用高速钢 ;工件材料为灰铸铁 ) a. 切削力 F= （ N） （ 2 b. 切削转矩 T= (N （ 2 c. 切削功率 P=(9740D) ( （ 2 其中： v 切削速度（ m/ f 进给量 （ mm/r） D 加工直径（ 布氏硬度 ： ( 3 削深度（ 2 D 加工直径 （ d 扩孔前的直径（ 对于所有的孔： 2(2/)( 的孔： 6 0 4 9 4 6 1)9 7 4 0/()( 上所述，整理得表 表 轴动力参数 切削功率 P(削转矩 T(N M) 力部件的选取： 动力部件的选择主要是确定动力箱的选择，要选用与其他部件相配套的动力箱驱动多轴箱进行工作，其驱动功率主要依据多轴箱所传递的切削功率来选用。在不需要精确计算多轴箱功率或多轴箱尚未设计出来之前，可按下列公式进行估算： P 多轴箱 =P 切削 / （ 2 式中 P 切削 消耗于各主轴的切削功率的总和，单位 10 多轴箱的传动效率，加工黑色金属时取 加工有色金属时取 轴多、传动复杂时取小值，反之取大值。 对该被加工零件进行分析，其中钻孔 ，总共 8 个，扩孔 ，总共 8个。由于该机床为两工位机床，在钻孔时扩孔的主轴是空转的，相应的扩孔时钻孔的主轴也是空转的。分别计算钻、扩时所需要的功率如下： 钻P 扩P 削所需的功率远远大于扩孔时的功率，由于加工时只有一个工位在工作另一工位空转，所以用功率较大的钻削功率来估算动力箱的功率，由上边的公式所述，由于加工的是铸铁且内部传动连复杂，所以取效率为 有： 0 2 2 钻动力箱虑到扩工位的空转、传动轴的功率损失，选取动力箱为 1型 其参数如表 表 力箱参数 电动机型号 电动机功率 动机转速 输出轴转速 395 （ 960 (r/480 (r/的初步选定 轴材料的选择：轴的材料主要是碳钢和合金钢，由于碳钢比合金钢价廉，对应力集中的敏感性较低，同时也可用热处理或化学热处理的办法提高其耐磨性和抗疲劳强度，故采用碳钢制造轴尤为广泛，其中最常用的是 45 钢。 轴的结构主要以下因素：轴在机器中的安装位置及形式，轴上安装零件的类型、尺寸、数量以及和轴连接的方法，载荷的性质、大小、方向及分布情况：轴的加工工艺等。轴的结构的因素较多，且结构形式又要随着具体情况的不同而异，所以轴没有标准的结构形式，设计时，必须针对不同情况进行具体的分析。但是，不论何种具体条件，轴的结构都应满足 ：轴和装在轴上的零件要有准确的工作位置；轴上的零件应便于装拆和调整 27。 表 轴动力参数 切削功率 P(削转矩 T(N M) 11 虽然在加工过程中有钻套等辅助设备来保证加工精度但是为了更大程度的保证主轴在工作中的可靠性、提高加工精度，选用刚性主轴查组合机床简明设计手册 3各主轴轴径： 对于 6 3 4 （圆整为 20 对于 1 7 4 使结构对称，同时加大扩孔是的质量，将扩孔轴的轴径也圆整为 20外传动轴的轴径参考主轴。 整理得表 轴的轴径 主轴 轴径（ 20 20 通用钻削类主轴按支承方式可以分为三种 2 ： a. 滚锥轴承主轴：前后支承均为圆锥滚子轴承。这种支承可以承受较大的径向和轴向力，且结构简单、装配调整方便，广泛应用于扩、镗、铰孔和攻螺纹等加工；当刀具进退两个方向都有轴向力切削力时常用此种结构。 b. 滚珠轴承主轴：前支承为推力轴承和向心球轴承、后支承为向心球轴承或圆锥滚子轴承。因推力球轴承设置在前端，能承受较大的轴向力，适应于钻孔主轴。 c. 滚锥轴承主轴：前后支承均采用无内环滚针轴承和推力轴承。当主轴间距较小时采用。 主轴的型式主要取决于工艺方法、刀具主轴联接结构、刀具的进给抗力和切削转矩。如钻孔时常采用滚珠轴承主轴；扩、镗、铰孔等工序常采用滚锥轴承主轴；主轴间距较小时常选用滚针轴承主轴。滚针轴承精度较低、结构刚度及装配工艺性都较差，除非轴间距限制，一般不选用。对于本设计而言，在主轴选用推荐的滚珠轴承主轴，结构如图 示 2： 图 主轴的支撑图 12 然而对于传动轴，由于其基本上不承受轴向力，但是为提高加工精度，防止派生的轴向力影响传动，故选用滚锥轴承的支承方式即在两端均采用圆锥滚子轴承。这样以来就 可以通过轴承的预紧来更进一步的提高加工精度 ,结构如图 所示 12 图 传动轴的支撑图 体尺寸的确定 标准主轴箱的厚度由主轴箱体、前盖和后盖三层尺寸构成。主轴箱厚度为180 盖有两种尺寸，卧式为 55式为 050种尺寸，通常采用 90后盖。因此。主轴箱总厚度卧式通常为 325式主轴箱通常为 340任务书知，工件定位面比工作台高 115作台每工位移动的行程为 300件高度 h 为 410度 B 为 210 所以箱体的尺寸可以按以下公式计算 7： =b+2 (H=h+h1+ (式中 位为 1位为 位为 1位为 工件在 工位与 工位时宽度方向最远两孔的距离 b=470边缘主轴中 心至箱体外壁距离 0装料高度 H=件最低孔位置 0台总高 80底座高度 60所以 h1=-(0.5+h3+20+80+560)=90以箱体尺寸初步计算如下： 610702470 B 4 080903 7 0 H 虑到本设计其内部传动链复杂、传动轴多况且待加工的轴孔间距比较小 , 13 再加上需要安装润滑用的油泵等设备，应优先考虑外部动力输入，预定采用80030多轴箱箱体。由所选动力箱、和箱体，取箱体左下角定位销为原点的输入轴位置（ 14 3 多轴箱传动方案设计 轴箱传动系统设计的准则 多轴箱传动设计，是根据动力箱驱动轴的位置和转速、各主轴位置及转速要求，设计传动 链 ，把驱动轴与各主轴链接起来，使各主轴获得预定的转速和转向。 a. 多轴箱传动系统的一般要求 (1) 在保证主轴的强度、刚度、转速和转向的条件下，力求使传动轴和齿轮 的规格、数量为最少。为此，应尽量用一根中间轴带动多根主轴，并将齿轮布置在同一排上。当中心距不符合标准时，可采用变位齿轮或略微改变传动比的方法来解决。 (2) 尽量不使用主轴带动主轴的方案，以免增加主轴的负荷，影响加工质量。 遇到主轴分布较密，布置齿轮空间受到限制或主轴负荷较小、加工精度要求不高时，也可用一根强度较高的主轴带动 1 或 2 根主轴的传动方案。 (3) 为使结构紧凑，多轴箱内齿轮副的传动比一般不要大于 1/2（最佳传动 比为 1 1/后盖内齿轮传动比允许至 1/3 1/量避免用升速传动。但是为了使主轴上的齿轮不至于过大，最后一级经常采用升速传动。当驱动轴转速较低时，允许先升速后再降一些，使传动链前面的轴、齿轮转矩较小，结构紧凑，但空转功率损失随之增加，故要求升速传动比小于或等于 2；为使主轴上的齿轮不过大，最后一级经常采用升速传动。 (4) 用于粗加工主轴上的齿轮，应尽量设在靠近前盖处，以减少主轴的扭转变形；精加工主轴上的齿轮，应设置在第 3 排 ，以减少主
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