CAD汽车变速器上盖钻孔组合机床设计【包含CAD图纸、说明书全稿】
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第 1 页共 32 页摘摘 要要毕业设计是同们对所学的理论与实际的完美结合。我的毕业设计题目是：“汽车变速器上盖钻孔组合机床设计” 。组合机床是以通用部件为基础，配以少量专用部件，对一种或若干种工件按预先的工序进行加工的机床。它能对工件进行多刀，多轴，多面，多工位同时加工。因此节省了大量的劳动力减轻了工人的劳动强度。组合机床在现代化实际生产中得到广泛应用。本设计为汽车变速器上盖钻孔专用组合钻床的设计，进行加工 2-8.5H10 和 4-8.5 的孔。设计中采用“一面一孔”的定位方式。在夹具方面，选用机械夹紧。主轴箱内的设计中，采用一根传动轴带动四根主轴的方式，本设计中组合机床所选用的通用部件是按标准化、系列化、通用化原则选用的具有特定功能的基础部件。每种通用部件有合理的规格尺寸系列，有适用的技术参数和完善的配套关系。 关键词：关键词：组合机床 钻孔 多轴箱目目 录录第 2 页共 32 页一一 绪论绪论11 二二 组合机床总设计组合机床总设计22（一）组合机床设计步骤（一）组合机床设计步骤22（二）组合机床方案的制定（二）组合机床方案的制定33（三）确定切削用量及选择刀具（三）确定切削用量及选择刀具66三三 三图一卡的设计三图一卡的设计1010( (一一) )被加工零件工序图被加工零件工序图1010（二）加工示意图（二）加工示意图1212（三）机床尺寸联系图（三）机床尺寸联系图1515（四）机床生产率计算卡（四）机床生产率计算卡2121四多轴箱的设计四多轴箱的设计 2323（一）概述（一）概述2323（二）多轴箱的设计步骤和内容（二）多轴箱的设计步骤和内容2424（三）多轴箱总图设计（三）多轴箱总图设计2727致谢致谢2929参考文献参考文献 3030一 绪论（一）课题的来源第 3 页共 32 页在国内外组合机床已发展成为一个新兴的工业部门。由于技术、经济、生产上的原因，早在 50 年代已经迅速发展并具有专门经营这项业务的企业。在技术上，由于传统的普通机床精度低、并且不能同时加工同一零件，导致生产效率低。而社会生产力的巨大发展要求制造技术向高精度与高效率方向前进。而组合机床是以通用部件为基础，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。它能对工件进行多刀、多轴、多面、多工位、同时加工。采用组合机床即能提高生产率又能提高加工精度。在经济上，如果就设备以淘汰的形式更换为新设备则耗资巨大，很不经济，而采用组合机床加以现代化，为中小型企业和大企业创造了可观的经济效益。在生产上，组合机床最适合多品种，中小批量生产，很符合现代化机械制造业的生产需要。就本课题的国内外概况而言，我国是拥有上百万台机床的国家，要在短时间内实现机床多方位加工和高效率、高精密、设备的更新，国情上讲全面更新是不大可能的，组合机床的设计就以成为一个重要的研究方向。因此组合机床的设计加以自动化将会使得我们的国家的制造业迅速发展。在组合机床设计中引入了微机，不但技术上具有先进性，同时应用上也比传统的机床有了较大的通用性和可用性。（二） 指导思想组合机床是以通用部件为基础，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。它能对工件进行多刀、多轴、多面、多工位、同时加工。在组合机床上可以完成钻孔、扩孔、镗孔、攻丝、车削、铣削、磨削及滚压等工序，随着组合机床技术的发展，它能完成的工艺范围日益扩大。组合机床所使用的通用部件是具有特定功能、按标准化、系列化原则设计、制造的组合机床基础部件。每种通用部件有合理的规格尺寸系列，有适用的技术参数和完善的配套关系。组合机床设计应根据机床的性能要求配套液压、气压和电控等系统。主要技术参数1.加工要求：汽车变速器上盖孔 2-8.5H10 和孔 4-8.52.工件材料：HT200 190241HBS第 4 页共 32 页3.生产纲领：6 万件/（单班制）二 组合机床总体设计方案（一）计步组合机床的设骤1 组合机床的特点组合机床是以通用部件为基础，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。它能够对工件进行多刀、多孔等同时加工。在组合机床自动生产线上可以完成一系列的切削加工工序。组合机床及其自动生产线所使的通用部件是具有特定功能，按标准化、系列化通用化原则设计、制造的组合机床基础设计部件。每种通用部件有合理的规格尺寸系列，有适用的技术参数和完善的配套关系。组合机床以其独特的特点在现代化的生产中占有重要的地位，其特点如下：（1） 组合机床上的通用部件和标准部件占全部机床零部件总重量的70 80，因此设计周期短，经济效益好。（2） 由于组合机床上采用多刀加工，机床自动化程度高，因此生产率高，产品质量稳定，劳动强度低。（3） 组合机床的通用部件是经过周密设计和长期生产实践考验的，又有专门厂家成批生产，它与一般专用机床比较，其结构稳定，工作可靠，使用和维修方便。（4） 组合机床加工零件，由于采用专用夹具、组合刀具和导向装置等，产品加工质量靠工艺装备保证，对操作工人的技术水平要求不高。（5） 当机床被加工的产品更新时，专用机床的大部分部件要报销。组合机床的通用部件是根据国家标准设计的，并等效于国家标准，因此其通用部件可以重复使用，不必另行设计和制造。（6） 组合机床易于联成组合机床自动线，适用于大规模和自动化生产需要。本次设计的主要是为了使我们通过对组合机床的设计，对其结构及工作原理有个初步了解。同时经过设计完成组合机床达到加工工件的目的。在设计过程中需要查阅多种设计手册，对各种设计手册也有了一定了解，对以后走上工作岗位有很大的帮助，对以往所学的理论知识也是一个巩固，把所学与实践相结合起来。本次设计主要是为了钻汽车变速器上盖 2-8.5 孔和 4-8.5 孔，年生产第 5 页共 32 页汽车变速器上盖 6 万件，单班生产。2 拟定方案阶段（1） 制定工艺方案制定工艺方案是设计组合机床最重要的一步。工艺方案制定得是否正确，将决定机床能否达到“体积小，重量轻，结构简单，效率高，质量好”的要求。为了使工艺方案制定的合理、先进必须认真分析被加工零件的图纸，全面了解被加工件的结构特点加工部位尺寸精度表面粗糙度和技术要求，定位夹紧方式，工艺方法和加工过程所采用的刀具、辅具，切削用量情况及生产率要求等，分析其优缺点，总结设计、制造、使用单位和操作者丰富的实践经验，以求理论联系实际，从而确定零件在组合机床上的工艺内容及方法，决定刀具种类、结构形式、数量及切削用量等。本设计为组合机床钻孔的设计。加工后的表面粗糙度为 Ra12.5。工件的材料为 HT200，硬度为 190241HBS。工件的生产纲领是每年 6 万件，单班生产。采用标准的锥柄麻花钻，用接杆将其连接在主轴上。工件为汽车变速器上盖，钻 6.7 孔和 47 孔，采用一面两孔的定位方式，根据汽车变速器上盖的形状，采用机械夹紧。（2） 确定机床的工艺方案，确定机床的配置型式，并定出影响机床总体布局和技术性能的主要部件的结构方案。既要考虑能实现工艺方案，以确保零件加工精度，技术要求及生产率；又要考虑机床操作方便可靠，易于维修，且润滑冷却排屑情况良好。（3） 总体设计三图一卡在本设计选定工艺方案并确定机床配置型式、结构方案后，进行方案图纸设计。这些图纸包括：被加工零件工序图，加工示意图，机床联系尺寸图和生产率计算卡，统称“三图一卡”设计。在总设计过程中，应先设计机床的夹具方案，画出夹具方案草图，然后确定多轴箱的轮廓尺寸，从而确定了机床各部分间的尺寸。3 技术设计阶段本设计要求只绘制多轴箱装备图，根据已确定的工艺和结构方案，按照加工示意图和机床联系尺寸图的尺寸和主轴、传动轴的分布形式的设计及通用部件的选择，绘制多轴箱等装配图。4 工作设计阶段本设计要求绘制被加工零件的工序图加工示意图机床联系尺寸图及多轴箱装配图。还要求编制机床设计说明书，并附一关于机械方面的外文翻译。（二） 组合机床方案的制定第 6 页共 32 页组合机床是针对被加工零件的特点及工艺要求，按高度集中工序原则设计的一种高效率专用机床。设计组合机床前，首先应根据组合机床完成工艺的一些限制及组合机床各种工艺方法能达到的加工精度、表面粗糙度及技术要求，解决零件是否可以利用组合机床加工及采用组合机床加工是否合理。如果确定零件可以利用组合机床加工，那么，为使加工过程顺利进行，并达到要求的生产率，必须在掌握大量的零件加工工艺资料基础上，统盘考虑影响制定零件工艺方案、机床配置型式结构方安的各种因素及应注意的问题。经过分析比较，以确定零件在组合机床上合理可以的加工方法、确定工序间加工余量选择合适的切削用量相应的刀具结构确定机床配置型式等，这些便是组合机床方安的主要内容。1 影响组合机床方案制定的主要因素（1） 被加工零件的加工精度和加工工序被加工零件需要在组合机床上完成的加工工序及应保证的加工精度，是制定机床方案的主要依据。采用刚性主轴结构方案时，必须根据被加工零件的材料加工部位的特点及加工精度要求来选择主轴结构型式及数据参数，以使主轴有足够的刚性及抗振性。还必须布置好刀具位置，以减少切削径向力在加工过程中产生的振动。（2） 被加工零件的特点本设计的被加工零件的材料是 HT200，它的硬度为 190241HBS，加工的过程是钻孔，孔的表面粗糙度为 Ra12.5。工件采用一面双销定位。这些对机床工艺方案制定有着重要的影响。同样精度的孔，因材料硬度的不同，其工艺方案也不同，如钢件一般比铸铁件的加工工步数多。（3） 被加工零件的生产批量零件的生产批量是决定采用单工位、多工位或自动线，还是按中小批生产特点设计组合机床的重要因素。本次设计的批量为 6 万件每年，所以采用按中小批量设计组合机床。（4）机床使用条件2 制定工艺方案工艺应考虑的问题（1） 组合机床常用工艺方法能达到的精度及表面粗糙度由于被加工零件的精度要求加工部位尺寸、形状特点、材料、生产率要求不同，设计组合机床必须采用不同的工艺方法和工艺过程。根据对我国使用的组合机床的调查，加工铸铁件的某些主要工序所能达到的精度和表面粗糙度如下述，可供制定时参考。孔的尺寸精度第 7 页共 32 页钻孔 加工孔径在 40mm 以下，一般为实心铸件扩、铰工序之前钻削底孔或螺纹底孔，精度可达 IT10IT11，表面粗糙度 Ra6.312.5m。见组合机床设计P50 表 32（2） 确定工艺方案的原则及注意问题粗、精加工工序的安排 必须根据零件的生产批量、加工精度、技术要求进行全面分析，按照经济地满足加工要求的原则，合理解决加工工序的安排。不要不分具体情况而一律粗、精加工分开或粗、精加工工序的做法。由于本次设计只有一道工序，为粗加工工序，不用考虑工序的安排问题。（3） 制定工艺方案时孔中心距的问题在确定组合机床完成工艺时，要考虑可同时加工最小孔间中心距。由于主轴箱的主轴结构和设置导向的要求，以及保证必须的加工精度和工作可靠的要求，组合机床钻孔对于通用的主轴箱，其最小中心距为 24mm。本次设计的中心距为 55mm，所以主轴箱为通用主轴箱。（4） 定位基准及夹紧点选择组合机床是针对某种零件或零件某道工序而设计的。正确选择加工用的定位基准，是确保加工精度的重要条件，同时也有利于实现最大规模的集中工序，从而收到减少机床台数的效果。选择定位基准的原则及应注意的问题应尽量选择零件设计基准作为组合机床加工的定位基准，这样可减少基准不符的误差，保证加工精度。但在某些情况下，却必须该用其它面作定位基准，如组合机床经常加工的各种发动机汽缸体，其顶面为主要安装基准，即设计基准。选择定位基准应确保工件定位稳定。尽量采用以加工的较大平面为定位基准，这对于精加工尤为重要。在不得以的情况下，才选那些与加工表面有一定关系的、经过仔细清理平整的毛面作为定位基准。切记，定位基准不可选在铸铁或铸件的分型面上，也不要选在有铸孔的部位，否则将影响定位精度。统一基面原则。即在各台机床上采用共同的定位基面来加工零件不同表面上的孔或对同一表面上的孔完成不同的工序，这对工序多的箱体类零件尤为重要。当被加工零件不具备理想的定位基准，或者工件刚性不足时，为防止加工时工件变形，振动而影响加工精度，可在机床上设置辅助支撑，以增加定位稳定性和承受较大的切削力。确定夹压位置应注意的问题第 8 页共 32 页在选择定位基面同时，要相应决定夹压位置。此时应注意的问题是：保证零件夹压后定位稳定；尽量减少和避免零件夹压后变形，消除其对加工的影响。3确定机床配置型式及结构方案应考虑的问题根据被加工零件的结构特点、加工要求、工艺过程方案及生产率等，可大体确定采用哪种基本型式的组合机床。但由于工艺的安排动力部件的不同配置零件安装数目和工位数多少不同，而会产生多种配置方案。不同的配置方案对机床的复杂程度、通用化程度、结构工艺性、加工精度、机床从新调整可能性及经济性等，具有不同的影响。因此，确定机床配置型式及结构方案时，必须考虑下述问题：（1） 组合机床的特点及适用性单工位组合机床的工作特点是，加工过程中位置固定不变，由动力部件移动来完成各种加工。这类机床能保证较高的相互位置精度，它特别适合于大中型箱体类零件的加工。单工位组合机床根据工件加工表面的分布情况不同，其配置型式有卧式、立式、倾斜式和复合式等。根据本设计的被加工件的特点，正适合采用单工位组合机床。（2） 组合机床的加工精度组合机床可完成的工艺范围及所能达到的加工精度已有叙述。这里着重要说明的是组合机床不同的配置型式对加工精度的影响。在确定机床配置型式和结构方案时，首先必须注意零件加工精度能否稳定的得到保证。影响组合机床加工精度的因素是多方面的，一般分为加工误差和夹具误差两方面。钻孔位置精度：指孔与孔或孔与基面间的相对位置精度。通常，采用固定导向能达0.2mm；若严格要求机床主轴和夹具导向的同轴度，减少刀具与导向间隙，精度可达0.20.25mm。在组合机床上加工孔，其孔的中心线对基面或孔相对另一孔中心线的垂直度通常可达 0.02m/100mm。本设计要求达到的精度正好在上述范围内，所以组合机床钻孔的位置精度能达到本零件的要求。（3）其它应注意的问题在确定机床配置型式和结构方案时，要合理解决工序集中问题。在一个动力部件上配置多轴箱加工多孔来集中工序是组合机床基本的加工方法。但主轴数量的多少，既要考虑动力部件及多轴箱的性能和尺寸，又要调整机床和更换刀具方便。要注意排屑和操作使用方便性。由于本设计是用前后导向进行加工的机床，所以采用的方案是卧式加工。有时候，可将孔钻的深一些，以避免由于孔第 9 页共 32 页内积存切屑而折损刀具或破坏加工精度。选择机床配置型式要考虑夹具结构实现的可能性及工作可靠性。确定成套机床或流水线上的各机床型式时，应注意使机床和夹具型式尽量一致，着不仅有利于保证加工精度，也可提高通用化程度，便于设计、制造、维修。组合机床主要用于批量较大的生产。但有的情况下，如为了保证关键工序稳定的加工精度又要缩短设计制造周期，虽然工件批量不大，也采用组合机床。（三） 确定切削用量及选择刀具1 切削用量的选择确定了组合机床上完成的工艺内容之后，就可以着手选择切削用量。切削用量选择是否合理，对组合机床的加工精度、生产率、刀具耐用度、机床的布局型式及正常工作有很大影响。（1） 组合机床切削用量选择的特点在大多数情况下，组合机床为多轴、多刀、多面同时加工。因此，所选切削用量，根据经验应比一班万能机床单刀加工低 30左右。组合机床多轴箱上所有刀具共用一个进给系统，通常为标准动力滑台的每分钟进给量。（2）确定切削用量应注意的问题尽量做到合理利用所有刀具，充分发挥其性能。所以本设计选用锥柄麻花钻。选择切削用量时，应注意零件生产批量的影响。生产率要求不高时，就没必要将切削用量选得过高，以免降低刀具耐用度。对于要求生产率高的大批大量生产用组合机床，要首先保证那些耐用度低，刃磨困难，造价高的所谓“限制性”工序刀具的合理切削用量，但须注意不能够影响加工精度，也不能使刀具耐用度降低。切削用量的选择应有利于多轴箱设计。本设计主轴转速相等，可使多轴箱传动链简单。刀具带导向加工，由于不便冷却润滑，应适当降低切削速度。选择切削用量，还必须考虑所选动力滑台的性能。本设计采用液压动力滑台，所选择的每分钟进给量应比动力滑可实现的最小进给量大 50。这样能避免由于温度和其他原因导致进给量不稳定，影响加工精度，甚至造成机床不能工作。（3） 组合机床切削用量的选择方法必须从实际出发，根据加工精度工件材料技术要求等进行分析，按照经济第 10 页共 32 页地满足加工要求的原则，合理地选择切削用量。一般常用查表法，参考生产现场同类工艺，通过工艺实验确定切削用量。2 确定切削力、切削扭矩、切削功率及耐用度根据刀具材料工件材料加工直径零件的布氏硬度植，由组合机床设计P50 表 37 选取进给量 f=0.14mm/r 切削速度 共称=14m/min（1）切削力 F，切削转距 M，切削功率及刀具耐用度 T 的计算F=26D f0.8 HB0.6 （31）M=10D 1.9 f 0.8 HB0.6 （32）P=mv/9740D （33）T=(960014.30.25)/(vf0.35 1801.3) 8 （34）式中 F切削轴向力（N）D钻头直径（mm）F每转进给量（mm/r）M 切削转矩（n.mm）P切削功率（k.N）T刀具耐用度（min）v 切削速度（m/min） v=公称kv (kv 修正系数)HB零件的布氏硬度值公式（31）和（33）取最大值，公式（34）取最大硬度值减去硬度偏大值的 1/3。由公式 v=公称kv由 L/D=8/9=0.89 查表（35） 得kv=1 则 v=公称kv =141=14m/minn=1000v/d=100014/3.149 =495.5r/min将主轴转速定为 n=500r/min则切削速度 v=dn/1000=3.149500/1000=14.13/min计算硬度 HB=190241HBS由公式（31）得F=26D f0.8 HB0.6=2690.140.82410.6 =1320.22N由公式（32）得M=10D 1.9 f 0.8 HB0.6 =1090.140.82410.6=3668.88N.mm由公式（33）得P=mv/9740d=(3668.8814.13)/(97409)=0.19KW由公式（34）得T=(960014.30.25)/(vf0.35 1801.3) 8第 11 页共 32 页=(960090.25)/( 14.130.140.552241.3)=7370.34mm3刀具结构的选择根据工艺要求及加工精度的不同，组合机床采用的刀具有：简单刀具、复合刀具及特种刀具。选择刀具结构应注意以下几个问题：只要条件允许，为使工件可靠、结构简单、刃磨容易，应尽量选择标准刀具或简单刀具。选择刀具结构时，还必须认真分析被加工零件材料特点。基于以上问题和对被加工零件的分析，本设计中选择的刀具为标准高速钢麻花钻。4确定滑台每分钟进给量根据公式： nf=f 组合机床设计n主轴转速(r/min)f主轴进给量(mm/r)f滑台每分钟进给量（mm/min）f=nf=5000.14=70(mm/min)B系数 根据主轴或传动轴 1m 长度上允许最大扭转角速度选择319组合机床设计主轴为刚性主轴，材料为 45 号钢。取=1/4。/m则系数 B=7.3则主轴直径 d=Bmm=7.3=17.974100/M4100/88.3668WP轴的抗扭转截面模数（mm3）,实心轴的 WP=0.2d3许用剪切应力（N/mm2） 。45 号钢的=31N/ mm2WP =0.293=145.8（mm3）M/ WP=3668.88/145.8=25.16主轴的直径取整，取为 d=20mm。三 三图一卡的社计（一） 加工零件工序图1 被加工零件工序图的作用和要求被加工零件工序图是根据选定的工艺方案，表示在一台机床上或一条自动生产线完成的工艺内容、加工部位的尺寸及精度、技术要求、加工用定位第 12 页共 32 页基准、夹压部位、以及被加工零件的材料、硬度和在机床加工前毛坯情况的图纸。它是在原有的工件图基础上，以突出本机床或自动线加工内容，加上必要的说明绘制的。它是组合机床设计的主要依据，也是制造使用时调整机床、检查精度的重要技术文件。被加工零件工序图包括以下内容：（1） 在图上应表示出被加工零件的形状，尤其是要设置中间导向时，应表示工件内部分的布置和尺寸，以便检查工件装进夹具是否想碰，以及刀具通过的可能性。（2） 在图上应表示出加工用基准、夹紧部位及夹压方向。以便依次进行夹具的定位支撑、限位、夹紧、导向装置的设计。（3） 在图上应表示出加工表面的尺寸、精度表面粗糙度、形状位置尺寸精度及技术要求，还包括本道工序对前道工序提出的要求。（4） 图上还应有必要的文字说明。如被加工零件的名称、编号、材料、硬度、重量及被加工部位的余量。汽车变速器上盖工序图 1 所示第 13 页共 32 页图 12 绘制被加工零件工序图的注意事项（1） 为了是被加工零件工序图清晰明了，一般要突出本机床的加工内容，绘制时，应按一定的比例，选择足够的视图及刨视，突出加工部位用粗实线表示，并把零件轮廓及机床、夹具设计有关的部位用细实线表示清楚。凡本道工序保证的尺寸、角度等，均在尺寸数值下方面粗实线标记，与加工有关的尺寸打上方框。（2） 本机床加工部位的位置尺寸应由定位基准注起，有的定位基准与设计基准不一致应换算成为对称公差尺寸。有时也可以将工件的某一孔的位置尺寸从定位基面标注，其余各孔的位置尺寸以次孔为基准进行标注，以免由于尺寸尺寸链的影响，而不能保证要求的精度。（3） 应注明零件加工对机床提出的某些特殊要求。如对多层壁同轴线等直孔加工，若要求孔表面不留退刀痕迹，则图纸上应注明要求“机床主轴定位，工件让刀” 。3 绘制汽车变速器上盖工序图：根据以上所述分析确定零件的加工工序图。对零件进行总体分析（1）被加工零件材料：HT200（2）被加工零件特点：每个工件 5 个孔。（3）定位方式的选择：采用一面双销作为定位基准零件属于不太正规图形，其中有光滑的孔，一个加工比较光洁的表面，要加工的五个孔可以采用不完全定位，因此确定采用一面双销作为定位基准。（二）被加工零件加工示意图1 加工示意图是组合机床设计的重要图纸之一，在机床总设计中占有重要位置。它是设计刀具、夹具、主轴箱以及选择动力部件的主要资料，同时也是调整机床和刀具的依据。加工示意图，要反映机床的加工过程和加工方法，并决定接杆的尺寸，钻杆长度，刀具种类数量，刀具长度及加工尺寸，主轴尺寸及伸出长度，主轴、刀具、导向与工件的联系尺寸等。加工示意图应绘制成展开图，其绘制顺序是，首先按比例绘制工件的外形及加工部位的展开图。特别是注意那些距离很近的孔严格按比例相邻绘制，以便清晰地看见相邻刀具、导向及工具、主轴等是否想撞。然后，根据工件加工要求几次选定的加工方法绘制刀具，并确定导向形式、位置及尺寸，第 14 页共 32 页选定主轴和接杆。从这些刀具中找出影响其联系尺寸的关键刀具，按其中最长的一根刀具，从主轴箱到工件之间的最小距离来确定全部刀具，导向及工件之间的尺寸联系。加工示意图还要绘制出工件加工部位的图形。在轴数多时，必须在空旁边标上号码，以便设计和调整机床。2 加工示意图的画法及注意事项（1） 加工示意图的绘制顺序是：先按比例用细实线绘出工件的加工部位和局部结构的展开图。加工表面用粗实线。以简化设计，相同加工部位的加工示意图（指对同一规格的孔加工，所用的的刀具、导向、主轴、接杆等规格的尺寸、精度完全相同） ，允许只表示其中之一，亦即同一多轴箱上结构尺寸相同的主轴只画一根。但必须在主轴上标注轴号（与工件的孔号相对应） 。（2） 一般情况下，在加工示意图上，主轴分布可不按真实距离绘制，当被加工件的孔间距很小或需设置径向结构尺寸较大的导向装置时，相临主轴必须按严格比例绘制，并检查相互是否干涉。（3） 主轴应从多轴箱端面画起。刀具加工终了位置。标准的通用结构只画外形轮廓，并必须加注规格代号。对一些专用结构，为显示其结构而必须剖视，并标注尺寸、精度及配合。3 选择刀具、工具、导向装置并标注其相关位置及精度尺寸（1） 刀具的选择 刀具的选择，要考虑工件加工尺寸精度、表面粗糙度、切削的排除及生产率要求等因素。本设计是钻 47 和 6.7的孔，所以选直径为 7mm 和直径为 6.7mm 的钻头。由于要求的精度不是很高，选择标准的高速钢钻头即可，其长度根据工件加工部位的距离，钻头的长度选 200mm 就能达到要求。（2） 导向选择 在组合机床上加工孔，除用刚性主轴的方案除外，工件的尺寸、位置精度主要取决于夹具导向。因此，正确的选择导向结构，确定导向类型、参数、精度，不但是绘制加工示意图必须解决的问题，也是设计组合机床不可忽视的内容。选择导向类型、型式和结构 导向通常分为两类：一类是刀具导向部分与夹具导套之间具有相对移动又有相对转动的第一类导向，或称固定导向。本设计采用的就是固定导向。采用可换钻套与衬套连接，衬套与钻摸板连接。通常依据刀具导向部分直径 d 和刀具转速 n 折合算出导向的线速度（v=dn/1000m/min）在结合加工部位尺寸精度、工艺方法及刀具的具体第 15 页共 32 页工作条件来选择导向类型、型式和结构。确定导向数量、选择导向参数 导向参数应根据工件形状、内部结构、刀具韧性、加工精度具体加工情况确定。导向的主要参数包括：导套的直径及公差配合，导向的长度、导套离工件端面的距离等。按表 317 318 列出的固定式导向的数据，选择和确定导向参数使用。4 确定主轴类型、尺寸、外伸出长度和选择接杆主轴型式主要取决于进给抗力和主轴刀具系统结构上的需要。主轴尺寸规格应根据选定的切削用量计算出切削转矩 M，查表 319 和 320（组合机床设计）初定主轴直径，再综合考虑加工精度和具体工作条件，根据表321 和 322（组合机床设计）决定主轴外伸部分尺寸（直径 D/ d1,长度 L）及配套的刀具接杆莫式锥号。根据上面的计算，主轴的直径为 18mm,所以选择主轴外伸的外径为 30mm,内径为 20 mm,外伸长度为 115mm,接杆的莫式锥号为 2215 T063501。5 确定动力部件的工作循环行程：动力部件的工作循环是指：加工是动力部件从原始位置开始到加工终了位置又返回到原始位置的动作过程。一般包括快速引进、工作进给、快速退回等动作，有时还有中间停止、多次反复进给、跳跃进给、死挡铁停留等特殊等特殊要求，这是根据具体情况确定的。工作行程长度的确定（1） 工作进给长度 L1应等于工件加工部位长度 L 与刀具切入长度 L1和切出长度之和，见图 2 所示。切入长度 L1应根据工件端面误差情况在510mm 间选择，在本设计中将其定为 6mm。切出长度，在采用一般刀具时，可参考表 324（组合机床设计）推荐值选取，本设计选取切入长度为 8mm。而加工部位长度为 8 mm，则确定工作进给长度为 45mm，为了满足退刀及换刀的要求确定快进为 115mm，快退为 160mm。根据数据画出工作循环图，如图 3 所示。（2） 快速退回长度等于快速引进与工件进给长度之和。快速引进是指动力部件把主轴箱连同刀具从原始位置送到开始位置。本次设计取决快速引进长度为 115mm，则快退长度为 160mm。（3） 动力部件总行程长度应保证要求的工作循环工作行程外，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的距离，将设计的前备量定为 20mm。后备量是指宽阔了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第 16 页共 32 页夹具导向外端面的距离大于接杆插入主轴孔的长度。根据上述条件取后备量为 80mm因此，动力部件的总行程长度为快退行程长度与前后备量之和。依此作为选择动力滑台或设计动力部件的依据。第 17 页共 32 页图 3根据前面所选的刀具及导向装置工作行程等绘制出零件的加工示意图：如图 4 所示图 4（三） 机床联系尺寸链图1 联系尺寸链的作用及内容一般来说，组合机床是由标准的通用部件动力滑台、动力箱、各种工艺切削头、侧底座、立柱、立柱底座、及中间底座加上专用部件多轴箱、刀、辅助系统，夹具，液、电、冷却、润滑、排屑系统组合装配而成。联系尺寸图来表示机床各组成部件的相互装配联系和运动关系，以检验机床各个部分相对位置及尺寸联系是否满足加工要求；通用部件的选择是否合理；并为进一步开展多轴箱、夹具等专用部件、零件的设计提供依据。联系尺寸图也可以看成是简化的机械总图，他表示机床的配置型式及总体布局。联系尺寸图的主要内容如下第 18 页共 32 页（1） 以适应数量的视图（一般为主、左视图）按同一比例画出机床各主要组成部件的外形轮廓及相关位置，表明机床的配置型式及总体布局、主视图的选择应与机床实际加工状况一致。（2） 图中应尽量减少不必要的线条及尺寸。担反映各部分的联系尺寸、专用部件的轮廓尺寸、运动部件的极限位置及行程尺寸，必须完整齐全。至于各部分的详细结构不画出，留在具体设计部件时完成。（3） 为便于开展部件设计，联系尺寸图上应表注通用部件的规格代号，电动机型号、功率及转速，并注明机床部件的分组情况及总行程。2 选择动力部件组合机床的动力部件是配置组合机床的基础。它主要包括用以实现刀具主轴旋转主运动的动力箱、各个工艺切削用头及实现进给运动的动力滑台。关于各种动力部件的传动方式、结构特点、应用场合、主要性能参数、联系尺寸及配套关系见第二张及附录。影响动力部件选择的主要因素 ：（1） 切削速度 根据各刀具主轴的切削用量，计算出总切削功率，再考虑传动效率或空载功率损耗及载荷附加功率损耗，作为选择组合机床主传动用动力箱型事情规格的依据。每种型号的动力箱皆可以配用两种规格的电动机，这两种电机除功率大小不同外，转速也不同。因此动力箱输出转速也有高低两种，应根据多轴箱传动系统设施设计要求，并使多轴传动链短和设计简单来选用。（2） 进给力 每种规格的动力滑台有最大进给力 F进的限制。选用时，可根据确定的切削用量计算出主轴的轴向切削力合力F，以F 来确定动力滑台的型号和规格。（3） 进给速度 各种规格的动力滑台都有规定的快速行程速度及最小进给限制。所选择的快速行程速度应大于动力滑台额定的最小进给量。（4） 行程 选用动力滑台时，必须考虑其允许最大行程。目前设计的动力滑台有三种行程。设计时，所确定的动力部件总行程应小于所选动力滑台的最大行程。（5） 多轴箱轮廓尺寸 为使加工过程中动力部件有良好的稳定性，不同规格的动力滑台与何种规格的动力箱配套使用，其上能安装多大轮廓尺寸的多轴箱是有一定限制的。设计时可查组合机床通用部件相应标准的推荐值。夹具，液、电、冷却、润滑、排屑系统组合装配而成。联系尺寸图来表示机床各组成部件的相互装配联系和运动关系，以检验机床各个部分相对位置及尺寸联系是否满足加工要求；通用部件的选择是否合理；并为进一步第 19 页共 32 页开展多轴箱、夹具等专用部件、零件的设计提供依据。联系尺寸图也可以看成是简化的机械总图，他表示机床的配置型式及总体布局。（6） 动力滑台的精度和导轨材料 新标准动力滑台均采用单导轨两侧导向，增加了导向的长度比，提到了导向精度。导向材料有两种，A 型为铸铁导轨，B 型为镶铁导轨，两种材料导轨皆经淬火，硬度达 G4248，故导轨寿命高。动力滑台共有 3 个精度等级， “M”表示精密级， “G”表示高精度级，型号尾部无符号为普通精度级，如1HY25M，1HY25G，1HY25。可根据加工精度，经济合理地选用动力滑台。综合考虑上述因素，根据具体加工要求，正确合理的选择动力部件动力滑台和动力箱，并以其为基础进行通用部件配套。在此设计中，根据对加工零件的分析及相关尺寸的计算决定选用液压动力滑台 1HY25A，台面宽 250mm，台长 500mm,行程长 250mm,导轨为铸铁材料，滑台及滑座总高 250mm，滑座长 790mm，允许最大进给力 F进=8000N，快速行程速度为 12m/min，工进速度 32-800mm/min。选取 1TD20 型号的动力箱,电动机型号为 Y90L-6,其电动机功率不小于1.1KW,电动机时转速为 910 r/min,驱动轴转速度为 615r/min,动力箱与动力滑台结合面尺寸,长 250mm,宽 250mm,动力箱与多轴箱结合面尺寸,宽250mm,高 200mm,动力箱输出轴距箱底面高度烛 124.5mm。动力箱间图 5 如下：图 5选用配套通用部件 侧底座1CC251， 其高度 H=560mm,宽度 B1=450mm,长度L=900mm。3联系尺寸图应考虑的主要问题绘制联系尺寸图，一般是在以画出加工零件的工序图、加工示意图，并初选用动力部件及与其配套的通用部件之后进行的 。对于机床的某些重要尺寸也应在画联系尺寸图之前的方案设计阶段初步确定，如机床的装卸高第 20 页共 32 页度 H，多轴箱的轮廓尺寸及夹具轮廓尺寸等。尤其对于加工精度要求比较复杂的组合机床，往往需要预先画出夹具方安的详细草图，以确定其主要轮廓尺寸。所以，总体设计更确切地说是包括夹具方案在内的四图一卡的设计。对于加工汽车变速器上盖的组合机床的联系尺寸图的确定。（1） 夹具轮廓尺寸的确定组合机床夹具是保证零件加工精度的重要专用部件。这里所确定的夹具轮廓尺寸是指夹具底座的长、宽、高。这些尺寸的确定，除了首先必须考虑工件的形状、轮廓尺寸、具体结构外，还必须考虑能够布置下保证加工要求的定位、限位、夹紧机构、导向系统，并要考虑夹具底座与机床其他部件连接、固定所需要的尺寸。满足要求后即可绘制出夹具图。（2） 机床的装料高度 H 装料高度是指机床上工件的定位基准到地面的垂直距离，我国过去的设计组合机床一般 H=850mm。为提高通用部件及支撑部件的刚度并考虑自动线设计时中间底座内要安装夹具输送、冷屑、排屑装置，新颁布的组合机床标准推荐可视具体情况在 H=8501060mm 之间选取。选取装料高度装料高度 H 考虑的主要因素是：应与车间里运送工件的滚道高度相适应，工件定位的孔到最低主轴的距离为 h1=94.5mm, 最低主轴距主轴箱箱底为 h2=10mm，主轴与液压滑台之间的有 0.5mm 的间隙。和选用通用部件、中间底座、夹具等部件高度尺寸的限制选用滑台与滑座总高度 h3=250mm，底座高度 h4=560mm,中间底座高度 h5=240mm,滑座与侧底座之间调整高度 h6=560mm,综合上述因素，本机床的装料高度取 H=900 mm。（3） 中间底座轮廓尺寸 中间底座的轮廓尺寸要满足夹具在其上面连接安装的需要。其长度方向尺寸要根据所选动力部件（滑台和滑座）及配套部件的位置关系，照顾各部件联系尺寸的合理性来确定。非常重要的是，一定要保证加工终了位置时，工件端面至多轴箱的距离不小于加工示意要求的距离。同时要考虑动力部件处于加工终了位置时，多轴箱与夹具外轮廓间应有便于机床调整、维修的距离。（4） 多轴箱的轮廓尺寸 标准的通用钻床多轴箱的厚度有两种尺寸规格卧式 325mm。立式 340mm。在绘制机床联系尺寸图时，着重要确定的尺寸是多轴箱的宽度 B 和高度 H 及最低主轴的高度 h。如图 6 所示第 21 页共 32 页图 6被加工零件的轮廓以点划线、多轴箱轮廓尺寸用粗实线表示。多轴箱的宽度 B 和高度大小主要与被加工零件孔的分布有关，可按下式确定：B=b+2b1 H=2h +h1+b2 组合机床设计手册P84式中 b工件的宽度方向相距最远两孔的距离（mm）b2最边缘主轴中心距箱外壁的距离（mm）h工件在高度方向相距最远两孔的距离（mm）h1最低主轴高度（mm）b 和 h 为以知尺寸。为保证多轴箱排布齿轮有足够的空间，推荐 b70100mm。多轴箱最低主轴高度 h1须考虑到与工件最低孔位置、机床装料高度、滑台滑座总高度、侧底座高度、滑座与侧底座之间的调整高度（5mm）等之间的关系确定。对于卧式组合机床，h1要保证润滑油不至于从主轴衬套泄出箱外，通常用：h185140mm对于本次设计的组合机床h1=h2+H（0.5+h3+h6+h4）=10+900（0.52505560）=94.5若取 b1=150mm,则可求出多轴箱轮廓尺寸为：B=b+2b1第 22 页共 32 页B=152+2100=352（mm）H=2h+ h1+ b2=299+94.5+100=392.5(mm)根据上诉计算值，按主轴箱轮廓尺寸系列标准，最后确定多轴箱轮廓尺寸为BH=400400mm。4联系尺寸图的画法及步骤（1） 画主视图 主视图的图形布置位置应与实际位置一致，并应选择适当比例。先用双点划线或细实线画出被加工零件的长高轮廓。以工件两端及最低孔中心 OO1分别为长度与宽度的定位基准，根据以确定的机床各组成部件轮廓尺寸及主要相关尺寸按下列顺序进行。以工件的下表面为基准，根据前面已经确定的工件前端面至多轴箱外轮廓。多轴箱以其后盖与动力箱定位连接，根据选择的 ITD25 型动力箱的安装连接尺寸画出动力箱的轮廓。动力箱以其底面与动力滑台定位连接，再机床长度方向上，通常动力箱后端面应与滑台后端面平齐安装。动力滑台与滑座在机床长度方向的相对位置，由加工终了时滑台前端到滑座前端面 L2决定，L2是机床长度方向上各部分联系尺寸的可调环节。对于标准的动力滑台，L2尺寸的最大范围 7585mm。L2是动力滑台、滑座本身结构决定的滑台前端面到滑座前端面的最小与前备量二者之和。前者不应小于 1520mm,对于这次设计来说取 20mm,则L2=60+20=80mm 。为便于机床的调整和维修，滑座与底座之间需加 5mm 厚的调整垫片批。而滑座与侧底座在机床长度方向上的相对位置由滑座前端面到侧底座前端面的距离 L3决定。若采用的侧底座为标准型，则 L3可由组合机床通用部件联系尺寸标准中查的：L3=180。中间底座长度尺寸 L 确定后，必须根据夹具长度尺寸 A 及中间底座的相对安装位置来检查尺寸 a 的大小是否合适。通常，当机机床不采用切削液时，a 尺寸最小可取 10-15mm，当机床采用切削液时，要考虑中间底座周边应有一定宽度的回收冷却液及排屑沟槽，a 一般不小于 70-100mm。如果计算出的 L 值不能满足 A 和 a 尺寸要求，可采取改变加区终了位置时多轴箱端面至于工件端的距离 L1尺寸进行调节，此时必须同时修改加工示意图，以达到相关尺寸，但必须保证滑台有足够的前备量 15-20mm。若计算出中间底座尺寸 L 过大而造成 a 尺寸过大时，一般可通过增加 L2尺寸或侧底座与中间底座之间加垫铁的办法,使 L 尺寸减小,a 尺寸减小。但第 23 页共 32 页必须注意，增加 12的尺寸，不要超过动力滑台关于尺寸的最大调节范围。综上所述可以看出中间轮廓尺寸（尤其是沿机床长度方向的尺寸 L）的决定比较灵活，即要照顾到与其他部件之间联系尺寸的合理性，又要尽量使机床布局匀均节省材料。（2） 画右视图在于重点表示清楚机床各部件在宽度方向轮廓尺寸及相关的位置，配合主视图完成联系尺寸图所需要表达的内容。（3） 联系尺寸图应标注机床各主要组成部件轮廓尺寸及相关尺寸，应使机床在长、宽、高三方向的尺寸链闭。完整、恰当的标注机床各主要组成部件的轮廓尺寸及相关尺寸，应使机床在长、宽、高三方向的尺寸链封闭。应表示清楚运动部件的原位、终点状态及运动过程情况（可用工作循环图表示） ，以确定机床最大轮廓尺寸。应注明工件、夹具、动力部件、中间底座对称中心线的位置关系。一般注明电动机的型号、功率、转速及所选标准通用部件的型号规格和主要轮廓尺寸，并对组合机床所有部件进行分组编号、作为部件和零件设计的原始依据。根据设计要求，经过计算绘制出组合机床的联系尺寸图详细见机床联系尺寸图图纸。（四） 生产率计算卡根据选定的机床工作循环所要求的工作行程长度、切削用量、动力部件的快速及工进速度等，就可以计算机床的生产率计算卡，用以反映机床的加工过程、完成每个动作所须的时间、切削用量、机床生产率及机床负荷率等。1理想生产率 Q1Q1=A/K（件/h） 组合机床设计P87A年生产纲领 6 万件K单班制取 2350h所以 Q1=60000/2350=25.53 件/h2实际生产率 QQ=60/T单（件/h） 组合机床设计P87T单生产一个零件所需的时间（min）T单=t切+ t辅=L1 L2分别为刀具第 1,第 2 工作进给行程长度(mm);Vf1 vf2分别为刀具第 1,第 2 工作进给量(mm/min)t停当加工沉孔止口,光整表面,动力滑台在死挡铁上的停留时间,通常指刀具在加工终了时,无进给状态下旋转 5-10r 所需时间(min);第 24 页共 32 页L快进, L快退分别为动力部件快进快退行程长度(mm)vfk机械比肩取 6-8m/min;液压取 4-12m/mmt移一般取 0.1mint装卸一般取 0.5-1.5minT单= t移+ t移=(L1/vf1+ L2/vf2+t 停)+(L快进+ L快退)/vfk+t移+t装卸=22/70+128/4000+150/4000+1.4=1.984Q=60/1.984=30.24(件/h)i.机床负荷率当 Q1Q2=25.53/30.24=0.844根据组合机床的使用经验,适宜的机床负荷率为 负=0.75-0.90,设计时,可按机床复杂程度参照下面表 1 确定。表 1 组合机床允许的最大负荷率机 床主轴数负荷率 负1509016-40090-086单面或双面41-84086-080四 多轴箱的设计（一） 概述1 组合机床主轴箱的用途及分类多轴箱是组合机床的主要部件之一，按专用要求进行设计，由通用零件组成。其主要作用是，根据被加工零件的加工要求，安排各主轴的位置，并将动力和运动由电机或动力部件传给各工作主轴，使之得到要求的转速和转向。多轴箱按其结构大小，可分为大型主轴箱和小型主轴箱两大类。大型又分为通用主轴箱和专用主轴箱两种。专用主轴箱根据加工特点及加工工艺要求进行设计，由大量的专用零件组成，其结构与设计方法与通用机床类似，第 25 页共 32 页由于本设计工件较大。所以本设计说明书着重介绍大型通用主轴箱的设计的有关问题。2 主轴箱的组成（1） 组成通用主轴箱主要由箱体、主轴、传动轴、齿轮、轴套、轴承等部件和通用（专用）的附加机构组成。（2） 多轴箱的通用零件箱体类零件通用主轴箱箱体零件采用灰铸铁材料，箱体用牌号为前、后、侧盖牌号为。主轴箱编号，卧式主轴厚度为mm。轴类零件由于本次设计主轴箱属于“钻削类”主轴箱。所用的钻削类主轴为滚珠主轴。滚珠主轴是前后为推力球轴承和向心轴承、后支撑为向心球轴承或圆锥滚子轴承的主轴。主轴材料一般为 40Cr 钢，热处理 C42，有滚针轴承的主轴材料为 20Cr 钢，热处理 S0.5C59。传动轴按其用途和支撑型式不同，有以下六种：分别为圆锥滚子轴承传动轴、滚针轴承传动轴、埋头式传动轴、手柄轴、油泵传动轴、攻丝用蜗杆轴。在本次设计中采用了圆锥滚子轴承传动轴、手柄轴、油泵传动轴。传动轴的材料采用 45 钢，调质处理 T215。齿轮主轴箱用的通用齿轮，有传动齿轮、动力箱齿轮和电机齿轮三种。三种齿轮的材料均采用 45 号钢，齿轮进行高频淬火 G54。通用齿轮可参看下表 2表 2 通用齿轮的系列参考表齿轮种类宽度齿数模数孔径（mm）数量传动齿轮2016502、2.5、315、20、25、30、35、40395第 26 页共 32 页321670（1650 连续 5070仅有偶数齿）2、2.5、3、425、30、35、40、50、6059784动力头齿轮4421263，425、30、40、5040电机齿轮792126318、22、28、32、3820（二） 多轴箱的设计步骤和内容1 绘制多轴箱设计原始依据图多轴箱的原始依据图，是根据“三图一卡”整理编绘出来的，其内容包括多轴箱的原始要求和已知条件，在“三图一卡”是已经知道多轴箱轮廓尺寸为 400400mm工件轮廓尺寸及各孔的位置尺寸。工件与多轴箱扣相对位置尺寸。被加工零件名称：汽车变速器上盖，材料：HT200，硬度：HBS 190241动力部件 电机的功率为 1.1KW，转速 910r/min,输出转速 615r /min 输出轴距箱体低面距离为 124.5mm，其它尺寸可查看动力箱联系尺寸图。2 主轴结构型式的选择及动力计算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，并考虑主轴的工作条件和受力情况。本设计为钻削加工的主轴，由于承受较大的轴向力，所选推力球轴承承受轴向力，用向心球轴承承受径向力。因为钻削时轴向力是单向的，因此推力球轴承安排在前端。有时由于工艺要求，主轴进退都要切削，两个方向都有切削力，选用前支撑均为圆锥滚子轴承的主要结构。这种支撑可受较大的径向力和轴向力，且结构简单，轴承个数少，装配调整比较方便。2)主轴直径和齿轮模数的初步确定初定主轴直径一般在编制“三图一卡”时进行。出选模数可由下式估算，再通过类比确定：M（3032）（mm）3nzp第 27 页共 32 页式中：P齿轮传递功率（KW） ；Z一对齿轮中小齿轮的齿数；N小齿轮的的转速（r/min） 。M(3022) =0.8535002019. 0由于多轴箱中用的齿轮模数有 2、2.5、3、3.5、4 等几种，所以选择主要与中间轴之间的齿轮模数为 2。3传动系统的设计与计算(1)对传动系统的一般要求设计传动系统，应在保证主轴强度、刚度、转速和转向的前提下，为求使主要传动件的规格少，数量少，体积小；因此，在设计传动系统时，要注意以下几点：尽量用一根中间轴带动主轴。当齿轮啮合中心距不符合标准时，可变位齿轮或略变传动比。应尽量不采用主轴带动主轴的方案，因为会增加主轴负荷。本次设计就是采用一跟传动轴带动五根主轴。为使结构紧凑，多轴箱体内的齿轮传动比选用 11.5，在多轴箱后盖内的第四排齿轮传动比选用 23.5。由于粗加工切削力大，主轴上的齿轮安排在靠近前支撑，以减少主轴的扭转变形。齿轮排数的安排方法不同轴上齿轮不相碰，放在箱体内不同排上。齿轮与轴相碰，放在后盖内。(2)主轴分布类型及传动系统设计传动系统设计方法本设计主轴的分布的形式为同心圆分布，用一根中间传动轴带着五根轴。确定驱动轴的转速、转向及其在多轴箱上的位置。驱动轴的旋转方向，可任意选择：驱动轴转速由动力箱型号定。其水平方向位置在多轴箱中心。垂直方向由动力箱定。由于五个主轴同心分布，用一根轴带动五根主轴，驱动主轴直接带动中间轴。进行齿轮排列和传动比分配。可用两轴间齿轮啮合中心距公式：A=m(z1+z1/2=mz/2(mm)式中：m齿轮模数；z1主动齿轮齿数；z1被动齿轮齿数；第
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