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毕业设计（论文）中期报告题目：箱体钻孔三面卧式组合机床右多轴箱设计11. 设计（论文）进展状况本课题主要研究的是组合机床中的多轴箱设计。其步骤一般为：绘制多轴箱设计原始依据图；确定主轴结构、轴颈及齿轮模数；拟定传动系统；计算主轴、传动轴坐标，绘制坐标检查图；绘制多轴箱总图，零件图及编制组件明细表。在本次设计中，选择主轴结构为滚珠轴承主轴，该主轴前支撑为推力球轴承和向心球轴承、后支撑为向心球轴承和圆锥滚子轴承，推力球轴承可承受单方向的轴向力，适用于钻孔主轴。从与刀具的连接来说，选用的为长主轴，因该类型主轴内孔较长，与刀具尾部连接的接触面加长，增加了刀具与主轴的连接刚度，减少刀具前端下垂，并采用单导向，适用于钻孔工序。主轴轴颈的选择是根据被加工孔尺寸和轴所传的转矩等因素确定的，将直径圆整后定为 25 毫米。传动轴的轴颈参照主轴轴颈选择。齿轮模数是根据齿轮所传递功率按类比法确定。在接下来的传动设计中，按照拟定多轴箱传动系统的基本方法，将全部主轴尽可能的分布在同一圆周上，然后再该圆中心设置中心传动轴。并在设计的过程中尽量使传动比尽量取在最佳传动比，尽量满足对多轴箱传动系统设计的一般要求。其具体的传动方案如下图：分别主轴 1，2，3，4 在一同心圆上，圆心处设置中心传动轴 9；并用中心传动轴 9 带动分布四周的四个主轴，由于如果在中间传动轴与主轴 5，6，7，8 设置一个3齿轮，则主轴 5，6，7，8 的转向与 1，2，3，4 主轴转向相反，故在中间传动轴与主轴设置两个传动轴。最后将轴 9 与动力输入轴 0 相连接组成完整的传动连链。由于本次设计的多轴箱的主轴数比较多而且结构比较复杂，再加上作者的实际经验不足，为使设计达到比较好的效果，严格参照齿轮设定一般的方法试凑法。经反复的推敲、斟酌，结合该多轴箱孔多，孔间距比较小及设计的基本原则：主轴实际转速与设计转速相差不超过百分之五的理论，最终确定各工位各主轴及传动轴上的齿轮安排。最后计算出主轴以及传动轴坐标，会制作表检查图，经检查后，未出现干涉现象。所有轴坐标如下表：表 3.3 所有轴的坐标轴 号 X 轴 坐 标 Y 轴 坐 标0 265.000000 160.0000001 265.000000 195.5000002 325.000000 255.5000003 265.000000 315.0000004 205.000000 255.0000005 440.000000 355.0000006 440.000000 155.0000007 90.000000 155.0000008 90.000000 355.0000009 265.000000 255.00000010 202.617000 331.32000011 144.290000 302.51700012 328.561000 331.63200013 265.290000 315.57100014 202.617000 148.34000015 144.290000 144.57300016 328.481000 148.34000017 265.290000 144.7800002. 存在问题及解决措施多轴箱传动设计中，遇问题：(1)当用一对齿轮传动满足了轴间距 A 的要求，却不能满足总传动比的要求？该问题可用增设中间轴的方法解决。（2）在用中间传动轴带动在一同心圆上分布的主轴时，齿轮传动会发生干扰？3注：1. 正文：宋体小四号字，行距 22 磅；标题：加粗 宋体四号字2. 中期报告由各系集中归档保存，不装订入册。将同一圆周上的主轴分别用中心传动轴上的不同排齿轮带动。3. 后期工作安排后期任务主要为：绘制多轴箱总图，零件图及编制组件明细表，绘制多轴箱展开图，完善设计过程，完成设计说明书指导教师签字：年 月 日毕业设计(论文)开题报告题目： 箱体钻孔三面卧式组合机床右多轴箱设计开题报告填写要求1开题报告作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。此报告应在指导教师指导下，由学生在毕业设计（论文）工作前期内完成。2开题报告内容必须按教务处统一设计的电子文档标准格式（可从教务处网页上下载）填写并打印（禁止打印在其它纸上后剪贴） ，完成后应及时交给指导教师审阅。3开题报告字数应在 1500 字以上，参考文献应不少于 15 篇（不包括辞典、手册，其中外文文献至少 3 篇） ，文中引用参考文献处应标出文献序号， “参考文献” 应按附件中参考文献“ 注释格式”的要求书写。4 年、月、日的日期一律用阿拉伯数字书写，例：“2008 年 11 月 26 日” 。1毕业设计（论文）题目背景、研究意义及国内外相关研究情况。1.1.题目背景及课题意义在我国经济飞速发展的时代，我国机床设计的水平与国外先进的设计技术水平的距离有了明显的缩小，我国组合机床工业已经取得了很大的成就，组合机床的产量迅速的增长，质量不断的提高，新产品不断的涌现，组合机床及其自动线在机械制造业中正火的不断的提高，新产品不断涌现，组合机床及其自动线在机械制造业中正获得越来越广泛的应用。组合机床一般采用多轴、多刀、多工序、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特殊形状的零件。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。而组合机床的专用部件多轴箱，是工序相对集中、高效的孔加工组合机床中重要的部件之一 。它是根据加工示意图所确定的工件加工孔的数量和位置、切削用量和主轴类型设计的传递个主轴运动的动力部件。其动力来自通用的动力箱，与动力箱一起安装于进给滑台。能够完成钻、扩、铰、镗孔等加工工序。1.2.国内外先关研究情况1.2.1.国外方面目前多轴箱设计分为一般设计法和计算机辅助设计法。国外组合机床 CAD 技术的研究开展得较早，尤其是进入 80 年代以来, 随着计算机技术的发展, 交互式绘图和数据库管理系统等发展和应用, 使组合机床 CAD 技术使用范围不断扩大, 如美国的 INGERSOLL、 KINGSBURY、BURGMAST、CINCINNATI 、MILACRON、LAMB 、CROSS 等机床公司,德国赫勒许勒(Huller Hillel)公司,英国克劳斯 (Cross)公司,组合机床已经向CAD /CAM 集成系统发展 , 其中多轴箱模块化设计已趋于成熟 1。1.2.2.国内方面1978 年, 组合机床 CAD 技术列为国家机械工业重点项目, 从此开始了我国组合机床 CAD 技术的研究。目前, 大连机床厂、常州机床总厂、武汉机床集团公司、安阳第二机床厂、保定第二机床厂、济宁机床厂和大连组合机床研究所等, 在组合机床设计中普遍应用 CAD 技术。近年来, 随着 CAD 技术的日益成熟, Pro /E、UG 、So lid Edge 、AutoCAD 等多种 CAD 技术已广泛应用于组合机床设计。其中,许多有关多轴箱计算机辅助设计的研究工作也相应取得了很大成就, 已经研制出较多有效的软件系统 1。本课题研究的主要内容和拟采用的研究方案、研究方法或措施。2.1.设计(论文) 的主要内容：多轴箱按结构特点可以分成通用多轴箱和专用多轴箱两大类 2。前者的结构比较典型，能够利用通用的箱体和传动件；专用多轴箱的结构较特殊，一般对主轴系统刚性的要求较高，对主轴及某些传动件必须进行特殊设计。因此，专用多轴箱一般是指“刚性主轴箱” ，即采用不需刀具导向装置的刚性主轴和用精密滑台导轨来保证加工孔的位置精度。通用多轴箱则采用标准主轴，借助导向套引导刀具来保证被加工孔的位置精度。本课题的主要研究内容如下：（1）熟悉组合机床的基本形式（2）确定切削用量、计算切削力、选择动力箱型号（3）设计多轴箱装配图及主要零件图、变位齿轮图2.2 一般设计法的顺序：绘制多轴箱设计原始依据图；确定主轴结构、轴颈及齿轮模数；拟定传动系统；计算主轴、传动轴坐标，绘制坐标检查图；绘制多轴箱总图，零件图及编制组件明细表。.本课题研究的重点及难点，前期已开展工作3.1.重点及难点：在本次设计过程中，多轴箱的传动设计是多轴箱设计的核心，也是本课题研究的重点与难点。1 多轴箱传动系统总体设计多轴箱传动系统设计主要是依据动力箱驱动轴的位置和转速、各主轴的位置及其转速要求来设计传动链，把主轴和驱动轴连接起来，从而使各主轴获得预定的转速和转向。本文设计对象为多轴箱的右轴箱的传动系统。（1）多轴箱传动系统的基本要求在保证主轴的强度、刚度、转速和转向的条件下，力求传动轴和齿轮规格、数量为最少。为此，应尽量用一根中间传动轴带动多根主轴，并将齿轮布置在同一排上。尽量不用主轴带动主轴的方案，以免增加主轴负荷。遇到主轴较密时，布置齿轮的空间受到限制或主轴负荷较小、加工精度要求不高，也可用一根强度较高的主轴带动 12 根主轴的传动方案。为使结构紧凑，多轴箱内齿轮副的传动比一般要大于 1/2，后盖内齿轮齿轮传动比允许至 1/3，尽量避免用升速传动。当驱动轴转速较低时，允许先升速然后再降一些。驱动轴直接带动的转动轴数不能超过 2 根，以免给装配带来困难。（2）多轴箱传动系统的拟定基本方法首先把全部主轴中心尽可能分布在几个同心圆上，在各个同心圆的圆心上分别设置中心传动轴；非同心圆分布的一些轴，也宜设置中间传动轴；然后根据选定的各中心传动轴再取同心圆，并用最少的传动轴带动这些中心传动轴；最后通过合拢传动轴与动力箱驱动轴连接起来。3.2 前期开展的工作： 1 阅读有关文献，查阅相关资料。学习并掌握了组合机床的结构，多轴箱的基本设计方法。了解了目前此项技术在国内外的发展情况和现在存在的困难以及尚未解决的难题。 2 翻译相关外文论文。.完成本课题的工作方案及进度计划（按周次填写）第 14 周：完成导师所提供参考资料的学习，并自主查阅相关资料；第 510 周：完成方案设计，绘制总装配图，完成外文翻译，写中期报告；第 1114 周：完成全部技术设计；第 1517 周：撰写毕业设计论文；第 18 周：答辩前准备。 注：1. 正文：宋体小四号字，行距 22 磅。2. 开题报告由各系集中归档保存。5 指导教师意见（对课题的深度、广度及工作量的意见）指导教师： 年 月 日 6 所在系审查意见：系主管领导： 年 月 日参考文献l 赵红美 , 李静, 耿亚楠.组合机床多轴箱 CAD 的应用现状.现代制造工程 2006（11):32-34.2谢家瀛.组合机床设计简明手册M北京：机械工业出版社,1994.3唐来明,林松 ,魏吴成.N485 齿轮室单面多孔钻床设计J.现代机械, 2009（2）：23-25.4刘国光.组合机床多轴箱计算机辅助设计J.机械与电子,2000（5）：18-20.5朱朝宽. 基于 Pro/E 的多轴箱参数化设计J.组合机床与自动化加工技术, 2002（10）：63-65.6韦衡冰.孔加工组合机床中多轴箱的设计与实践. 煤矿机械,2010(9) :121-1237 康文利,张文健 ,韩庆瑶.多轴箱的计算机辅助设计. 河北农业大学学报,1994(4):73-79.8 俞长高.机械制造中的计算机辅设计.北京:机械工业出版社,1982 9大连组合机床研究所.组合机床设计(第一册, 机械部分).北京: 机械工业出版社, 1978. 10大连组合机床研究所 .组合机床设计参考图册.北京: 机械工业出版社, 1978.11黄勤,闫建伟 .多轴箱传动设计的简易方法J.现代机械,2005（1）：45-47.12孙恒,陈作模 ,葛文杰.机械原理(第七版)M. 北京：高等教育出版社,2009.13MechanicalDrive(ReferenceIssue)D.MachineDesign.52(14),1980.14 Ball and Roller Screus. Engineering Material and Design. 197515 Mechanial Drive(Rference Issue). Machine Design. S(2). 1980本科毕业设计(论文)题目：箱体钻孔三面卧式组合机床右多轴箱设计I箱体钻孔三面卧式组合机床右多轴箱设计摘 要本文介绍了一种箱体钻孔三面卧式组合机床右多轴箱的设计，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，对传动轴、轴承和齿轮等重要零部件进行校核。关键词：组合机床；多轴箱；主轴；传动轴；齿轮IIDesign of three sides of a horizontal drilling box the right combination of multi-axle machine AbstractIn this paper, propose the design of three sides of a horizontal drilling box the right combination of multi-axle machine, and illustrate its design process in details. The main contents include: determine the cutting parameters based on the characteristics of the workpiece hole. caculate their movement parameters and dynamic parameters according to parameters set. And select the main shaft, supporting methods and the use of bearings, etc; then choose the model of driving box and spindle box, determine the location of spindle and the drive shaft, and then design the transmission plan as well as confirm the transmission gear according to the location of spindle and the driving shaft. finally, calculate coordinates of every transmission axis and spindle, check the central distance of gear, design change gear and check drive shaft, bearings and gears and other important parts. Key words: combination machine; multi-axle box; spindle; drive shaft; gear目 录1 绪论 .11.1 引言 .11.2 组合机床概述 .11.2.1.组合机床的特点： .21.2.2 组合机床的工艺范围及配置形式 .31.3 组合机床的发展现状和动向 .41.4 本课题主要研究内容及意义 .51.4.1 研究的内容及指标： .51.4.2 研究本课题的意义 .52 多轴箱的原始依据 .72.1 待加工件的特点及设计技术指标： .72.2 组合机床切削用量选择的特点、方法及注意问题 .72.2.1 组合机床切削用量选择的特点 .72.2.2 组合机床切削用量选择方法及应注意的问题 .72.3 切削参数的确定 .82.4 机床动力参数的确定 .92.5 动力部件的选取 .102.6 轴的初步选定 .112.7 箱体尺寸的确定 .133 多轴箱传动系统设计 .143.1 多轴箱传动系统设计的准则 .143.2 润油泵轴和手柄轴的安置 .153.3 方案的制定 .15I3.4 坐标的计算 .173.4.1 坐标的计算 .173.4.2 验算中心距误差 .204 传动元件的校核 .224.1 轴的扭转度校核 .224.2 轴的弯扭强度校核及轴承、齿轮的强度校核 .234.2.1 强度校核理论 .234.2.2 具体计算 .265 结 论 .32参考文献 .33致谢 .34毕业设计（论文）知识产权声明 .35毕业设计（论文）独创性声明 .36 01 绪论1.1 引言在我国经济飞速发展的时代，我国机床设计的水平与国外先进的设计技术水平的距离有了明显的缩小，我国组合机床工业已经取得了很大的成就，组合机床的产量迅速的增长，质量不断的提高，新产品不断的涌现，组合机床及其自动线在机械制造业中正火的不断的提高，新产品不断涌现，组合机床及其自动线在机械制造业中正获得越来越广泛的应用。组合机床适用于大批量生产，一般用于加工箱体类或特殊形状的零件。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、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，也可实现某些回转类零件（如飞轮，汽车后桥半轴等）的外圆和端面加工。组合机床较之通用机床大大的提高了加工效率、缩短了加工时间，但同时也使组合机床的设计周期和设计任务随着增加了不少。组合机床的多轴箱是工序集中的、高效的组合机床的重要专用部件之一,是用于布置(按所要求的坐标位置)机床工作主轴及其传动零件和相应的附加机构的。组合机床多轴箱的设计是组合机床设计的重要部分，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。1.2 组合机床概述组合机床是根据工件加工需要，以大量通用部件为基础，按工件特定形状和加工工艺设计配以少量的专用部件和夹具，组成的高效专用机床。组合机床一般采用多轴、多刀、多工序或多工位同时加工的方式，生产效率比通用机床高几倍甚至几十倍。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特殊形状的零件。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、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来夹持工件使之旋转，由刀具作进给运动，也可实现某些回转类零件（如飞轮，汽车后 1桥半轴等）的外圆和端面加工。二十世纪 70 年代以来，随着可转位刀具，密齿铣刀，镗孔尺寸自动检测和刀具自动补偿技术的发展，组合机床的加工精度也有所提高。铣削平面的平面度可达 0.05 毫米/1000 毫米，表面粗糙度可达 2.5 6.3 微米；镗孔精度可达 IT76 级，孔距精度可达 0.030.02 微米。最早的组合机床是 1911 年在美国制造的，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。 1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。支承部件是用以安装动力滑台、带有进给机构的切削头或夹具等的部件，有侧底座、中间底座、支架、可调支架、立柱和立柱底座等。输送部件是用以输送工件或主轴箱至加工工位的部件，主要有分度回转工作台、环行分度回转工作台、分度鼓轮和往复移动工作台等。控制部件是用以控制机床的自动工作循环的部件，有液压站、电气柜和操纵台等。辅助部件有润滑装置、冷却装置和排屑装置等。为了使组合机床能在中小批量中得到应用，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；采用数字控制系统的主轴箱、夹具自动更换系统，以提高工艺可调性；及纳入柔性制造系统等。1.2.1.组合机床的特点：a.主要用于棱体类零件和杂件的孔面加工 2。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直性。 2d.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。 2 2e.自动化程度高，劳动强度低。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。 21.2.2 组合机床的工艺范围及配置形式a.组合机床的工艺范围 2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。b.组合机床的配置形式 2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。（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 48 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。 3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。（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。 1.3 组合机床的发展现状和动向“八五”期间, 组合机床行业企业认真贯彻执行中央关于“抓住机遇, 深化改革, 扩大开放, 促进发展, 保持稳定”的总方针, 加速企业经营机制的转换, 努力适应市场需求和用户的要求; 加强企业管理, 深化企业内部改革, 提高市场应变能力; 通过多渠道筹措资金, 加大技术改造力度, 提高自身实力; 使组合机床行业呈现出以下几个明显的变化。 3a 服务对象由过去的农业机械、载货汽车向以轿车工业为重点服务对象的转移。b 合机床产品由过去的“刚性”组合机床向具有一定柔性、可实现多品种加工方向变化。c 合机床的加工精度由过去大多完成粗、半精加工向精加工方向转变。d 合机床制造技术由过去的以机加工为主的单机及自动线向综合成套方向转化。e 机床的控制技术由传统的程序控制技术向数控、计算机管理与监理方向发展。 4f 组合机床的开发设计手段由过去的人工设计, 转向计算机辅助设计（CAD ） 。g 行业产业结构由过去的“大而重” 、 “小而全”, 开始向专业化、集团化和股份制转变。本行业虽然取得了较大的进步与发展，但是在制造技术高速发展的今天，由于基础比较薄弱，从整体看，与国外先进水平、与国内用户的要求都还存在着一定的差距，主要表现在：产品可靠性较差，难以适应轿车工业等大批量生产的要求；可调可变性、柔性较差，缺少必要的适应多品种加工的新品种；系列化、通用化、模块化程度低，致使制造周期过长，满足不了用户要求；科学管理、成本控制水平不高，在市场上缺乏竞争力；生产周期长、拖期交货现象时有发生，在用户中信誉度还不高等等。 380 年代以来，国外组合机床技术在满足精度和效率要求的基础上，正朝着综合成套和具备柔性的方向发展。组合机床的加工精度、多品种加工的柔性以及机床配置的灵活多样方面均有新的突破性进展, 实现了机床工作程序软件化、工序高度集中、高效短节拍和多种功能的自动监控。组合机床技术的发展趋势是:a)泛应用数控技术。b)展柔性技术。c)展综合自动化技术。d)一步提高工序集中程度。1.4 本课题主要研究内容及意义1.4.1 研究的内容及指标：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 HT200 ；c）工件定位面比工作台面高 105 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；1.4.2 研究本课题的意义近几年来，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，部分生产厂家呈现出一年翻一番的发展形势，虽然国家因出现局部经济过热而采取对钢材、建材、电解铝等行业进行调控，但许多重点工程都陆续 5开工上马，工程机械虽不会出现去年过热现象，但今后几年仍然会维持较大程度的增长态势。另外随着我国汽车工业的发展，对产品加工精度的要求也越来越高。国内加工设备与进口产品相比，其特点是价位低、产品稳定性、可靠性差、零件加工手段落后。随着国家对世贸承诺的逐步实现，价格的竞争优势也逐渐减少，这就要求我们对自己的产品进行彻底的革新，提高产品的加工精度，进一步提高产品的质量提高市场竞争力。这就给组合机床的发展到来了契机，充分利用其孔的周期定位精度的优势，给其本身的发展和行业竞争力都带来了许多好处。再加上现代机械制造工业发展的基本特征：产品的更新缩短，多品种，中小批量轮番生产是普遍现象。因此，具有一定的柔性，能对多品种，中小批量生产方式做出快速的响应的组合机床必将有一个美好的未来。 62 多轴箱的原始依据2.1 待加工件的特点及设计技术指标：a) 工件材料：HT200 ；b) 材料硬度：170220HB；c) 被加工件孔的直径及相对坐标尺寸见零件示意图；d) 工件定位面比工作台台面高 105 毫米；e) 确定切削用量、计算切削力、选择动力箱型号；f) 设计多轴箱装配图及主要零件图、变为齿轮图。2.2 组合机床切削用量选择的特点、方法及注意问题2.2.1 组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。2.2.2 组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。由于多轴箱上同时工作的刀具种类不同且直径大小不等，其切削用量也各有特点。如钻孔要求高的切削速度和较小的进给量；铰孔则与之相反。同一多轴箱上刀具每分钟进给量必须相等并等于滑台的工进速度 （mm/min） ，所以要求同一多轴箱上各fv刀具均有较合理的切削用量是困难的。因此，一般先按各刀具选择较合理的转速和每转进给量，再根据其中工作时间最长、负荷最重、刃磨较困难的所谓“限制性刀具”来确定并调整每转进给量，通常用“试凑法”来满足进给量相同的要求。必要时可对少数难以协调的刀具采用附加（增或减速）机构加以解决。当同一多轴箱上有铣端面工序，应将铣端面安排在滑台工进的最后，以便采用二次工进时选用所需的进给量 7b）复合刀具切削用量选择应考虑刀具的使用寿命。保证刀具应有的使用寿命，进给量按复合刀具最小的直径选择。如钻-铰复合刀具，进给量按钻头选，切削用量按铰刀选。在分别选择时均应取允许值的上限，使复合刀具有较合适的切削用量。对整体复合刀具，往往强度较低，故切削用量应选的较低些。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。即使是生产率要求很高的组合机床，也是在保证加工精度和刀具的耐用度的情况下，提高“ 限制性刀具 ”的切削用量；对于“非限制性刀具”，其耐用度只要求不低于某一极限值，可以减少切削功率。组合机床切削用量选择通常要求刀具耐用度不低于一个工作班，最少不低于 4 小时。e）确定切削用量时，还需考虑所选动力滑台的性能。如采用液压滑台时，选择每分钟进给量应该比滑台最小工进速度大 50%，否则会受温度影响和其他原因导致进给不稳定。2.3 切削参数的确定表 2.1 钻孔推荐切削用量 2 5130P182加工材料 加工直径d(mm)切削速度v（m/min）进给量f(mm/r)160200HBS16 0.070.12612 0.120.21222 0.20.4铸铁225016240.40.8钻孔的切削用量除与孔径有关外还与钻孔深度有关。表 2.2 深孔钻切削用量递减表 2130P深径比 3d (34)d (45)d切削速度 v（m/min） V (0.80.9)v (0.70.8)v进给量 f （mm/r） F 0.9f 0.9f 8钻削的孔直径分别为 12.5mm、14.5mm由表 2.1 有、 的钻削参数分别如下表所示：12.5、 14.5表 2.3 推荐参数孔 切削速度 v(m/min) 进给量 f(mm/r)12.5、 14.51624 0.20.4根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，其计算方法为：= 100060 （ 2-1） 6其中：v 为切削速度 (mm/min)为所钻孔的直径（ mm）所以：12.5= 100060=1000601312.5=509.314.5= 100060=1000601314.5=439综上所述，整理有表 2.4：表 2.4 切削参数12.5 14.5切削速度 v(m/min) 20 20进给量 f (mm/r) 0.2 0.2转速 n (r/min) 509.3 4392.4 机床动力参数的确定：组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 （N） （2-2） 2=260.80.6b) 切削转矩 （N mm） （2-3） 2=101.90.80.6c) 切削功率 (KW) （2-= 9740 94） 2d) 其中：v 切削速度（m/min）f 进给量 （mm/r）D 加工直径（mm）HB 布氏硬度 ：HB= maxaxmin()/3HBB对于 12.5 1=260.80.6=2612.50.20.81900.6=2.1()1=101.90.80.6=1012.51.90.20.81900.6=7082()(KW) 1= 9740= 708220974012.5=0.37对于 14.52=260.80.6=2614.50.20.81900.6=2.4()2=101.90.80.6=1014.51.90.20.81900.6=10343.7()(KW) 2= 9740=10343.720974014.5=0.472.5 动力部件的选取：动力部件的选择主要是确定动力箱的选择，其驱动功率主要依据多轴箱所需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，可按下列简化公式进行估算： （2-8） 2多 轴 箱 =切削式中 消耗于各主轴的切削功率的总和，单位 KW；切削多轴箱的传动效率，加工黑色金属时取 0.80.9，加工有色金属时取0.70.8；主轴多、传动复杂时取小值，反之取大值。必须注意：当某一规格的动力部件的功率或进给力不能满足要求，但又相差不大时，不要轻易选取大一规格的动力部件，而应该以不影响加工精度和效率为前提，适当降低关键性刀具的切削用量或将刀具错开顺序加工，以降低功率和进给力。 2 对该被加工零件进行分析，其有 的孔各四个，由于该机床在12.5、 14.5钻孔时的主轴是空转的。分别计算钻时所需要的功率如下： 10（KW）切削 =14+24=（ 0.37+0.3） 4=2.68用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 0.8，则有：(KW)多 轴 箱 =切削 =2.680.8=3.35考虑到传动轴的功率损失，选取动力箱为 1TD40型 其参数如表 2.9：表 2.9 动力箱参数电动机型号 电动机功率 L3 电动机转速 输出轴转速Y132 -615 4.0 (KW) 435 （mm） 960 (r/min) 480 (r/min)2.6 轴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。表 2.10 各主轴的动力参数 12.514.5切削功率 P(KW) 0.37 0.47切削转矩 T(N m) 7.1 10.34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，选用刚性主轴并有公式计算的其直径： （2-9）=410=21.2mm 12.5=4101=7.34107.1=23.28mm14.5=4102=7.341010.34根据标准轴颈将其圆整为： 25表 2.11 各主轴的初选直径12 14切削转矩 T(N m) 7. 1 10.34轴径（mm） 25 25 11传动轴的直径也参考主轴直径而定，取直径 25。通用钻削类主轴按支承方式可以分为三种： 2 1）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。2）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，适应于钻孔加工。3）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。对于本设计而言，设计的是箱体钻孔组合机床多轴箱，所以在主轴选用时按推荐的钻削类主轴选用滚珠轴承主轴，结构如图 2.1 所示：轴承分别为33005、16005（16004） 、51105（51104） 。 121415图 2.1 主轴的支承结构对于传动轴，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33005。这样就可以通过轴承的预紧来更好的提高加工进度,结构如图 2.2。 121415 12图 2.2 传动轴的支承结构2.7 箱体尺寸的确定由任务书知，工件定位面比工作台高 105mm，工件高度 h 为 300mm 宽度B 为 450 毫米。所以箱体的尺寸初步计算为：箱体 =300+105=405箱体 =0+21其中为保证多轴箱内有足够安排齿轮的空间 ，故取170100，则1=100箱体 =0+21=1752+1002=550考虑到其内部传动连复杂、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 630500 的多轴箱箱体。由所选动力箱、和箱体，取箱体底面为坐标的横轴（X 轴） ，纵轴（ Y 轴）通过定位销孔，则输入轴 0 位置（265，160） 。 133 多轴箱传动系统设计3.1 多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，设计传动连，把驱动轴与各主轴链接起来，使各主轴获得预订的转速和转向。a 对多轴箱传动系统的一般要求： 21）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，可采用变为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。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，后盖内齿轮传动比允许至 1/31/3.5；尽量避免用升速传动。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。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；5）驱动轴直接带动的传动轴数不要超过两根，以免给装配带来困难。b 拟定多轴箱传动方案的基本方法： 1先把全部主轴中心分布在几个同心圆上，在各个同心圆的圆心上分别设置中心传动轴；非同心圆分布的一些主轴也已设置中间传动轴（如一根传动轴带动两根或三根主轴） ；然后根据已选定的各中心传动轴再取同心圆，并用最少的传动轴带动这些中心传动轴；最后通过合拢传动轴与动力箱驱动轴链接起来。1）将主轴划分为各种分布类型 被加工零件上加工孔位置分布是多种多样的，但大致可归纳为：同心圆分布、直线分布和任意分布三种类型。因此，多轴箱上主轴分布相应分为三种。（1）直线分布 对这类主轴，可分别用一根中间传动轴带动两根主轴。（2）同心圆分布 对这类主轴，可在同心圆处分别设置中心传动轴，由其上的一个或几个（不同排数）齿轮来带动各主轴。（3）任意分布 对此类主轴可根据“三点共圆”原理。它是同心圆和直线 14分布的混合形式。2）确定驱动轴转速转向及其在多轴箱上的位置 驱动轴的转速按动力箱型号选定；当采用动力滑台时，驱动轴旋转方向可任意选择；动力箱与多轴箱连接时，应注意驱动轴中心一般设置于多轴箱体宽度的中心线上，其中心高度则决定于所选动力箱的型号规格。驱动轴中心位置在机床联系尺寸图中已经确定。3）用最少的传动轴及齿轮把驱动轴和各主轴连接起来在多轴箱设计原始依据图中确定了各个主轴的位置、转速和转向的基础上，首先分析主轴位置，拟定传动方案，选定齿轮模数（估算或类比） ，再通过计算、作图或多“试凑”相结合的方法，确定齿轮齿数和中间传动轴的位置及转速。3.2 润油泵轴和手柄轴的安置 1多轴箱常采用叶片油泵润滑，油泵供油至分油器经油管分送到个润滑点。油泵安装在箱体的前壁上，泵轴尽量靠近油池。通常油泵齿轮放置在靠近前盖排；以便于维修，如结构限制。可以放在后盖中；当泵体或管接头与传动轴端相碰时，可改用埋头传动轴。由于本课题设计的是一双面卧式两工位移动工作台式组合机床的右多轴箱，所以选择对称式的机构以方便设计，减少工作量；只需要在转速的调节上进行齿轮的变换就可以了。3.3 方案的制定由传动方案，可得此方案的传动路线图如下：图 3.1 传动路线图如图 3.1，分别主轴 1，2，3，4 在一同心圆上，圆心处设置中心传动轴9；并用中心传动轴 9 带动分布四周的四个主轴，由于如果在中间传动轴与主轴 155，6，7，8 设置一个齿轮，则主轴 5，6，7，8 的转向与 1，2，3，4 主轴转向相 16反，故在中间传动轴与主轴设置两个传动轴。最后将轴 9 与动力输入轴 0 相连接组成完整的传动连链。由于本次设计的多轴箱的主轴数比较多而且结构比较复杂，再加上作者的实际经验不足，为使设计达到比较好的效果，严格参照齿轮设定一般的方法试凑法。经反复的推敲、斟酌，结合该多轴箱孔多，孔间距比较小及设计的基本原则：主轴实际转速与设计转速相差不超过百分之五的理论，最终确定各工位各主轴及传动轴上的齿轮安排如下节介绍。钻孔的主轴的设计转速分别为 439r/min、509.3r/min ,而输入12.5、 14.5轴的转速为 480r/min。总的传动比分别为：12.5=509.3480=1.06 14.5=439480=0.95在保证 e2m 的条件下，初选齿轮模数 m=2, 驱动轴上的齿轮齿数为 25，中心距为 95mm，则与之相连接中间传动轴上齿轮齿数为，设在第排；由 i=1.06 可知与 的主轴连接的2主 =2952 25=70 12.5中心传动轴齿轮齿数 ，设在第排；由 可知 的=251.0625 i=250.9527 14.5主轴齿数为 27；由箱体尺寸、零件的尺寸及相应的技术要求，有各主轴的坐标（如下图）为：一 （265，195） 二 （325，255） 三 （265，315）四 （205，255） 五 （440，355） 六 （440，155）七 （90，155） 八 （90，355） 0 （265，160）图 3.5 主轴的坐标 17根据上边的在同心圆上分布的四个主轴坐标计算中心传动轴 9 的位置坐标得：D 点的坐标为 ,=265， =255传动轴 9 相对于输入轴的距离为255mm-160mm=95mm=查机械设计简明手册P161 表 7-22 动力箱齿轮， 为满足总的传动比，选用动力箱齿轮为 m=2，z=25,相应的取与之匹配的齿轮 m=2，z=25，安排在第排；故轴 9 的实际转速为9=4802625=499.2主轴 1、2、3、4 的转速为=4802626=499.2由于总的传动比比较小，所以中心传动轴与个主轴的传动比均选用 1：1 传动即与中间传动轴的转速相等为 ，其中心传动轴 9 安排在12。 5=499.2第、排，主轴 1 至 4 安排在排；在由中心传动轴向四周的主轴传动时，由于总传动比较小，所以都以 i=1 进行传动，只在第一级进行变速，故传动轴 10，11；12，13；14，15；16，17 的10=90.86=260.86=30上的齿轮 Z=30，m=2，安排在第排。整理如表 3.1表 3.1 钻工位各轴上齿轮的配置第排（ m-z） 第排（ m-z）9 2-70 2-261，2，3，4 2-2510,12,14,16 2-30 2-3011,13,15,17 2-303.4 坐标的计算3.4.1 坐标的计算由传动方案及齿轮，可以计算出各个传动轴的坐标,计算过程如下：对于中心传动轴 9 的坐标计算，因为其传动轴的作用是带动呈圆周分布的主轴，故初步设置在圆心，与四轴距离相同，视为与一轴定距的传动12.5轴坐标计算。有主轴 1（265,195）作为原点，建立小坐标系 X ,设所求传动轴的坐标1 18为 B(X,Y),啮合中心距为 mm。由 B 点向 X 轴作一辅=12（ 主 +从 ） =60助垂线交 X 轴于 A 点，组成直角三角形 ，如下图 3.6。量出 y=60mm（即O1AB）,则 然后将所得的坐标（0,60）换算到大=22= 602602=0的坐标中去后为（265,255）.图 3.6 与一轴定距的传动轴坐标计算图对于中心传动轴 11 的坐标计算，因为其传动轴的作用是带动 主14.5轴，视为与一轴定距的传动轴坐标计算。有主轴 8（91,355）作为原点，建立小坐标系 X ,设所求传动轴的坐标为1C(X,Y),啮合中心距为 mm。由=12（ 主 +从 ） =122（ 30+30） =60C 点向 X 轴作一辅助垂线交 X 轴于 A 点，组成直角三角形 ，如下图 3.7。O1量出 X=mm（即 AC） ，则 然后将所=22= 60253.
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