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毕业设计（论文）中期报告题目：专用主轴箱钻、扩、铰组合机床左多轴箱设计1.设计（论文）进展状况1.1 通过近两个月的学习与研究了解了组合机床组成、设计特点及步骤。1.2(1)了解了组合机床多轴箱设计。(2)绘制多轴箱原始依据图。(3)主轴、齿轮的确定及动力计算。(4)多轴箱传动设计。(5)多轴箱坐标计算、绘制坐标检查图。(6)绘制多轴箱总图及零件图。1.3 根据导师提供的加工数据和材料，查表得出切削速度和进给量。加工材料 加工直径 d(mm) 切削速度 v（m/min） 进给量 f(mm/r)铸铁200241HBS1.4 确定切削参数范围，通过计算确定钻扩两工位的切削参数、动力参数。半径（mm）切削速度v(m/min)进 给 量 f (mm/r)转速 n (r/min)10 12.560 0.15 40011.7 14.695 0.15 4012 3.768 0.6 1001.5 根据以上数据计算出动力箱功率选定动力箱为 ITD32V 型号。1.6 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。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P43 表 3-4 得:为使得结构对成，同时加大扩孔时的质量分别圆整各个主轴的直径为：D10=25 D11.7=25 D12=25传动轴的直径也参考主轴直径而定，取直径 25。1.7 箱体尺寸的确定由任务书知，工件定位面比工作台高 110mm，工作台每工位移动的行程为250mm；工件高度 h 为 350mm，宽度 B 为 250mm。所以箱体的尺寸初步计算为：16 0.050.1612 0.10.181222 0.180.252250 10180.250.4电动机型号 电动机功率 L3 电动机转速 输出轴转速Y112M-6 2.2 (KW) 240 （mm） 940 (r/min) 470 (r/min)10 11.7 12切削转矩 T(Nm) 4.2243066 1.0631190 0.23906切削功率 P（kw） 1.04088 0.2619 0.0072B =250*2+250=750 mm箱 体H =420+110=530 mm箱 体则 BH=750530mm考虑到其内部传动连复杂，再加上需要安装润滑用的油泵等设备，选择采用800630 的多轴箱箱体。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（350，129.5） 。1.8 传动链的设计2.存在问题及解决措施存在的问题：变位齿轮的确定。解决措施：查表确定变位齿轮系数。3.后期工作安排第 4-9 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 10-12 周：完成全部技术设计；第 13-14 周：撰写毕业设计论文；第 15 周：答辩前准备。 指导教师签字：年 月 日毕业设计(论文)开题报告题目：专用主轴箱钻、扩、铰组合机床左多轴箱设计1.毕业设计（论文）综述（题目背景、研究意及国内外相关研究情况）1.1题目背景多轴箱是组合机床中的主要专用部件之一。它要求设计者依据被加工零件上被加工孔的相对坐标尺寸、被加工零件的材质等设计出能满足实际加工要求的多轴箱。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。1.2研究意义及国内外相关研究情况专用机床是为一定的加工对象设计和制造的,用来专门完成一种工件的一道或几道工序。这种机床通常是用很多刀具同这时进行切削,且实现了辅助动作的自动化,故生 产效率高 ,能稳定地保证加工质量,同时还可减轻劳动强度。专用机床但是针对某种特定零件的特定工序设计的,当产品更新或加工对象稍有改变时,它很难重新改装,往往 需要另行设计制造。组合机床是专用机床的一种重要类型,是由通用部件及少量专用部件组合起来的高效率专用机床。组合机床是一种自动化或半自动化的机床。无论是机械电气或液压电气控制的都能实现自动循环。研究机床工业的特点，有助于我们了解机床工业的特殊规律，从而找到适合我国国情的机床工业发展之路。我国工业竞争力和制造业发展水平不高，一定程度上是与我国机床工业发展水平不高相联系的，加快我国机床工业的发展，提高我国机床工业技术和管理水平，将有利于我国工业和制造业发展。与发达国家相比,我国机床数控化率不高,目前生产产值数控化率还不到 30%;消费值数控化率还不到 50%,而发达国家大多在 70%左右。高档次数控机床及配套部件还只能依靠进口。组合机床及其自动线是集机电于一体的综合自动化程度较高的制造技术和成套工艺装备。它的特征是高效、高质、经济实用,因而被广泛应用于工程机械、交通、能源、军工、轻工、家电等行业。我国传统的组合机床及组合机床自动线主要采用机、气、电、液压控制,它的加工对象主要是生产批量比较大的大中型箱体类和轴类零件(近年研制的组合机床加工连杆、板件等也占一定份额),完成钻孔、扩孔、铰孔,加工各种螺纹、镗孔、车端面和凸台,在孔内镗各种形状槽,以及铣削平面和成形面等。组合机床的分类繁多,有大型组合机。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。毕业设计是高等教育体系中非常重要的环节，它可以检验自己对专业知识理解与掌握的程度，也可以提高自己综合运用所学知识的能力，也能在分析问题和解决问题的过程中学到更多新的知识。2.本课题研究的主要内容和拟采用的研究方案、设计主要内容2.1研究方案(1) 运动设计：根据给定的被加工零件，确定机床的切削用量，通过分析比较拟定传动方案和传动系统图，确定传动副的传动比及齿轮的齿数，并计算主轴的实际转速与标准的相对误差。(2) 动力设计：根据给定的工件，初算传动轴的直径、齿轮的模数；确定动力箱；计算多轴箱尺寸及设计传动路线。完成装配草图后，要验算传动轴的直径，齿轮模数否在允许范围内,还要验算主轴主件的静刚度。(3) 结构设计：进行主运动传动轴系、变速机构、主轴主件、箱体、润滑与密封等的布置和机构设计,即绘制装配图和零件工作图。2.2 设计主要内容 1）被加工零件孔的直径及相对坐标尺寸（见零件示意图） ；2）被加工零件的材料为 HT200；3）工件中心距工作台太 110毫米；4）设计多轴箱装配图及主要零件图、变位齿轮图；5）熟悉组合机床的基本形式形式；6）确定切削用量、计算切削力、选择动力箱型号；7）工位间距 250毫米,工位对称中心线与工作台中心线重合。3.本课题研究的重点及难点，前期已开展工作本文的重点是：绘制多轴箱的装配图，电机的选择与匹配。难点是：传动链的设计与计算。前期已开展工作：查阅组合机床的相关资料，了解多轴箱的工作原理，为进一步周密的设计做好充分的准备。初步确定切削参数，机床动力参数，动力部件的选取，多轴箱外形尺寸，动力箱功率。4.完成本课题的工作方案及进度计划13周：查找资料，完成开题报告；49 周：完成方案设计，绘制总装配图。完成外文翻译，写中期报告；1012 周：完成全部技术设计； 1314周：撰写毕业设计论文；15 周：答辩前准备。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 所在系审查意见：系主管领导： 年 月 日参考文献1 梁伟.数控机床发展趋势J.桂林航天工业学报.2010(2):1-2.2 秦宏伟.我国数控机床发展现状及方向J.机械制造与研究.2007(05):2-4.3 刘小敏,王元生,等.我国数控机床的现状与发展J.2006,19(4):1-2. 4 鲁方霞.数控机床的发展趋势及国内发展现状J.2006,(40):2-6.5 张长乐.多轴箱设计修正齿轮计算M.机械工业出版社.1975.6 许玉改.钻、扩、铰孔共用一个主轴箱的组合机床设计J.2012(27):2-7.7 胡亚波.我国数控机床的状况与发展J.机床与液压.2004(7):1-3.8 李秀敏.组合机床行业现状与发展思考J.专题综述.2003(04):1-4.9 吴立梅.组合机床发展及相关特点分析J.科技资讯.2010(08):1-6.10 陈循介.世界主要国家和地区发展机床工业的战术J.1994(12):2-6.11 周鹏.我国发展机床绿色制造的四个途径N.封面报道.2012(12):1-6.12 张曙.数控机床发展的新趋势N.特约专稿.2005(5):2-6.13 梁铖.五轴联动数控机床现状与发展趋势R.专题报道.2010,4(545):1-4.14 谢家瀛.组合机床设计简明手册M.机械工业出版社.1992.15 何晓燕,赵柯,等.多工位组合机床PLC控制系统设计J.机械工程与自动化.2007(5):161-164.16 Y.Altintas1,C.Brecher,M.Weck. Virtual Machine Tool. Department of Mechanical Engineering.2004(4):1-6.17 Van Brussel, H.Sas, P. Nmeth,P.Van den Braembussche,P.Towards aMechatronic Compiler. Proceedings of IEEE/ASME Transaction on Mechatronics.2001(2):90-105.18 Spence. A, Altintas. Y.Solid ModellerBased Milling Process Simulation and PlanningSystem. Transactions of ASME Journal of Engi-neering for Industry.2001:61-69. 本科毕业设计（论文）题目：专用主轴箱钻、扩、铰组合机床左多轴箱设计 专用主轴箱钻、扩、铰组合机床左多轴箱设计摘 要本文介绍了一种钻、扩、铰三工位组合机床左多轴箱的设计，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坐标，再根据主轴及动力输入轴的坐标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，计算齿轮的载荷，设计变位齿轮，对传动轴、轴承以及齿轮等重要零部件进行校核。关键词：多轴箱；组合机床；传动齿轮；传动轴； IThe Design of Left Multi-axle Box On Combination Machine That With A Boring Expanding Reaming of Three-sided AbstractIn this paper, propose the design of left multi-axle box on combination machine that with a drilling, expanding reaming three-sided platform ,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; gear;drive shaft; II主 要 符 号 表B 宽度H 高度d 直径v 速度n 转速P 功率T 扭矩F 力m 模数Z 齿数t 时间L 长度HB 硬度R 中心距f 进给量i 传动比 III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 .21.3 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 .62 多轴箱的原始数据计算 .82.1 待加工件的特点及设计技术指标 .82.2 组合机床切削用量选择的特点、方法及注意问题 .82.2.1 组合机床切削用量选择的特点 .82.2.2 组合机床切削用量选择方法及应注意的问题 .82.3 切削参数的确定 .92.3.1 钻工位切削参数 .92.3.2 扩工位切削参数 .112.3.3 铰工位切削参数 .112.4 机床动力参数的确定 .122.4.1 钻工位动力参数计算 .122.4.2 扩工位动力参数 .122.4.3 铰工位动力参数 .132.5 动力部件的选取： .132.6 轴的初步选定 .142.7 箱体尺寸的确定 .163 多轴箱传动系统设计 .173.1 多轴箱传动系统设计的准则 .173.2 方案的制定、比较 .183.2.1 方案的制定 .183.2.2 方案比较 .193.3 传动件的确定 .20 IV3.3.1 钻工位齿轮的确定 .203.3.2 扩工位齿轮的确定 .223.3.2 铰工位齿轮的确定 .233.4 坐标的计算 .243.4.1 坐标的计算 .243.4.2 验算中心距误差 .283.4.3 变位齿轮的计算 .284 传动元件的校核 .304.1 轴的扭转度校核： .304.2 轴的弯扭强度 校核及轴承、齿轮的强度校核 .314.2.1 强度校核理论 .314.2.2 具体计算: .335 结论 .42致谢 .43参考文献 .44毕业设计（论文）知识产权声明 .45毕业设计（论文）独创性声明 .46 01 绪论1.1 引言最 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 。随着汽车工业的发展，注定了专用机床的重要性将会越来越大。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，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，组合机床的设计也就成为一个相当重要的课题。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。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 1箱、 2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：(1) 主要用于棱体类零件和杂件的孔面加工。(2) 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。(3) 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。(4) 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。(5) 自动化程度高，劳动强度低。(6) 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。1.2.2 组合机床的工艺范围及配置形式(1) 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、 3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) 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。(3) 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。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。 4(4) 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世界上第一台组合机床于 1908 年在美国问世，30 年代后组合机床在世界各国得到迅速发展。至今，它已成为现代制造工程（尤其是箱体零件加工）的关键设备之一。近年来，随着数控技术，电子技术，计算机技术的发展，组合机床的服务对象已经由过去的农用机械，载货汽车向以轿车工业为重点的转移，组合机床行业开展了针对轿车零件关键工艺研究开发的科研攻关，采取引进技术，合作生产和自行开发相结合；组合机床也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的变化,同时又应用数控技术发展了三坐标加工单元等数控组合机床,把纯刚性的设备变为可变可调的装备；组合机床的加工精度由半精加工向精加工方向转化,还开发了针对汽车发动机五大件加工的关键工艺设备，使行业在精加工机床的品种上有了较大扩充，为提供成套设备创造了条件；组合机床制造技术由过去的以机加工为主的单机及自动化向综合成套方向转换，加强了相应配套技术与产品的研究开发；组合机床的控制技术由传统的程序控制技术向数控，计算机管理与监控方向发展；组合机床行业企业生产的组合机床的控制技术，已完成了由接触继电器控制向可编程控制的转变，大大的提高了组合机床的可靠性，故障率大为降低；组合机床的开发已经又过去的人工设计转向计算机辅助设计，大力推行 CAD，为提高设计速度，保证设计质量，缩短供货周期创造了有利的条件。现代制造工程从各个角度对组合机床提出了愈来愈高的要求，而组合机床也在不断吸取新技术成果而完善和发展。(1) 高速化：由于机构各组件分工的专业化，在专业主轴厂的开发下，主轴高速化日益普及。过去只用于汽车工业高速化的机种（每分钟 1.5 万转以上的 5机种） ，现在已成为必备的机械产品要件。(2) 精密化：由于各组件加工的精密化，微米的误差已不是问题。以电脑辅助生产系统的发展带动数控控制器的功能越来越多。(3) 高效能：对机床高速及精密化要求的提高导致了对加工工件制造速度的要求提高。同时，由于产品竞争激烈，产品生命周期缩短，模具的快速加工已成为缩短产品开发时间所必须具备的条件。对制造速度的要求致使加工模具的机床向着高效能专业化机种发展。(4) 系统化：机床已逐渐发展成为系统化产品。现在可以用一台电脑控制一条生产线的作业，不但可缩短产品的开发时间，还可以提高产品的加工精度和产品质量。(5) 复合化：产品外观曲线的复杂化致使模具加工技术必须不断升级，机床五轴加工、六轴加工已日益普及，机床加工的复合化已是不可避免的发展趋势。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。80 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:1) 泛应用数控技术。2) 展柔性技术。3) 展综合自动化技术。4) 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. 本次设计主要的研究内容包括：(1) 运动设计：根据给定的被加工零件，确定机床的切削用量，通过分析 6比较拟定传动方案和传动系统图，确定传动副的传动比及齿轮的齿数，并计算主轴的实际转速与标准的相对误差。(2) 动力设计：根据给定的工件，初算传动轴的直径、齿轮的模数；确定动力箱；计算多轴箱尺寸及设计传动路线。完成装配草图后，要验算传动轴的直径，齿轮模数否在允许范围内,还要验算主轴主件的静刚度。(3) 结构设计：进行主运动传动轴系、变速机构、主轴主件、箱体、润滑与密封等的布置和机构设计,即绘制装配图和零件工作图。(4) 编写设计说明书评价机床性能的优劣，主要是根据技术经济指标来判定的。技术先进合理，亦即“质优价廉 ”才会受到用户的欢迎，在国内和国际市场上才有竞争力。机床设计的技术经济指标可以从满足性能要求、经济效益和人机关系等方面进行分析。b. 本设计的主要内容包括：(1) 被加工零件孔的直径及相对坐标尺寸见零件示意图；(2) 被加工零件的材料为 HT200；(3) 工件定位面比工作台面高 110 毫米，工作台每工位移动行程 300 毫米；(4) 工件对称中心线与工作台中心线重合（钻孔工位） ；(5) 熟悉组合机床的基本形式；(6) 确定切削用量、计算切削力、选择动力箱型号；(7) 设计多轴箱装配图及主要零件图、变位齿轮图；1.4.2 研究本课题的意义机床工业是现代工业特别是现代制造业的基础，在国民经济中占有重要的战略地位。机床工业与一个国家的工业竞争力、制造业发展水平紧密相关，本国的机床工业水平越高，工业和制造业竞争力越强。对我国而言，机床工业不仅仅具有重要的经济意义，而且还具有重要的国防战略意义。研究机床工业的特点，有助于我们了解机床工业的特殊规律，从而找到适合我国国情的机床工业发展之路。我国工业竞争力和制造业发展水平不高，一定程度上是与我国机床工业发展水平不高相联系的，加快我国机床工业的发展，提高我国机床工业技术和管理水平，将有利于我国工业和制造业发展。所以对机床的研究设计意义是极其重大的。毕业设计是高等教育体系中非常重要的环节，它可以检验自己对专业知识理解与掌握的程度，也可以提高自己综合运用所学知识的能力，也能在分析问题和解决问题的过程中学到更多新的知识。 7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。 82 多轴箱的原始数据计算2.1 待加工件的特点及设计技术指标：(1) 材料硬度： 170220HB ；(2) 被加工件孔的直径及相对坐标尺寸见零件示意图；(3) 工件定位面比工作台台面高 110 毫米，工作台每工位移动行程 250 毫米；(4) 确定切削用量、计算切削力、选择动力箱型号；(5) 设计多轴箱装配图及主要零件图、变为齿轮图；(6) 工件材料： HT200；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(1) 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。(2) 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：(1) 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，所以要求同一个多轴箱上各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 9次工进时选用所需的进给量。(2) 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 10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。(3) 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） ，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。各镗轴转速应相等或成整数倍。(4) 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。(5) 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2.3.1 钻工位切削参数表 2.1 钻孔推荐切削用量表 2.2 深孔钻切削用量递减表加工材料 加工直径 d(mm) 切削速度 v（m/min） 进给量 f(mm/r)200241HBS16 0.050.1612 0.10.181222 0.180.25铸铁 2250 1018 0.250.4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 11钻削的孔直径分别为 10mm，孔深为 25mm由表 2.1 得 10 的钻削参数如下表所示：表 2.3 钻孔推荐参数各个孔的深径比分别为 10 (h=25/10=2.5d)取 3d , 由表 2.2 有：V10=1V=1(1018)=1018f10=1f=1(0.10.18)=0.1 0.18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，即使： vnd（2.1）其中：v 为切削速度 (mm/min)d 为所钻孔的直径 （mm）所以经计算可得：10 的转速为：n=100010/10=318573 (r/min)综上所述，整理有表 2.4：表 2.4 切削参数范围考虑到所有的轴同时运动，其工作台进给速度 M 应该是相同的即(nf) 相同。根据所计算的参数选取相应的值。对 10：取 f=0.15,n=400,那么 M=nf=4000.15=60 mm/min则有：V10=4003.1410=12.560m/min综上所述，整理有：表 2.5 钻孔切削参数孔 切削速度 v(m/min) 进给量(mm/r)10 1018 0.10.1810切削速度 v(m/min) 1018进给量 f (mm/r) 0.10.18转速 n (r/min) 31857310切削速度 v(m/min) 12.560进给量 f (mm/r) 0.15 122.3.2 扩工位切削参数：表 2.6 扩孔推荐切削用量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=60mm/min.因此根据表 2.6 推荐的参数，选择、计算如下：对 11.7 的孔：转速 n=10000(3.1411.7)18000(3.1411.7)=272.2490.0取 n=400则 f=Mn=60400=0.15mm/r切削速度 V=4003.1411.7=14.695综上所述，整理有表 2.7：表 2.7 扩孔参数2.3.3 铰工位切削参数：表 2.8 铰孔参数转速 n (r/min) 400孔径 (mm) 11.7切削速度 v(m/min) 1018进给量 f (mm/r) 0.150.2孔径 (mm) 11.7切削速度 v(m/min) 14.695进给量 f (mm/r) 0.15转速 n (r/min) 400孔径 (mm) 12切削速度 v(m/min) 26 13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扩时的进给速度保持一至，即取 M=60 mm/min.因此根据表 2.6 推荐的参数，选择、计算如下：对 12 的孔：转速 n=20000(3.1412)10006(3.1412)=50 159取 n=100则 f=Mn=60100=0.6mm/r切削速度 V=1003.1412=3.768m/min综上所述，整理有表 2.9：表 2.9 铰孔参数2.4 机床动力参数的确定：2.4.1 钻工位动力参数计算：参照表 2.5,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。 (1) 切削力 （N） 0.8.626FDfHB（2.2） (2) 切削转矩 （Nmm） 1.90.8.6Tf（2.3）(3) 切削功率 (KW) ()/74)Pv（2.4）其中：v 切削速度（m/min）f 进给量 （mm/r）进给量 f (mm/r) 0.51孔径 (mm) 12切削速度 v(m/min) 3.768进给量 f (mm/r) 0.6转速 n (r/min) 100 14D 加工直径（mm）HB 布氏硬度 ：HB= maxaxmin()/3HBB对于 10:F=26100.15 203.333333 =1381.47568.06.0T=1011 0.15 203.333333 =4224.30069.1. .P=(4224.300612.5600(97403.1410)=0.173482.4.2 扩工位动力参数：参照计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)(1) 切削力 （N） 0.4120.69pFfaHB（2.5）(2) 切削转矩 (Nmm) （2.6）0.75.80.6316TDfHB(3) 切削功率 (KW) /74PTvD（2.7） 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切削深度（mm） =(D-d)/2papD 加工直径 （mm） d 扩孔前的直径（mm）对于所有的孔： (13.82)/(9.8)/2(15.84)/20.9pa对于 11.7 的孔：F=9.20.15 3 203.333333 =390.52804.0.16.0T=31.611.7 0.15 203.333333 =1063.119075.8.0.P=(1063.119014.695)(97403.1411.7)=0.043652.4.3 铰工位动力参数：给定铰孔的孔径为 12，通过查阅切削用量简明手册得：(1) 切削力 F= 296.7（N） (2) 切削转矩 T=677.395(Nmm) (3) 切削功率 P=0.0067(KW)综上所述，整理有表 2.10：表 2.10 各工序动力参数 152.5 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，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切 削多 轴 箱（2.8）式中 消耗于各主轴的切削功率的总和，单位 KW;P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.
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