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江 苏 大 学毕 业 设 计（论文）任 务 书 京江 学院 J 机械 1103 班级 吕晨晨 学生设计（论文）题目 涡轮箱体（一）两侧面钻孔组合机床设计课题来源 生 产 起讫日期15 年 3 月 23 日至 15 年 6 月 17 日共 13 周指导教师（签名） 金卫凤 系（教研室）主任（签名） 崔承云 课题依据：1减速箱体零件图；2年产量 40000 件。任务要求： 1安排零件机械加工工艺； 2完成组合机床“三图一卡” ； 3完成多轴箱装配图设计； 4完成夹具装配图设计； 5编写设计说明书； 6提交专题综述或专业文献阅读报告 1 份； 7完成专业外文资料翻译 1 份。 备 注：图纸总工作量不少于 4 张 0 号图，其中计算机绘图 1 张。计划进度：起讫日期工 作 内 容备 注3.233.314.14.64.74.174.184.264.275.35.45.105.115.245.256.36.46.17熟悉课题，收集资料，文献阅读，外文翻译调查研究与文献综述(读书报告)安排机械加工工艺路线，方案论证与开题报告绘制工序图绘制加工示意图绘制机床联系尺寸图设计多轴箱设计夹具图编写设计说明书整理资料，答辩备 注江 苏 大 学毕 业 设 计（论文）任 务 书 京江 学院 J机械1103 班级 吕晨晨 学生设计（论文）题目 涡轮箱体（一）两侧面钻孔组合机床设计课题来源 生 产 起讫日期15年3月23日至15年6月17日共13周指导教师（签名） 金卫凤 系（教研室）主任（签名） 崔承云 课题依据：1减速箱体零件图；2年产量40000件。任务要求： 1安排零件机械加工工艺； 2完成组合机床“三图一卡”； 3完成多轴箱装配图设计； 4完成夹具装配图设计； 5编写设计说明书； 6提交专题综述或专业文献阅读报告1份； 7完成专业外文资料翻译1份。 备 注：图纸总工作量不少于4张0号图，其中计算机绘图1张。计划进度：起讫日期工 作 内 容备 注3.233.314.14.64.74.174.184.264.275.35.45.105.115.245.256.36.46.17熟悉课题，收集资料，文献阅读，外文翻译调查研究与文献综述(读书报告)安排机械加工工艺路线，方案论证与开题报告绘制工序图绘制加工示意图绘制机床联系尺寸图设计多轴箱设计夹具图编写设计说明书整理资料，答辩备 注毕 业 设 计（论 文）设计（论文）题目： 蜗轮箱体（一）两侧面钻孔组合机床设计 学 院 名 称： 机械工程学院 专 业： 班 级： 姓 名： 学 号 指 导 教 师： 职 称 定稿日期： 年 月 日摘 要本文对减速器箱孔的加工工艺进行了详细的分析，就其孔的加工提出了“一次装夹，多工位加工，达到产品图样的精度要求”的思路。根据这一思路设计了钻孔组合机床设计。该组合机床由立柱、立柱底座、中间底座、液压滑台、动力箱、多轴箱等组成。本文对各部分的设计进行了详细的计算和论证。在工艺制定过程中，通过批量的进行钻底孔的加工方案，并寻求最佳的工艺方案，借此说明了工艺在生产过程中的重要性。本人的设计的主要内容是：进行了机床总体布局设计；对机床的进给和传动部分进行了设计；结合实例，介绍了夹具设计方法；通过此设计，本机床完全能满足设计要求，与传统的机床相比，本机床具有自动化程度高，生产率高，精度高等优点。 关键词：组合机床；钻底孔；夹具设计；手动IIAbstractThis paper makes a detailed analysis on the machining process of the reducer hole, the hole processing put forward one time clamping, multi station processing, reachthe precision requirement of product pattern idea. According to this idea, the design of drill hole modular machine tool design. The combined machine tool by the column, column base, base, hydraulic pressure sliding table, the power box, multi axle box etc. In this paper, the detailed calculation and verification of the design of each part.In the process of the development process, through the batch drilling bottom hole processing scheme, and to seek the best technology solutions, which illustrates the importance of the process in the production process. The main contents of the design are: the general layout design of machine tool; feed and transmission part of the machine is designed; combined with the example, introduces the design method of fixture; with this design, this machine can meet the design requirements, compared with traditional machine, this machine has a high degree of automation, high productivity, advantages high precision.Key Words: modular machine tool; drilling bottom hole; fixture design; manualIII目 录1 绪论.11.1 组合机床的概论.11.2 组合机床的发展现状与趋势.11.3 机床设计意义、内容、要求.21.3.1 设计的意义.21.3.2 设计内容与要求.32 组合机床的总体设计.42.1 组合机床方案的制定.42.1.1 制定工艺方案.42.1.2 确定组合机床的配置形式和结构方案.42.2 确定切削用量及选择刀具.62.2.1 确定工序间余量.62.2.2 选择切削用量.62.2.3 确定切削力、切削扭矩、切削功率.72.2.4 选择刀具结构.72.3 钻孔组合机床总设计“三图一卡”的编制.82.3.1 被加工零件工序图.82.3.2 加工示意图.92.3.3 机床联系尺寸图.142.3.4 生产率计算卡.172.4 多轴箱的设计.192.4.1 绘制多轴箱设计原始依据图.192.4.2 齿轮模数选择.202.4.3 多轴箱的传动设计.202.4.4 绘制传动系统图.222.4.5 传动零件的校核.233 钻孔夹具设计.243.1 研究原始质料.243.2 定位、夹紧方案的选择.243.3 切削力及夹紧力的计算.243.4 误差分析与计算.263.5 定位销选用.273.6 钻套、衬套、钻模板设计与选用.283.7 夹具设计及操作的简要说明.29结论.31参考文献.32致 谢.3311 绪论1.1 组合机床的概论组合机床是以系列化、标准化的通用部件为基础，配以少量的专用部件组成的专用机床。它适宜于在大批、大量生产中对一种或几种类似零件的一道或几道工序进行加工。这种机床既有专用机床的结构简单、生产率和自动程度较高的特点，又具有一定的重新调整能力，以适应工件变化的需要。组合机床广泛应用于大批量生产的行业，如；汽车、拖拉机、电动机、内燃机、阀门、缝纫机等制造业。1.2 组合机床的发展现状与趋势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2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（CAM）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。1.3 机床设计意义、内容、要求1.3.1 设计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3的过程中学到更多新的知识。1.3.2 设计内容与要求本次设计主要包括：(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。42 组合机床的总体设计2.1 组合机床方案的制定2.1.1 制定工艺方案零件加工工艺将决定组合机床的加工质量、生产率、总体布局和夹具结构等。在制定工艺方案时，必须计算分析被加工零件图，并了解零件的形状、大小、材料、硬度、刚度，加工部位的结构特点加工精度，表面粗糙度，以及定位，夹紧方法，工艺过程，所采用的刀具及切削用量，生产率要求，现场所采用的环境和条件等。并收集国内外有关技术资料，制定出合理的工艺方案。根据被加工零件（减速器箱体）的零件图（图 2.1） ，加工过程螺纹底孔： (1) 加工孔的主要技术要求。3 个螺纹孔 M10 底孔直径均为 8mm。孔的位置度公差为 0.05mm。工件材料为 HT200，HB170-241HBS (2) 工艺分析加工该孔时，孔的位置度公差为 0.3mm。根据组合机床和精密加工方案的过程，可以用如下：一次性加工孔，直径为 8mm (3) 定位基准及夹紧点的选择部分被加工孔的表面上，上面的三自由度和三个自由度的右端极限的限制，位于中间的孔通过螺钉夹有很好的作用。为保证加工精度，提高生产效率和降低劳动量，工件是批量生产，所以在设计，手动夹紧。2.1.2 确定组合机床的配置形式和结构方案通常，在确定工艺方案的同时，也就大体上确定了组合机床的配置形式和结构方案,但是还要考虑下列因素的影响。(1)加工精度的影响 工件的加工精度要求，往往影响组合机床的配置形式和结构方案，加工精度要求高时，应采用固定夹具的单工位组合机床，加工精度要求低时，可采用移动夹具的多工位组合机床；工件各孔间的位置精度要求高时，应采用在同一5工位上对各孔同时精加工的方法；工件各孔同轴度要求高时，应单独采用精加工等。(2) 工件结构的影响 这主要指零件的材料、硬度加工部位的结构形状，工件刚度定位基准面的特点，它们对机床工艺方案制度有着重要的影响。此离合器压盘的材料是 HT21-40、硬度 HB170-241、孔在整个压盘上呈 90 度均度分配，孔的直径为6.5mm。采用多孔同步加工，零件的刚度足够，工件受力不大，发热变形对工件影响可以不计,此零件的加工特点是中心线与定位基准平面是垂直的，并且定位基准面是水平的,孔的分布范围是直线形状，工件比较长，一次钻完，多轴箱体积较大，采用两工位以减小多轴箱的体积，因而适合选择立式多工位钻床。(3) 生产率的影响 生产率是决定采用单工位组合机床、多工位组合机床还是组合机床自动线的重要因素，按设计要求生产纲领为年生产量为 6 万件，从工件外形及轮廓尺寸，为了减少加工时间，采用多轴头，为了减少机床台数，此工序尽量在一台机床上完成。(4) 现场条件的影响1.车间布置情况 车间内零件输送滚道的高度将影响机床的装料高度，当工件输送滚道穿过机床时，机床应设计为通过式，且配置不能超过三面，同时装卸工件只能推进拉出，机床通常不能安装中间导向，如果车间面积有限，则要限制机床轮廓尺寸，此外，机床在车间的安装位置等对机床配置方案也有一定的影响。2.工艺间的联系 工件到组合机床加工前，毛坯或半成品必须达到一定的要求，否则会造成工件在机床上夹紧定位不可靠，甚至造成刀具损坏，如果在组合机床上加工以后，还要转到其他机床上加工，而工件没有预先加工出保证精度的有关定位基面，那么组合机床应该考虑为下一道工序加工出定位面。3.使用厂的技术能力和自然条件 如果使用厂没有相当能力的工具车间,制造，刃磨复杂的整体复合刀具有困难，则制定方案时应避免采用此类刀具，必要时可增加机床工位，以便采用一般刀具分散加工。综合以上所述,通过对箱盖零件的结构特点、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，并定出影响机床的总体布局和技术性能等方面的考虑，最终决定设计水平钻床。被加工零件图如图 2.1 所示6图 2.1 减速器箱体2.2 确定切削用量及选择刀具2.2.1 确定工序间余量为使加工过程顺利进行并稳定的保证加工精度，必须合理地确定工序余量。生产中常用查表给出的组合机床对孔加工的工序余量，以消除转、定位误差的影响。8mm的孔在钻孔时，直径上工序间余量均为 0.2mm。2.2.2 选择切削用量技术含量决定完成机器的组合，你可以选择切削参数。因为在大多数情况下，多轴联动加工机床的设计组合，切削参数，根据经验，30%低于普通机床的加工单。多轴主轴箱的所有工具都有一个进料系统，通常作为一个标准的电力幻灯片，工作，每分钟进给量的所有工具的相同，等于每分钟的动力滑台的进给（毫米/分钟）适用于一般的工具。因此，同一主轴箱上的刀具主轴可设计成同转速和同的每转 进给量（mm/r）与其适应。以满足直径的加需要，即： 2.11122.iin fn fn fvf 式中： 各主轴转速（r/min）n1、n2、ni 各主轴进给量（mm/r）12,.ifff7 动力滑台每分钟进给量（mm/min）vf由于减速器箱体钻孔的加工精度、工件材料、工作条件、技术要求等，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：孔钻头直径 D=8mm，进给量f=0.15mm/r、切削速度 v=15m/min2.2.3 确定切削力、切削扭矩、切削功率根据选定的切削用量（主要指切削速度 v 及进给量 f）确定切削力，作为选择动力部件（滑台） ；确定切削扭矩，用以确定主轴及其它传动件（齿轮，传动轴等）的尺寸；确定切削功率，用以选择主传动电动（一般指动力箱）功率，通过查表计算如下：布氏硬度：HB =HBmin(HBmaxHBmin) =170(241170) =146.33 3131切削力：=26 =268 =535.16 NFD8 . 0f6 . 0HB8 . 01 . 00.6146.33切削扭矩：=10 =10 =2452.26NmmT9 . 1D8 . 0f6 . 0HB1.988 . 01 . 00.6146.33 切削功率：= =2452.2615/(97403.148) =0.123 kwPD9740Tv 式中： HB布氏硬度 F切削力（N） D钻头直径（mm） f每转进给量（mm/r） T切削扭矩(Nmm) V切削速度（m/min） P切削功率(kw)2.2.4 选择刀具结构选择刀具，应考虑工艺要求与加工尺寸精度、工件材质、表面粗糙度及生产率的要求。为了提高工序集中程度或满足精度要求，可以采用复合刀具。孔加工刀具的长度应保证加工终了时刀具螺旋槽尾端与导向套之间有 3050mm 距离，以便于排出切削和刀具磨损后又一定的向前调整量。在减速器箱体的布氏硬度 HB200，孔径 d 高速钢钻头为 8mm 的刀具材料（W15Cr4V） ，为了使工作可靠，结构简单，加工简单，8mm 的麻花钻的选择标准。孔加工刀具长度应确保在工具和导套的末端之间的螺旋槽加工结束 30 50mm 范围，以排出切屑与刀具磨损已调整了一定量。82.3 钻孔组合机床总设计“三图一卡”的编制总体设计方案的图纸表达形式“三图一卡”设计，其内容包括：绘制被加工零件工序图、加工示意图、机床联系尺寸图、编制生产率卡。2.3.1 被加工零件工序图1，通过处理流程图的作用及内容零件工序图是根据选定的工艺方案加工，称为组合机床的工艺内容完整，尺寸，加工零件的精度，表面粗糙度和技术要求，定位基准，加工零件和材料零件的夹具加工图纸，硬度。它是基于原来的绘图，突出本机床的加工内容，再加上画出必要的说明，主要是基于组合机床的设计，制造，使用，也是重要的技术文件，检查和机床的调整。减速器箱体孔组合机床是加工零件的过程如图 2.2 所示。地图的主要内容：（1）被加工零件的形状，主要尺寸和机加工零件的尺寸，精度，表面粗糙度，形状和位置精度等技术要求，以及工作程序和技术要求。（2）定位基准选择定位夹紧，夹紧方向的过程。（3）加工零件的名称，数量，材料，硬度和加工件与津贴。2，绘制加工零件的工序图的注意（1）为了使被加工零件工序图是明确的，必须通过处理这台机器的内容。绘制时，要按一定比例，选择足够的视图和剖面看，优秀的处理站点（用粗实线） ，和零件和机床的轮廓，重行标记的夹具设计。如在参考 2.2 位置，机械夹紧位置和方向，辅助支持由符号部规定（细实线）表清楚，所有的程序来确保尺寸，角度等，应使用尺寸的数值表示。9图 2.2 减速器箱体工序图（2）加工部位的位置尺寸应由定位基准注起，为了便于加工和检验，有时为选定的定位基准与设计基准不重合，应处理转换位置精度要求。2.3.2 加工示意图1、加工示意图的作用和内容加工示意图是被加工零件工艺方案在图样上的反映，表示被加工零件在机床上的加工过程，刀具的布置以及工件、夹具、刀具的相对位置关系，机床的工作行程及工作循环等，是刀具、夹具、多轴箱、电气和液压系统设计选择动力部件的主要依据，是整台组合机床布局形式的原始要求，也是调整机床和刀具所必需的重要文件。在图上应标注的内容：（1）机床的加工方法，切削用量，工作循环和工作行程。（2）工件、夹具、刀具及多轴箱端面之间的距离等。（3）主轴的结构类型，尺寸及外伸长度；刀具类型，数量和结构尺寸、接杆、导10向装置的结构尺寸；刀具与导向置的配合，刀具、接杆、主轴之间的连接方式，刀具应按加工终了位置绘制。2、绘制加工示意图之前的有关计算（1）刀具的选择 刀具选择考虑加工尺寸精度、表面粗糙度、切削的排除及生产率要求等因素。刀具的选择前已述及，此处就不在追述了。（2）导向套的选择 组合机床加工孔时，除采用刚性主轴加工方案外，零件上孔的位置精度主要靠刀具的导向装置来保证。因此，正确选择导向装置的类型，合理确定其尺寸、精度，是设计组合机床的重要内容，也是绘制加工示意图时必须解决的问题。 1）选择导向类型 导向装置有两大类，即固定式导向和旋转式导向。根据刀具导向部分直径 d=10mm 和刀具导向的线速度 v=15m/min，选择固定式导向。2）选择导向套参数 根据刀具的直径选择固定导向装置，如图 24 所示： 图 24 固定导向装置固定导向装置的标准尺寸如下表：表 21 固定导向装置的标准尺dDD1D2Ll1mRd1d2l06.512223028381318M81616固定装置的配合如下表：表 22 固定装置的配合11导向类别工艺方法DDD1刀具导向部分外径固定导向钻孔G7（或 F8）67gH67jsHg6导向装置的布置如表 23 所示：表 23 导向装置的参数(mm)尺寸项目l1l2l3与直径 d 的关系(23)d加工铸铁dd/3+(38)计算值3d=3025425.4/3+8=16.5（3）主轴类型、尺寸、外伸长度 因为轴的材料为 40Cr，剪切弹性模量G=81.0GPa,刚性主轴取 14（0）m,所以 B 取 2.316，根据刚性条件计算主轴的直径为：dB=2.316=17.52mm4T445.3274式中：d轴直径（mm） T轴所承受的转矩（Nmm）B系数图 2.3 加工示意图在图上应标注的内容：（1）机床的加工方法，切削用量，工作循环和工作行程。12（2）工件、夹具、刀具及多轴箱端面之间的距离等。（3）主轴的结构类型，尺寸及外伸长度；刀具类型，数量和结构尺寸、接杆、导向装置的结构尺寸；刀具与导向置的配合，刀具、接杆、主轴之间的连接方式，刀具应按加工终了位置绘制。2、绘制加工示意图之前的有关计算（1）刀具的选择 刀具选择考虑加工尺寸精度、表面粗糙度、切削的排除及生产率要求等因素。刀具的选择前已述及，此处就不在追述了。（2）导向套的选择 在组合机床主轴孔加工，除了使用刚性方案，工件的尺寸，位置精度主要取决于夹具指南。所以正确的选择式导向装置，合理确定规模，精度，是组合机床设计的重要内容，也是解决必须处理内容绘制示意图。1）选择导向类型 根据刀具导向部分直径和刀具导向的线速度 v=15m/min，选择固定式导向。2）导向套的参数 根据刀具的直径选择固定导向装置固定导向装置的标准尺寸如下表：表 2.1 固定导向装置的标准尺dd1DD1D2ll1l2l3l4L555223034150405121746固定装置的配合如下表：表 2.2 固定装置的配合导向类别工艺方法DDD1刀具导向部分外径固定导向钻孔G7（或 F5）H7/g6H7/n6g6固定导向装置的布置如图 2.4 所示13图 2.4 固定导向装置的布置（3）初定主轴类型、尺寸、外伸长度因为轴的材料为 40Cr，剪切弹性模量 G=51.0GPa,刚性主轴取 14（0）m,所以 B 取 2.316，根据刚性条件计算主轴的直径为： dB2.594T式中： d轴直径（mm） （24.65） T轴所承受的转矩（Nmm）B系数本设计中主轴直径 d=25mm,主轴外伸长度为：L=115mm，D/为 40/25。1d（4）选择刀具接杆 由以上可知，多轴箱各主轴的外伸长度为一定值，而刀具的长度也是一定值，因此，为保证多轴箱上各刀具能同时到达加工终了位置，就需要在主轴与刀具之间设置可调环节，这个可调节在组合机床上是通过可调整的刀具接杆来解决的,连接杆如图2.5 所示， 图 2.5 可调连接杆连接杆上的尺寸 d 与主轴外伸长度的内孔 D 配合，因此，根据接杆直径 d 选择刀具接杆参数如表 2.3 所示：表 2.3 可调接杆的尺寸14dD1(h6)d2d3Ll1l2l3螺母厚度25Tr252莫氏 1 号12.061365551425012（5）确定加工示意图的联系尺寸从加工结束主轴箱的端到端的所有链接的大小来确定的表面之间的最小距离，加工示意图连接尺寸如图 2.3 所示。面对的工件端面最重要的连接尺寸（多轴箱的大小321mm） ，它等于刀具悬伸长度，螺母的厚度，主轴伸出长度和连杆长度（可调）和减去加工，孔的深度和切出值。（6）工作进给长度的确定 如图 2.6 工作进给长度应等于工件加工部位长度 L 与刀具切入长度和切出长工L1L度之和。切入长应应根据工件端面误差情况在 510mm 之间选择，误差大时取2L1L大值，因此取=5mm，切出长度=1/3d+(35)= x5+712mm，所以1L2L13 1=5+12+12=32mm.工L（7）快进长度的确定 考虑实际加工情况，在未加工之前，保证工件表面与刀尖之间有足够的工作空间，也就是快速退回行程须保证所有刀具均退至夹具导套内而不影响工件装卸。这里取快速退回行程为 120mm，快退长度等于快速引进与工作工进之和，因此快进长度 120-45=75mm. 15图 2.6 工作进给长度2.3.3 机床联系尺寸图图 2.7 机床联系尺寸图1、联系尺寸图的作用和内容在一般情况下，组合机床是由通用部件标准动力箱，动力滑台，柱，柱脚及特殊部件的装配。联系尺寸图是用来表示机床运动部件相互组装在该系统中，相对位置和尺寸的机器部件接触测试是否满足要求，通用部件的选择是适当的，并对主轴箱设计的进一步发展提供基础，夹具等专用部件，零件。联系尺寸图也可以被视为一个简化的设备布局，它代表了机床的结构类型和总体布局。如图 2.7 所示，机床联系尺寸图包括机床的布局，主要接触尺寸电机尺寸，规格，通用组件和电机的主要参数的动态组件，工件和各部分之间的特殊部位，外形尺寸。2、选用动力部件选用动力部件主要选择型号、规格合适的动力滑台、动力箱。（1）滑台的选用 通常，根据滑台的驱动方式、所需进给力、进给速度、最大行程长度和加工精度等因素来选用合适的滑台。1）驱动形式的确定 根据对液压滑台和机械滑台的性能特点比较，并结合具16体的加工要求，使用条件选择 HY 系列液压滑台。2）确定轴向进给力 滑台所需的进给力= =32375.5=955N进FiF 式中： 各主轴加工时所产生的轴向力iF由于滑台工作时，除了克服各主轴的轴的向力外，还要克服滑台移动时所产生的摩擦力。因而选择滑台的最大进给力应大于9.55KN。进F3）确定进给速度 液压滑台的工作进给速度规定一定范围内无级调速，对液压滑台确定切削用量时所规定的工作进给速度应大于滑台最小工作进给速度的 0.51倍;液压进给系统中采用应力继电器时，实际进给速度应更大一些。本系统中进给速度=nf=15mm/min。所以选择 1HY32A 液压滑台，工作进给速度范围vf20650mm/min，快速速度 10m/min。4）确定滑台行程 滑台的行程除保证足够的工作行程外，还应留有前备量和后备量。前备量的作用是动力部件有一定的向前移动的余地，以弥补机床的制造误差以及刀具磨损后能向前调整。本系统前备量为 20mm，后备量的作用是使动力部件有一定的向后移动的余地，为方便装卸刀具，这里取 50mm,所以滑台总行程应大于工作行程，前备量，后备量之和。即：行程 L120+20+50=220mm，取 L400mm。综合上述条件，确定液压动力滑台型号 1HY32A,以及相配套的滑台底座（1CC321 型） 。（2）由下式确定动力箱的选用 动力箱主要依据多轴所需的电动机功率来选用，在多轴箱没有设计之前，可算主P 2.6主P切P6*0.430.53.225KW式中：多轴箱传动效率，加工黑色金属时 0.50.9；有色金属时0.70.5，本系统加工 HT200，取 0.5动力箱的电动机功率应大于计算功率，并结合主轴要求的转速大小选择。因此，选用电动机型号为 Y132M1-6 的 1TD32I 型动力箱，动力箱输出轴至箱底面高度为150mm。主要技术参数如下表：表 2.4 电机型号及参数主电机传动型号转速范围（r/min）主电机功率（配套主轴部件型号17电机转速输出转速）kwD50 Y132M1-696047041HY32A,1CC321,1CD3213、配套支承部件的选用立柱底座 1CD322。4、确定装料高度装料高度指工件安装基面至机床底面的垂直距离，在现阶段设计组合机床时，装料高度可视具体情况在 H5501060mm 之间选取，本系统取装料高度为 500mm。5、中间底座轮廓尺寸中间底座的轮廓尺寸要满足滑台在其上面联接安装的需要，又考虑到与立柱底座相连接。因此，中间底座采用侧底座 1CD321。6、确定多轴箱轮廓尺寸本机床配置的多轴箱总厚度为 340mm，宽度和高度按标准尺寸中选取。计算时，多轴箱的宽度 B 和高度 H 可确定为：B=400，H=320根据上述计算值，按主轴箱轮廓尺寸系列标准，最后确定主轴箱轮廓尺寸BH=400320mm。2.3.4 生产率计算卡生产率计算卡是反映所设计机床的工作循环过程、动作时间、切削用量、生产率、负荷率等技术文件，通过生产率计算卡，可以分析拟定的方案是否满足用户对生产率及负荷率的要求。计算如下：切削时间： T切切= L/vf+t停2.7 = 45/74.710/415 =0.625 min式中： T切机加工时间（min） L工进行程长度（mm） vf 刀具进给量（mm/min） t停死挡铁停留时间。一般为在动力部件进给停止状态下，刀具旋转 510 r 所需要时间。这里取 10r辅助时间 T辅 = +t移+t装2.5fkvLL43 = （75120）/1000+0.13+218= 2.325min 式中： L3、L4 分别为动力部件快进、快退长度（mm） vfk 快速移动速度（mm/min） t移 工作台移动时间（min）,一般为 0.050.13min,取 0.13 min t装 装卸工件时间（min）一般为 0.51.5min,本例取 2min机床生产率 Q1 = 60/T单单2.9 = 60/（T切+T辅） =60/（0.625+3.295） =15.3 件/h机床负荷率按下式计算 = Q / Q1100%2.10 = A / Q1tk100% =15000/15.31950100% =67.04% 式中：Q机床的理想生产率（件/h） A年生产纲领（件） tk年工作时间，单班制工作时间 tk =1950h表 2.5 生产率计算卡192.4 多轴箱的设计2.4.1 绘制多轴箱设计原始依据图多轴箱设计原始依据图是根据“三图一卡”绘制的如图 3.8 所示:20图 3.8 钻孔组合机床多轴箱图中多轴箱的两定位销孔中心连线为横坐标，工件加工孔对称，选择箱体中垂线为纵坐标，在建立的坐标系中标注轮廓尺寸及动力箱驱动轴的相对位置尺寸。主轴部为逆时针旋转（面对主轴看） 。主轴的工序内容，切削用量及主轴尺寸及动力部件的型号和性能参数如表 3.6 所示：表 3.6 主轴外尺寸及切削用量主轴外伸尺寸切削用量轴号D/dL工序内容N（r/min）V(m/min)f(mm/r)Vf(mm/min)1、2、3、440/28115钻 84153.20.3.274.7注：1被加工零件编号及名称：箱体材料：HT200 JB297-62；硬度: HB170-241， 前、后、侧盖等材料为 HT150212动力部件型号：1TD32I 动力箱，电动机型号 Y112M-6；功率 P3.2kw。2.4.2 齿轮模数选择本组合机床主要用于钻孔，因此采用滚珠轴承主轴。齿轮模数 m 可按下式估算： m=(3032)=321.83.113)/(ZNP3)41519/(5.12式中：m估算齿轮模数 P齿轮所传递的功率（kw） Z对啮合齿中的小齿轮数 N小齿轮的转速（r/min）多轴箱输入齿轮模数取 m=1.5。2.4.3 多轴箱的传动设计（1）根据原始依据图（图 3.8） ，画出驱动轴、主轴坐标位置。如下表：表 3.7 驱动轴、主轴坐标值坐标销 O1驱动轴 O主轴 1主轴 2主轴 3主轴 4X17503737-37-37Y086.5101.53.29.53.29.5101.5（2）确定传动轴位置及齿轮齿数图 3.9 齿轮的最小壁厚221）最小齿数的确定为保证齿轮齿根强度，根据组合机床简明设计手册可知，驱动轴齿数要在 21-24 之间。2）传动轴 2 为主轴 1，2，3，4 都各自在同一同心圆上。多轴箱的齿轮模数按驱动轴齿轮估算 3.3.2330 32Pmzn多轴箱输入齿轮模数取 m=2。主轴 1，2，3，4 要求的转速一致且较高，所以采用降速传动。主轴齿数选取 Z=23，传动齿轮采用 z=22 齿的齿轮，变位系数。0.181x=传动轴的转速为:3.15735 / minnr由于前面选取了主轴直径为 40，显然传动轴直径都选取 40，这样为了减少传动轴种类和设计题目需要由于传动轴转速是，则驱动轴至传动轴的传动比为:735 / minr3.167351735i 所以选择两级传动，且传动比分配为：一级为 1.01.0;二级为 1.41.0。驱动轴的直径为 40mm，由组合机床简明设计手册查得知：t=132.3mm,当 m=3 时，驱动轴上的齿数为：Zmin3.1730333.32(2 1.25)2(2 1.25)23.82dmtm去驱动齿轮齿数 Z=24。通用的齿轮有三种，即传动齿轮、动力箱齿轮和电机齿轮。材料均为 45 钢，热处理为齿部高频淬火 G54。本机床齿轮的选用按照下表选用表 3.8 齿轮种类及参数齿轮种类宽度（mm）齿 数模数（mm）孔径（mm）驱动轴齿轮24321750 连续17702、1.5、32、1.5、3、415、20、30、140、4025、30、140、40、50传动轴齿轮44（B 型）21-24325、30、140、40、50输出轴齿轮3221-2433.2、22、28、32、3623计算各主轴转速使各主轴转速的相对转速损失在5%以内，由公式：V= 知：3.141000Dnn1=n2=n3=n4=3.2x1000/3.3.2/3.2=415r/min3.3.22.4.4 绘制传动系统图传动系统图是表示传动关系是示意图，即用以确定的传动轴将驱动轴和各主轴连接起来，绘制在多轴箱轮廓内的传动示意图，如图 3.10 所示图 3.10 钻孔多轴箱传动系统图图中传动轴齿轮和驱动轴齿轮为第排。在图中标出齿轮的齿数、模数、变位系数，以校核驱动轴是否正确。另外，应检查同排的非啮合齿轮是否齿顶干涉；还画出主轴直径和轴套直径，以避免齿轮和相邻的主轴轴套相碰。2.4.5 传动零件的校核（1）验算传动轴的直径校核传动轴以承受的总扭矩最大传动轴 5，由它驱动的有主轴 1、2、3、424主轴扭矩：T1=T2=T3=T4=9979Nmm油泵轴的扭矩：查得 R12-1A 油泵的最高压力为 0.3MPa、排量为 5.88ml/r。假设在理想无泄漏状态，即： Pq=T式中：P油泵的压力 N/ q油泵的排量 m3/s T输入扭矩 Nm 输入角速度 rad/s单位换算： P=0.3MPa=0.3106Pa n =550r/min=9.17r/s3.19 q=5.889.17=53.92ml/r=53.9210-6m3/s3.20=2n/60=23.3.2550/603.21 =57.57rad/s代入公式： Pq=T3.2253.9210-60.3106=57.57T6解得：T6=281NmmT5=T1/i5-1+T2/i5-2+T3/i5-3+T4/i5-4+T6/i5-63.23=49979/0.93.2+281/0.667=44093.06Nmm根据 d=B=3.316=132.6mm Ff1所以,时工件不会转动,故本夹具可安全工作。根据工件受力切削力、夹紧力的作用情况，找出在加工过程中对夹紧最不利的瞬间状态，按静力平衡原理计算出理论夹紧力。最后为保证夹紧可靠，再乘以安全系数作为实际所需夹紧力的数值。即：FKWK安全系数 K 可按下式计算有：6543210KKKKKKKK 式中：为各种因素的安全系数，查参考文献5表可得： 60 KK1211.2 1.0 1.0 1.0 1.3 1.0 1.01.56CK 1.2 1.2 1.05 1.2 1.3 1.0 1.02.36PK 1.2 1.2 1.0 1.2 1.3 1.0 1.02.25fK 所以有： 1193.08()KCCWKFN27 766.37()KPPWKFN 1359.90()KffWKFN该孔的设计基准为中心轴，故以回转面做定位基准，实现“基准重合”原则；参考文献，因夹具的夹紧力与切削力方向相反，实际所需夹紧力 F 夹与切削力之间的关系 F 夹KF轴向力：F 夹KF （N）扭距：Nm93.111033. 1234. 05 .1054.3331038 . 09 . 130MYFXFMKfdCM在计算切削力时必须把安全系数考虑在内，安全系数321KKKK 由资料机床夹具设计手册查表可得：721切削力公式： 式（2.17）PfKfDF75. 02 . 1412式中 mmD8rmmf/3 . 0查表得： 82195. 0)190(6 . 0HBKp即：)(69.1980NFf实际所需夹紧力：由参考文献16机床夹具设计手册表得：1121 KFWfK安全系数 K 可按下式计算，由式（2.5）有：6543210KKKKKKKK 式中：为各种因素的安全系数，见参考文献16机床夹具设计手册表60 KK 可得： 121 25. 20 . 10 . 13 . 12 . 10 . 12 . 12 . 1K所以 )(55.445625. 269.1980NFKWfK由计算可知所需实际夹紧力不是很大，为了使其夹具结构简单、操作方便，决定选用螺旋夹紧机构。3.4 误差分析与计算该夹具以一面两销定位，为了满足工序的加工要求，必须使工序中误差总和等于或小于该工序所规定的尺寸公差。gwj28与机床夹具有关的加工误差，一般可用下式表示：j MjjjWDADZWj由参考文献5可得： 两定位销的定位误差 ：111minD WDd 11221min2min.2DdDdJ WarctgL其中：，10.052Dmm20Dmm，10.011dmm20.023dmm， 1min0mm2min0.034mm 0.063D Wmm .0.0032J Wmm 夹紧误差 ： cos)(minmaxyyjj其中接触变形位移值： 1()()19.62nHBZyRaZaZkNkRcHBl 查5表 1215 有。 10.004,0.0016,0.412,0.7RazHBKKCn cos0.0028j jy