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设计任务书封面内容设计任务书封面内容:加工第一幅图的加工第一幅图的 5-M10 的孔，没精度要求的孔，没精度要求设计题目：（变速箱）前端面（左端面或右端面）卧式（立式）钻孔专用机床设计起讫时间：2015-3-23 至 2015 年 6 月 12 共 12 周正文内容正文内容：课题依据： 1. 零件图生产纲领 6 万/年采用液压机构或气动机构定位夹紧 任务要求：1 三图一卡设计（被加工零件工序图、加工示意图、机床联系尺寸图 生产率计算卡）2 多轴箱传动与结构设计3 设计说明书（字数 10000 左右） 基本要求1.绘图要求绘制各关键零部件的零件图和控制原理图，必须有一张 0 号图纸是计算机CAD 绘制，设计类必须 4 张 0 号图纸的工作量，图纸上严格按照国家标准绘制，包括技术要求、加工精度、装配精度、尺寸精度等。2.撰写毕业设计（论文）毕业设计的说明书撰写字数不少于 10000 字，毕业论文类的撰写字数不少于 20000 字，要求内容明确，方案可行、论证严密，层次分明，语句通顺，字体端正，表达确切，一律按照毕业设计（论文）说明书规定的格式打印。毕业设计（论文）说明书由题名(标题)、摘要、关键字、目次(目录)、引言(前言)、正文、结论、致谢、参考文献和附录等几部分组成。具体要求见附录：毕业设计（论文）说明书规范要求。（1） 标题标题应该简短、明确、有概括性。标题字数要适当，不宜超过 20 个字。如果有些细节必须放进标题，可以分成主标题和副标题。（2） 论文摘要论文摘要简要陈述研究课题的内容，创新见解和主要论点，中文摘要在300500 字左右，摘要的最后应列出 35 个关键词。英文摘要及关键字应与中文摘要相对应，中外文各一页。（3） 目录目录按三级标题编写（即：1 、1.1 、1.1.1 ） ，要求标题层次清晰。目录中的标题应与正文中的标题一致。每一章节后应标明起始页码。（4） 正文正文包括绪论、正文主体与结论，其内容分别如下： 绪论：说明本课题的意义、目的、研究范围及要达到的技术要求；简述本课题在国内外的发展概况及存在的问题；说明本课题的指导思想；阐述本课题应解决的主要问题。 方案：说明设计原理并进行方案选择，阐明为什么要选择这个设计方案（包括各种方案的分析、比较）以及所采用方案的特点。 过程论述：指作者对自己的研究工作的详细表述。要求论理正确、论据确凿、逻辑性强、层次分明、表达确切。 结果分析：对研究过程中所获得的主要的数据、现象进行定性或定量分析，得出结论和推论。 结论：对整个研究工作进行归纳和综合，阐述本课题研究中尚存在的问题及进一步开展研究的见解和建议。结论要写得概括、简短。（5） 谢辞谢辞应以简短的文字对在毕业设计过程中曾给予帮助的人（例如指导教师、答疑教师及其他人员）表示自己的谢意。（6） 参考文献参考文献是毕业设计（论文）不可缺少的组成部分，所引用的文献必须是本人真正阅读过的，近期发表的与设计或论文工作直接有关的文献。它反映毕业设计（论文）的取材来源、材料的广博程度和材料的可靠程度，列入主要的文献可 10 篇以上，其中外文文献在 2 篇以上。严格按照文后参考文献著录规则写出参考文献。（7） 附录附录是对于一些不宜放在正文中，但又直接反映完成工作的成果内容。如图纸实验数据计算机程序等材料附于毕业设计（论文）之后，附录所包含的材料是毕业设计（论文）的重要组成部分。7毕业设计（论文）资料的装订及归档（1） 毕业设计（论文）统一使用学校印制的毕业设计（论文）资料袋。（2） 毕业设计（论文）资料袋按要求认真填写，字体要工整，卷面要整洁，手写一律用黑或蓝黑墨水。（3） 毕业设计（论文）按统一顺序装订，见附录：毕业设计（论文）说明书规范要求。（4） 装订好后放入填写好的资料袋内上交学院。毕业设计（论文）资料袋中应包括：正文和附件两本，以及包括所有资料、模型、图纸及其使用说明等内容的电子光盘。8答辩答辩前，要准备好发言提纲及其答辩 PPT 文档、必要的结构图或装置图、图表。介绍毕业设计(论文)内容时要有系统，抓住重点，简明扼要（含课题设计思想、国内外现状、方案选择、设计结论等） ，发言时间一般为 5-85-8 分钟。每位学生答辩时间控制在 2020 分钟以内。设计任务书封面内容:加工第一幅图的5-M10的孔，没精度要求设计题目：（变速箱）前端面（左端面或右端面）卧式（立式）钻孔专用机床设计起讫时间：2015-3-23至2015年6月12共12周正文内容：课题依据： 1. 零件图生产纲领 6万/年采用液压机构或气动机构定位夹紧 任务要求：1三图一卡设计（被加工零件工序图、加工示意图、机床联系尺寸图 生产率计算卡）2多轴箱传动与结构设计3设计说明书（字数10000左右） 基本要求1.绘图要求绘制各关键零部件的零件图和控制原理图，必须有一张0号图纸是计算机CAD绘制，设计类必须4张0号图纸的工作量，图纸上严格按照国家标准绘制，包括技术要求、加工精度、装配精度、尺寸精度等。2.撰写毕业设计（论文）毕业设计的说明书撰写字数不少于10000字，毕业论文类的撰写字数不少于20000字，要求内容明确，方案可行、论证严密，层次分明，语句通顺，字体端正，表达确切，一律按照毕业设计（论文）说明书规定的格式打印。毕业设计（论文）说明书由题名(标题)、摘要、关键字、目次(目录)、引言(前言)、正文、结论、致谢、参考文献和附录等几部分组成。具体要求见附录：毕业设计（论文）说明书规范要求。（1） 标题标题应该简短、明确、有概括性。标题字数要适当，不宜超过20个字。如果有些细节必须放进标题，可以分成主标题和副标题。（2） 论文摘要论文摘要简要陈述研究课题的内容，创新见解和主要论点，中文摘要在300500字左右，摘要的最后应列出35个关键词。英文摘要及关键字应与中文摘要相对应，中外文各一页。（3） 目录目录按三级标题编写（即：1 、1.1 、1.1.1 ），要求标题层次清晰。目录中的标题应与正文中的标题一致。每一章节后应标明起始页码。（4） 正文正文包括绪论、正文主体与结论，其内容分别如下： 绪论：说明本课题的意义、目的、研究范围及要达到的技术要求；简述本课题在国内外的发展概况及存在的问题；说明本课题的指导思想；阐述本课题应解决的主要问题。 方案：说明设计原理并进行方案选择，阐明为什么要选择这个设计方案（包括各种方案的分析、比较）以及所采用方案的特点。 过程论述：指作者对自己的研究工作的详细表述。要求论理正确、论据确凿、逻辑性强、层次分明、表达确切。 结果分析：对研究过程中所获得的主要的数据、现象进行定性或定量分析，得出结论和推论。 结论：对整个研究工作进行归纳和综合，阐述本课题研究中尚存在的问题及进一步开展研究的见解和建议。结论要写得概括、简短。（5） 谢辞谢辞应以简短的文字对在毕业设计过程中曾给予帮助的人（例如指导教师、答疑教师及其他人员）表示自己的谢意。（6） 参考文献参考文献是毕业设计（论文）不可缺少的组成部分，所引用的文献必须是本人真正阅读过的，近期发表的与设计或论文工作直接有关的文献。它反映毕业设计（论文）的取材来源、材料的广博程度和材料的可靠程度，列入主要的文献可10篇以上，其中外文文献在2篇以上。严格按照文后参考文献著录规则写出参考文献。（7） 附录附录是对于一些不宜放在正文中，但又直接反映完成工作的成果内容。如图纸实验数据计算机程序等材料附于毕业设计（论文）之后，附录所包含的材料是毕业设计（论文）的重要组成部分。7毕业设计（论文）资料的装订及归档（1） 毕业设计（论文）统一使用学校印制的毕业设计（论文）资料袋。（2） 毕业设计（论文）资料袋按要求认真填写，字体要工整，卷面要整洁，手写一律用黑或蓝黑墨水。（3） 毕业设计（论文）按统一顺序装订，见附录：毕业设计（论文）说明书规范要求。（4） 装订好后放入填写好的资料袋内上交学院。毕业设计（论文）资料袋中应包括：正文和附件两本，以及包括所有资料、模型、图纸及其使用说明等内容的电子光盘。8答辩答辩前，要准备好发言提纲及其答辩PPT文档、必要的结构图或装置图、图表。介绍毕业设计(论文)内容时要有系统，抓住重点，简明扼要（含课题设计思想、国内外现状、方案选择、设计结论等），发言时间一般为5-8分钟。每位学生答辩时间控制在20分钟以内。. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . XX 大学毕业设计(论文)汽车变速箱端面钻孔专用机床设计【自动】所在学院专 业班 级姓 名学 号指导老师 年 月 日摘 要根据设计任务书的要求,本设计说明书针对汽车变速箱机床的设计及专用夹具设计进行说明。要内容包括组合机床工艺方案的制定、组合机床配置型式的选择、组合机床总体设计以及轴箱设计。全文要包括组合钻床的总体设计和轴箱设计两部分。机床总体设计要是在选定工艺方案并确定机床配置形式、结构方案基础上确定“三图一卡” ， 多轴箱设计根据“三图一卡” ，整理编绘出多轴箱原始依据图，重点分析传动系统，经过各种方案的比较，最后确定最优方案。此外，为了提高劳动生产率，降低劳动强度，保证加工质量，需设计专用夹具。关键词：关键词：多轴箱；组合机床；夹具AbstractAccording to the requirements of the mission design, design for wallboard machine and special fixture for the design specification is described. The main contents include aggregate machine-tool craft plan formulation, combined machine tool configuration choice, aggregate machine-tool system design and main shaft case design.The full text mainly includes overall design and main shaft box combination milling machine design two parts. The overall design of machine tool is mainly in the selected process and determine the basis of machine tool configuration, structure scheme to determine the three charts and a card, the headstock design according to three charts and a card, reorganizes the compilation to leave the headstock primitive basis chart, the key analysis transmission system, through the comparison of various schemes, and finally to determine the optimal scheme. In addition, in order to improve labor productivity, reduce labor intensity, guaranteed the processing quality, need to design special jig.Keywords: spindle box; modular machine tool; fixture目目 录录摘 要 .IIAbstract.11 绪论.31.1 课题研究意义.31.2 钻孔专用设备应用.31.3 钻孔专用设备.41.3.1 多轴头.41.3.2 多轴箱.51.3.3 多轴钻床.51.3.4 自动更换轴箱机床.51.4 钻孔专用设备趋势.61.5 组合机床总体设计.61.5.1 组合机床的概述.61.5.2 组合机床的技术发展趋势.82 组合机床的总体设计.102.1 组合机床方案的制定.102.1.1 制定工艺方案.102.1.2 确定组合机床的配置形式和结构方案.102.2 确定切削用量及选择刀具.122.2.1 确定工序间余量.122.2.2 选择切削用量.122.2.3 确定切削力、切削扭矩、切削功率.132.2.4 选择刀具结构.142.3 钻孔组合机床总设计“三图一卡”的编制.142.3.1 被加工零件工序图.142.3.2 加工示意图.152.3.3 机床联系尺寸图.192.3.4 生产率计算卡.223 多轴箱的设计.243.1 多轴箱的设计.243.1.1 绘制多轴箱设计原始依据图.243.1.2 齿轮模数选择.253.1.3 多轴箱的传动设计.253.1.4 绘制传动系统图.273.2 传动轴的直径估算.283.2.1 确定各轴转速.293.2.2 传动轴直径的估算：确定各轴最小直径.293.2.3 键的选择.303.3 传动轴的校核.313.3.1 传动轴的校核.313.3.2 键的校核.323.4 轴组件设计.323.5 轴的基本尺寸确定.333.5.1 外径尺寸 D.333.5.2 轴孔径 d.333.5.3 轴悬伸量 a .343.5.4 支撑跨距 L.343.5.5 轴最佳跨距0L的确定.353.6 轴刚度验算.373.6.1 轴前支撑转角的验算.373.6.2 轴前端位移的验算.394 夹具设计.424.1 研究原始质料.424.2 定位、夹紧方案的选择.424.3 切削力及夹紧力的计算.424.4 误差分析与计算.464.5 夹具设计及操作的简要说明.48结 论.48致 谢.49参考文献.50 1 绪论绪论1.1 课题研究意义市场的开放性和全球化使产品的竞争日趋激烈。而决定产品竞争力的指标是产品的开发时间(Time ) ， 产品(Quality)，成本(Cost)，创新能力(Creation)和服务(Service)。用户在追求高质量产品的同时，会更多的追求较低的价格和较短的交货周期。美国制造业在 20 世纪 50 至 40 年代要以扩大生产规模作为企业竞争力的第一要素，而在 70 年代竞争力的第一要素为降低生产成本，70 年代为提高产品质量，90 年代为市场响应速度。所以现代企业都期望通过提高自身的科技含量，增强竞争力。制造业是国家重要的基础工业之一，制造业的基础是。是众多机械制造的母机，它的发展水平，与制造业的生产能力和制造精度有着直接关系，关系到国家机械工业以至整个制造业的发展水平.是先进制造技术的基本单元载体，机械产品的质量、更新速度、对市场的应变能力、生产效率等在很大程度上取决于的效能。因此，制造业对于一个国家经济发展起着举足轻重的作用我国是世界上产量最多的国家.根据德国工业协会(VD W )2000 年统计资料，在要的生产国家中，中国排名为世界第五位。但是在国际市场竞争中仍处于较低水平:即使在国内市场也面临着严峻的形势:一方面国内市场对各类产品有着大量的需求，而另一方面却有不少国产滞销积压，国外产品充斥市场。1.2 钻孔专用设备应用据统计，一般在车间中普通机床的平均切削时间很少超过全部工作时间的 15%。其余时间是看图、装卸工件、调换刀具、操作机床、测量以及清除铁屑等等。使用数控机床虽然能提高 75%，但购置费用大。某些情况下，即使生产率高，但加工相同的零件，其成本不一定比普通机床低。故必须更多地缩短加工时间。不同的加工方法有不同的特点，就钻削加工而言，钻孔专用设备是一种通过少量投资来提高生产率的有效措施。虽然不可调式多轴头在自动线中早有应用，但只局限于大批量生产。即使采用可调式多轴头扩大了使用范围，仍然远不能满足批量小、孔型复杂的要求。尤其随着工业的发展，大型复杂的钻孔专用设备更是引人注目。例如原子能发电站中大型冷凝器水冷壁管板有 15000 个 20 孔，若以摇臂钻床加工，单单钻孔与锪沉头孔就要 742.5 小时，另外还要划线工时 151.1 小时。但若以数控八轴落地钻床加工，钻锪孔只要 171.6 小时，划线也简单，只要 1.9 小时。因此，利用数控控制的二个坐标轴，使刀具正确地对准加工位置，结合钻孔专用设备不但可以扩大加工范围，而且在提高精度的基础上还能大大地提高工效，迅速地制造出原来不易加工的零件。有人分析大型高速柴油机30 种箱形与杆形零件的 2000 多个钻孔操作中，有 40%可以在自动更换轴箱机床中用二轴、三轴或四轴多轴头加工，平均可减少 20%的加工时间。1975 年法国巴黎机床展览会也反映了钻孔专用设备的使用愈来愈多这一趋势。1.3 钻孔专用设备钻孔专用设备是在一次进给中同时加工许多孔或同时在许多相同或不同工件上各加工一个孔。这不仅缩短切削时间，提高精度，减少装夹或定位时间，并且在数控机床中不必计算坐标，减少字块数而简化编程。它可以采用以下一些设备进行加工：立钻或摇臂钻上装多轴头、多轴钻床、多轴组合机床心及自动更换轴箱机床。甚至可以通过二个能自动调节轴距的轴或多轴箱，结合数控工作台纵横二个方向的运动，加工各种圆形或椭圆形孔组的一个或几个工序。现在就这方面的现状作一简介。1.3.1 多轴头从传动方式来说要有带传动、齿轮传动与万向联轴节传动三种。这是大家所熟悉的。前者效率较高，结构简单，后者易于调整轴距。从结构来说有不可调式与可调式二种。前者轴距不能改变，多采用齿轮传动，仅适用于大批量生产。为了扩大其赞许适应性，发展了可调式多轴头，在一定范围内可调整轴距。它要装在有万向.二种。（1）万向轴式也有二种:具有对准装置的轴。轴装在可调支架中，而可调支架能在壳体的 T 形槽中移动，并能在对准的位置以螺栓固定。 （2）具有公差的圆柱形轴套。轴套固定在与式件孔型相同的模板中。前一种适用于批量小且孔组是规则分布的工件（如孔组分布在不同直径的圆周上） 。后一种适用于批量较大式中小批量的轮番生产中，刚性较好，孔距精度亦高，但不同孔型需要不同的模板。多轴头可以装在立钻式摇臂钻床上，按钻床本身所具有的各种功能进行工作。这种钻孔专用设备方法，由于钻孔效率、加工范围及精度的关系，使用范围有限。1.3.2 多轴箱也象多轴头那样作为标准部件生产。美国 Secto 公司标准齿轮箱、多轴箱等设计的不可调式多轴箱。有 32 种规格，加工面积从 300300 毫米到 6001050 毫米，工作轴达 60 根，动力达 22.5 千瓦。Romai 工厂生产的可调多轴箱调整方便，只要先把齿轮调整到接近孔型的位置，然后把与它联接的可调轴移动到正确的位置。因此，这种结构只要改变模板，就能在一定范围内容易地改变孔型，并且可以达到比普通多轴箱更小的孔距。根据成组加工原理使用多轴箱或多轴头的组合机床很适用于大中批量生产。为了在加工中获得良好的效果，必需考虑以下数点：（1）工件装夹简单，有足够的冷却液冲走铁屑。 （2）夹具刚性好，加工时不形变，分度定位正确。 （3）使用二组刀具的可能性，以便一组使用，另一组刃磨与调整，从而缩短换刀停机时间。 （4）使用优质刀具，监视刀具是否变钝，钻头要机磨。 （5）尺寸超差时能立即发现。1.3.3 多轴钻床这是一种能满足钻孔专用设备要求的钻床。诸如导向、功率、进给、转速与加工范围等。巴黎展览会中展出的多轴钻床多具液压进给。其整个工作循坏如快进、工进与清除铁屑等都是自动进行。值得注意的是，多数具有单独的变速机构，这样可以适应某一组孔中不同孔径的加工需要。1.3.4 自动更换轴箱机床为了中小批量生产合理化的需要，最近几年发展了自动更换轴箱组合机床。(1) 自动更换轴机床自动更换轴机床顶部是回转式轴箱库，挂有多个不可调轴箱。纵横配线盘予先编好工作程序，使相应的轴箱进入加工工位，定位紧并与动力联接，然后装有工件的工作台转动到轴箱下面，向上移动进行加工。当变更加工对象时，只要调换悬挂的轴箱，就能适应不同孔型与不同工序的需要。(2)多轴转塔机床转塔上装置多个不可调或万向联轴节轴箱，转塔能自动转位，并对夹紧在回转工作台的工件作进给运动。通过工作台回转，可以加工工件的多个面。因为转塔不宜过大，故它的工位数一般不超过 46 个。且轴箱也不宜过大。当加工对象的工序较多、尺寸较大时，就不如自动更换轴箱机床合适，但它的结构简单。(3)自动更换轴箱组合机床它由自动线或组合机床中的标准部件组成。不可调多轴箱与动力箱按置在水平底座上，轴箱库转动时整个装置紧固在进给系统的溜板上。轴箱库转动与进给动作都按标准子程序工作。换轴箱时间为几秒钟。工件夹紧于液压分度回转工作台，以便加工工件的各个面。好果回转工作台配以卸料装置，就能合流水生产自动化。在可变生产系统中采用这种装置，并配以相应的控制器可以获得完整的加工系统。(4) 数控八轴落地钻床大型冷凝器的水冷壁管板的孔多达 15000 个，它与支撑板联接在一起加工。孔径为 20 毫米，孔深 170 毫米。采用具有内冷却管道的麻花钻，57 巴压力的冷却液可直接进入切削区，有利于排屑。钻尖磨成 90供自动定心。它比普通麻花钻耐用，且进给量大。为了缩短加工时间，以 7 轴数控落地加工。1.4 钻孔专用设备趋势钻孔专用设备生产效率高，投资少，生产准备周期短，产品改型时设备损失少。而且随着我国数控技术的发展，钻孔专用设备的范围一定会愈来愈广，加工效率也会不断提高。1.5 组合机床总体设计1.5.1 组合机床的概述组合机床（transfer and unit machine）是以系列化和标准化的通用部件为基础，配以少量专用部件对一种或多种工件按预先确定的工序进行切削加工的机床。兼有万能机床和专用机床的优点。通用零部件通常占整个机床零部件的 7090，只需要根据被加工零件的形状及工艺改变极少量的专用部件就可以部分或全部进行改装，从而组成适应新的加工要求的设备。由于在组合机床上可以同时从几上方向采用多把刀具对一个或数个工件进行加工，所以可减少物料的搬运和占地面积，实现工序集中，改善劳动条件，提高生产效率和降低成本。将多台组合机床联在一起，就成为自动生产线。组合机床广泛应用于需大批量生产的零部件，如汽车等行业中的箱体等。另外在中小批量生产中也可应用成组技术将结构和工艺相似的零件归并在一起，以便集中在组合机床上进行加工。组合机床一般可完成的工艺范围有：铣平面、刮平面、车端面、车锥面、钻孔、扩孔、铰孔、镗孔、倒角、切槽、以及加工螺纹、滚压、拉削、磨削、抛光工序。组合机床一般采用多轴、多刀、多序、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。组合机床的通用部件按功能分为动力部件、支承部件、输送部件、控制部件和辅助部件 5 类。动力部件为机床提供主运动和进给运动，主要有动力箱（将电动机的旋转运动传递给多轴箱） 、切削头（装在各个主轴上，用于各单一工序的加工） 、动力滑台（用于安装动力箱或切削头，以实现进给运动） ；支承部件用以安装动力滑台、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；输运部件用以输送工件或多轴箱至加工工位的部件，主要有分度回转工作台、环形分度回转工作台、分度鼓轮和往复移动工作台等；控制部件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；辅助部件包括润滑、冷却和排屑装置等。根据配置型式，组合机床可分为单工位和多工位两大类。其中单工位组合机床按被加工面的数量又有单面、双面、三面和四面 4 种，通常只能对各个加工部位同时进行一次加工；多工位组合机床则有回转工作台式、往复工作台式、中长立柱式和回转鼓轮式 4 种，能对加工部位进行多次加工。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。1.5.2 组合机床的技术发展趋势最早的组合机床于 1911 年在美国制成，用于加工汽车零件。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。1973 年，国际标准化组织（ISO）公布了第一批组合机床通用部件标准。1975 年，中国第一机械工业部颁布了中国的第一批组合机床通用部件标准。组合机床现代发展的方向主要有以下几个特点：a、组合机床品种的发展重点。在组合机床这类专用机床中，回转式多工位组合机床和自动线占有很重要的地位。因为这两类机床可以把工件的许多加工工序分配到多个加工工位上，并同时能从多个方向对工件的几个面进行加工，此外，还可以通过转位夹具(在回转工作台机床上)或通过转位、翻转装置(在自动线上)实现工件的五面加工或全部加工，因而具有很高的自动化程度和生产效率，被汽车、摩托车和压缩机等工业部门所采用。b、自动线节拍时间进一步缩短。目前，以大批量生产为特征的轿车和轻型载货车，其发动机的年产量通常为 60 万台左右，实现这样大的批量生产，回转式多工位组合机床和自动线在三班运行的情况下，其节拍时间一般为 2030 秒，当零件生产批量更大时，机床的节拍时间还要更短些。自动线的短节拍，主要是通过缩短基本时间和辅助时间来实现的。缩短基本时间的主要途径是采用新的刀具材料和新颖刀具，以通过提高切削速度和进给速度来缩短基本时间。缩短辅助时间主要是缩短包括工件输送、加工模块快速引进以及加工模块由快进转换为工进后至刀具切入工件所花的时间。为缩短这部分空行程时间，普遍采用提高工件(工件直接输送)或随行夹具的输送速度和加工模块的快速移动速度。目前，随行夹具的输送速度可达 60m/min 或更高些，加工模块快速移动速度达 40m/min。c、组合机床柔性化进展迅速。十多年来，作为组合机床重要用户的汽车工业，为迎合人们个性化需求，汽车变型品种日益增多，以多品种展开竞争已成为汽车市场竞争的特点之一，这使组合机床制造业面临着变型多品种生产的挑战。为适应多品种生产，传统以加工单一品种的刚性组合机床和自动线必须提高其柔性。组合机床的柔性化主要是通过采用数控技术来实现的。开发柔性组合机床和柔性自动线的重要前提是开发数控加工模块，而有着较长发展历史的加工中心技术为开发数控加工模块提供了成熟的经验。由数控加工模块组成的柔性组合机床和柔性自动线，可通过应用和改变数控程序来实现自动换刀、自动更换多轴箱和改变加工行程、工作循环、切削参数以及加工位置等，以适应变型品种的加工。组合机床自动线柔性化的迅速发展和节拍时间的日益缩短，充分显示了 CNC 技术和刀具技术给组合机床自动线带来的巨大技术进步，使柔性自动线在多品种、大批量生产中成为重要的技术装备。但在这里必须指出，在组合机床和自动线实现柔性化发展的同时，加工中心高速化发展异常迅速。加工中心与组合机床的竞争日趋激烈。d、加工精度日益提高。特别自 70 年代中期以来，汽车制造业为增强其汽车的竞争力，不断地加严其发动机的关键件的制造公差，并通过计算机辅助测量和分析方法，以及通过设备能力检验来提高其产品的质量。这无疑是对组合机床和自动线提出了更高的要求。组合机床制造厂为了满足用户对工件加工精度的高要求，除了进一步提高主轴部件、镗杆、夹具(包括镗模)的精度，采用新的专用刀具，优化切削工艺过程，采用刀具尺寸测量控制系统和控制机床及工件的热变形等一系列措施外，目前，空心工具锥柄(HSK)和过程统计质量控制(SPC)的应用已成为自动线提高和监控加工精度的新的重要技术手段。e、综合自动化程度日益提高。近十年来，为进一步提高工件的加工精度和减少工件在生产过程中的中间储存、搬运以及缩短生产流程时间，将工件加工流程中的一些非切削加工工序(如工序间的清洗、测量、装配和试漏等)集成到自动线或自动线组成的生产系统中，以实现工件加工、表面处理、测量和装配等工序的综合自动化。f、其它技术的应用动向。在工业发达国家的组合机床行业中，下列技术得到了较为广泛的应用。组合机床设计普及 CAD 技术在国外许多公司中，组合机床设计已普遍采用 CAD 工作站，在设计室几乎很难见到传统的绘图板。CAD 除应用于绘图工作外，并在构件的刚度分析(有限元方法)、组合机床及自动线设计方案比较和选择，以及方案报价等方面均已得到广泛应用，从而显著地提高了设计质量和缩短了设计周期。加之国外许多公司在组合机床和自动线组成模块方面的系列化和通用化程度很高(一般达 90%以上)，使组合机床和自动线的交货期进一步缩短。2 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。所以，在制定工艺方案时，必须计算分析被加工零件图，并深入现场了解零件的形状、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（汽车变速箱）的零件图（图 2.1） ，加工 7 个孔的工艺过程：(1) 加工孔的要技术要求。5 个直径均为 8mm。工件材料为 HT200，HB170-241HBS要求生产纲领为（考虑废品及备品率）年产量 6 万件，假设 2 班制生产，每班 6 小时，每年工作 300 天。(2) 工艺分析加工该孔时，孔的位置度公差为 0.05mm。根据组合机床的工艺方法及能达到的精度，可采用如下的加工方案：一次性加工通孔，孔径为 8mm。 (3) 定位基准及夹紧点的选择加工此零件上的孔，以上表面限制三个自由度和右端面限制三个自由度，位于中间的孔通过螺杆起到了很好的夹紧作用。在保证加工精度的情况下，提高生产效率减轻工人劳动量，由于工件是大批量生产，因此在设计时就认为是液压夹紧。2.1.2 确定组合机床的配置形式和结构方案(1)被加工零件的加工精度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，是制造机床方案的要依据。汽车变速箱钻孔的精度要求较高，可采用钻孔组合机床。为了加工出表面粗糙度为 Ra1.6um 的孔，采取提高机床原始制造精度和工件定位基准精度并减少夹压变形等措施就可以了。为此，机床通常采用尾置式齿轮动力装置，进给采用液压系统，被加工零件图如图 2.1 所示图 2.1 汽车变速箱 (2) 被加工零件的特点这要指零件的材料、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。此汽车变速箱的材料是 HT200、硬度HB170241、孔的直径为 8mm。采用多孔同步加工，零件的刚度足够，工件受力不大，振动，及发热变形对工件影响可以不计。一般来说，孔中心线与定位基准面平行且需由一面或几面加工的箱体宜用卧式机床，立式机床适宜加工定位基准面是水平的且被加工孔与基准面垂直的工件，而不适宜加工安装不方便或高度较大的细长工件。对大型箱体件采用单工位机床加工较适宜，而中小型零件则多采用多工位机床加工。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，工件较小，其孔分布较密集，多轴箱体积较大，一次钻孔，选择钻床。(3) 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、自动线或按中小批量生产特点设计组合机床的重要因素。按设计要求生产纲领为年生产量为 5 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，以提高利用率。(4) 机床使用条件根据使用组合机床对车间布置情况、工序间的联系、技术能力和自然条件等的要求来选择适合的组合机床。综合以上所述：通过对汽车变速箱零件的结构特点、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，最终决定设计卧式钻床。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 选择切削用量确定了在组合机床上完成的工艺内容了，就可以着手选择切削用量了。因为所设计的组合机床为多轴同步加工在大多数情况下，所选切削用量，根据经验比一般通用机床单刀加工低 30%左右多轴轴箱上所有刀具共用一个进给系统，通常为标准动力滑台，工作时，要求所有刀具的每分钟进给量相同，且等于动力滑台的每分钟进给量（mm/min）应是适合有刀具的平均值。因此，同一轴箱上的刀具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： 各轴转速（r/min）n1、n2、ni 各轴进给量（mm/r）12,.ifff 动力滑台每分钟进给量（mm/min）vf由于汽车变速箱钻孔的加工精度、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=0.2mm/r、切削速度 v=17m/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（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，用以选择传动电动（一般指动力箱）功率，通过查表计算如下：切削力： =262.2FD8 . 0f6 . 0HB =2688 . 02 . 06 . 0200=4372N切削扭矩： =102.3T9 . 1D8 . 0f6 . 0HB =101.980.80.26 . 0200 =30463.4Nmm切削功率： =2.4P/9740TvD =30463.417/(97403.148)=0.717kw 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 选择刀具结构汽车变速箱的布氏硬度在 HB170-241，孔径 D 为 8mm 刀具的材料选择高速钢钻头（W17Cr4V） ，为了使工作可靠、结构简单、刃磨简单，选择标准 8mm 的麻花钻。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 的距离，以便排出切屑和刀具磨损后有一定的向前的调整量。2.3 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、被加工零件工序图的作用及内容被加工零件工序图是根据选定的工艺方案，表示一台组合机床完成的工艺内容，加工部位的尺寸、精度、表面粗糙度及技术要求，加工用的定位基准、夹具部位及被加工零件的材料、硬度等状况的图纸。它是在原零件图基础上，突出本机床的加工的内容，加上必要的说明绘制成的，是组合机床设计的要依据，也是制造、使用、检验和调整机床的重要技术文件。汽车变速箱钻孔组合机床的被加工零件工序图如 2.2 所示。图上要内容：（1）被加工零件的形状，要外廓尺寸和本机床要加工部位的尺寸、精度、表面粗糙度、形位精度等技术要求，以及对上道工序的技术要求等。（2）本工序所选定的定位基准、夹紧部位及夹紧方向。（3）被加工零件的名称、编号、材料、硬度及被加工部位的加上余量等。2、绘制被加工零件工序图的注意事项（1）为了使被加工零件工序图清晰明了，一定要图出被本机床的加工内容。绘制时，应按一定的比例，选择足够的视图及剖位视图，突出加工部位（用粗实线） ，并把零件轮廓及与机床、夹具设计有关粗实线标记。如图 2.2 中定位基准，机械夹压位置及方向，辅助支承均须用规定的符号部（用细实线）表清楚，凡本道工序保证的尺寸、角度等，均应在尺寸数值下方面用表示出来。图 2.2 汽车变速箱工序图（2）加工部位的位置尺寸应由定位基准注起，为便于加工及检查，有时因所选定位基准与设计基准不重合，则须对加工部位要求位置尺寸精度进行分析换算。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。图 2.3为汽车变速箱钻孔的加工示意图图 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。（2）工件、夹具、刀具及多轴箱端面之间的距离等。（3）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、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 在组合机床上加工孔，除用刚性轴的方案外，工件的尺寸、位置精度要取决于夹具导向。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内容。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=17m/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dd1DD1D2ll1l2l3l4L588403034150408121746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 F7）H7/g6H7/n6g6固定导向装置的布置如图 2.4 所示图 2.4 固定导向装置的布置（3）初定轴类型、尺寸、外伸长度因为轴的材料为 40Cr，剪切弹性模量 G=71.0GPa,刚性轴取 14（0）m,所以 B 取 2.316，根据刚性条件计算轴的直径为： dB2.594T式中： d轴直径（mm） （24.65） T轴所承受的转矩（Nmm）B系数本设计中轴直径 d=8mm,轴外伸长度为：L=115mm，D/为 40/27。1d（4）选择刀具接杆 由以上可知，多轴箱各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dD1(h6)d2d3Ll1l2l3螺母厚度27Tr272莫氏 1 号12.061368551425012（5）确定加工示意图的联系尺寸从保证加工终了时轴箱端面到工件端面间距离最小来确定全部联系尺寸，加工示意图联系尺寸的标注如图 2.3 所示。其中最重要的联系尺寸即工件端面到多轴箱端面之间的距离（图中的尺寸 321mm）,它等于刀具悬伸长度、螺母厚度、轴外伸长度与接杆伸出长度（可调）之和，再减去加工孔深度和切出值。（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=7mm，切出长度=1/3d+(37)= x8+712mm，所以1L2L13 1=7+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.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一般来说，组合机床是由标准的通用部件动力箱、动力滑台、立柱、立柱底座加上专用部件组合而成。联系尺寸图用来表示机床各组成部件的相互装配和运动关系，以检验机床各部件的相对位置及尺寸联系是否满足要求，通用部件的选择是否合适，并为进一步开展轴箱、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床总图，它表示机床的配置型式及总体布局。如图 2.7 所示，机床联系尺寸图的内容包括机床的布局形式，通用部件的型号、规格、动力部件的运动尺寸和所用电动机的要参数、工件与各部件间的要联系尺寸，专用部件的轮廓尺寸等。2、选用动力部件选用动力部件要选择型号、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 滑台所需的进给力进F= iF=54372=34976N 式中： iF各轴加工时所产生的轴向力由于滑台工作时，除了克服各轴的轴的向力外，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进F34.976KN。3）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=17mm/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 70mm,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+70=220mm，取 L630mm。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P7*0.7170.77.1 KW式中：多轴箱传动效率，加工黑色金属时 0.70.9；有色金属时0.70.7，本系统加工 HT200，取 0.7动力箱的电动机功率应大于计算功率，并结合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170mm。要技术参数如下表：表 2.4 电机型号及参数转速范围（r/min）电机传动型号电机转速输出转速电机功率（）kw配套轴部件型号D50 Y160M-69704707.51HY32A,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 H5701060mm 之间选取，本系统取装料高度为 700mm。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 630mm，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=630，H=400根据上述计算值，按轴箱轮廓尺寸系列标准，最后确定轴箱轮廓尺寸BH=630400mm。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 =0.68 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2.7fkvLL43 = （75120）/1000+0.13+2= 2.38min 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/（0.68+3.295） =15.3 件/h机床负荷率按下式计算 = Q / Q1100%2.10 = A / Q1tk100% =20000/15.31950100% =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3 多轴箱的设计多轴箱的设计3.1 多轴箱的设计3.1.1 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 3.1 所示:图 3.1 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。轴部为逆时针旋转（面对轴看） 。轴的工序内容，切削用量及轴尺寸及动力部件的型号和性能参数如表 3.1 所示表 3.1 轴外尺寸及切削用量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、45、67、740/27115钻 8415170.1774.7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 HT1502动力部件型号：1TD32I 动力箱，电动机型号 Y160M-6；功率 P7.5kw。3.1.2 齿轮模数选择本组合机床要用于钻孔，因此采用滚珠轴承轴。齿轮模数 m 可按下式估算： m=(3032)=321.82.113)/(ZNP3)41518/(1 . 7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）为了模数计算还需要满足中心距的关系多轴箱输入齿轮模数取 m=2。取 m=2 齿轮分配可以圆整3.1.3 多轴箱的传动设计（1）根据原始依据图（图 3.2） ，画出驱动轴、轴坐标位置。如下表：表 3.2 驱动轴、轴坐标值坐标销 O1驱动轴 O轴 1轴 2轴 3轴 4X17503737-37-37Y076.5103.589.589.5103.5（2）确定传动轴位置及齿轮齿数图 3.2 齿轮的最小壁厚2）传动轴 2 为轴 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 2.8330 32Pmzn多轴箱输入齿轮模数取 m=2。轴 1，2，3，4 要求的转速一致且较高，所以采用降速传动。轴齿数选取 Z=25，传动齿轮采用 z=25 齿的齿轮，变位系数。传动轴的0.181x=由于前面选取了轴直径为 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=33.3mm,当 m=3 时，驱动轴上的齿数为：Zmin2.1730333.32(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 2.7 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、2.5、32、2.5、3、415、20、30、35、408、30、35、40、50传动轴齿轮44（B 型）21-2438、30、35、40、50输出轴齿轮3221-24317、22、27、32、36计算各轴转速使各轴转速的相对转速损失在5%以内，由公式：V= 知：3.141000Dnn1=n2=n3=n4=17x1000/3.8/8=415r/min2.173.1.4 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轴连接起来，绘制在多轴箱轮廓内的传动示意图，如图 3.3 所示图 3.3 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；还画出轴直径和轴套直径，以避免齿轮和相邻的轴轴套相碰。3.2 传动轴的直径估算传动轴除应满足强度要求外，还应满足刚度的要求，强度要求保证轴在反复载荷和扭载荷作用下不发生疲劳破坏。机床传动系统精度要求较高，不允许有较大变形。因此疲劳强度一般不失是要矛盾，除了载荷很大的情况外，可以不必验算轴的强度。刚度要求保证轴在载荷下不至发生过大的变形。因此，必须保证传动轴有足够的刚度。3.2.1 确定各轴转速 、确定轴计算转速：计算转速是传动件能传递全部功率的最低转速。各传动jn件的计算转速可以从转速图上，按轴的计算转速和相应的传动关系确定。根据【1】表 3-10，轴的计算转速为min/70.5r41. 125nn131213zminj、各变速轴的计算转速： 轴的计算转速可从轴 71r/min 按 72/17 的变速副找上去，轴的计算转速为3jn100r/min；轴的计算转速为 400r/min；2jn轴的计算转速为 700r/min。1 jn、各齿轮的计算转速各变速组内一般只计算组内最小齿轮，也是最薄弱的齿轮，故也只需确定最小齿轮的计算转速。变速组 c 中，22/76 只需计算 z = 22 的齿轮，计算转速为 270r/min；变速组 b 计算 z = 17 的齿轮，计算转速为 400r/min；变速组 a 应计算 z = 27 的齿轮，计算转速为 700r/min。、核算轴转速误差 min/14.115736/7245/4549/35224/1261440rn实min/1120rn标%5%3 . 4%1001120)11201157(%100)(标标实nnn所以合适。3.2.2 传动轴直径的估算：确定各轴最小直径根据【5】公式（7-1） ，并查【5】表 7-13 得到取 1. mmnPdj491 轴的直径：取min/800,96. 011rnj mmndj03.28180096. 05 . 7915 . 79144轴的直径：取min/400,922. 099. 099. 098. 0212rnj mmndj61.331400922. 05 . 7915 . 79144轴的直径：取min/100,89. 099. 098. 0323rnj mmndj25.46110089. 05 . 7915 . 79144其中：P-电动机额定功率（kW） ；-从电机到该传动轴之间传动件的传动效率的乘积；-该传动轴的计算转速（） ；jnminr-传动轴允许的扭转角（） 。 mo当轴上有键槽时，d 值应相应增大 45%;当轴为花键轴时，可将估算的 d 值减小 7%为花键轴的小径;空心轴时，d 需乘以计算系数 b，b 值见【5】表 7-12。和为由键槽并且轴为空心轴，和为花键轴。根据以上原则各轴的直径取值：，mmd30和在后文给定， 轴采用光轴，轴和轴因为要安装滑移齿轮所以都采用花dd键轴。因为矩形花键定心精度高，定心稳定性好，能用磨削的方法消除热处理变形，定心直径尺寸公差和位置公差都能获得较高的精度，故我采用矩形花键连接。按规定，矩形花键的定心方式为小径定心。查【15】表 5-3-30 的矩形19871144TGB花键的基本尺寸系列，轴花键轴的规格；轴花键轴的742368为BDdN规格。848428为BDdN3.2.3 键的选择查【4】表 6-1 选择轴 上的键，根据轴的直径，键的尺寸选择3022d，键的长度 L 取 22。轴处键的选择同上，键的尺寸为78取键高键宽hb，键的长度 L 取 100。1628取键高键宽hb3.3 传动轴的校核需要验算传动轴薄弱环节处的倾角荷挠度。验算倾角时，若支撑类型相同则只需验算支反力最大支撑处倾角；当此倾角小于安装齿轮处规定的许用值时，则齿轮处倾角不必验算。验算挠度时，要求验算受力最大的齿轮处，但通常可验算传动轴中点处挠度（误差%3） 。当轴的各段直径相差不大，计算精度要求不高时，可看做等直径，采用平均直径进行计算，计算花键轴传动轴一般只验算弯曲刚度，花键轴还应进行键侧挤压验算。1d弯曲刚度验算；的刚度时可采用平均直径或当量直径。一般将轴化为集中载荷下1d2d的简支梁，其挠度和倾角计算公式见【5】表 7-15.分别求出各载荷作用下所产生的挠度和倾角，然后叠加，注意方向符号，在同一平面上进行代数叠加，不在同一平面上进行向量叠加。3.3.1 传动轴的校核轴的校核：通过受力分析，在一轴的三对啮合齿轮副中，中间的两对齿轮对轴中点处的挠度影响最大，所以，选择中间齿轮啮合来进行校核NdTFmNnPTr7 .1535)10112/(862/286800/96. 05 . 71055. 9/1055. 9366最大挠度： mmEIblbF34349432222max1068.110106430102104810426446434267 .15354843;6 .39740643014. 364;101 . 24449mmdIIMPaEE轴的；材料弹性模量；式中；查【1】表 3-12 许用挠度； mmy12. 0403. 0。 所以合格,yYB轴、轴的校核同上。3.3.2 键的校核键和轴的材料都是钢，由【4】表 6-2 查的许用挤压应力,取MPap120100其中间值，。键的工作长度，键与轮榖MPap110mmmmmmbLl16822键槽的接触高度。由【4】式（6-1）可得mmmmhk5 . 375 . 05 . 0MPaMPaMPakldTpp1103 .10230165 . 31086210233式中：；】表键【，弱材料的许用挤压应力键、轴、轮毂三者中最；键的直径，；为键的宽度，为键的公称长度，圆头平键键的工作长度，为键的高度此处度键与轮毂键槽的接触高传递的转矩264,5 . 0,;,pMPammdmmbmmLbLlmmlmmhhkkmNT可见连接的挤压强度足够了，键的标记为：20031096810TGB键3.4 轴组件设计轴的结构储存应满足使用要求和结构要求，并能保证轴组件具有较好的工作性能。轴结构尺寸的影响因素比较复杂，目前尚难于用计算法准确定出。通常，根据使用要求和结构要求，进行同型号筒规格机床的类比分析，先初步选定尺寸，然后通过结构设计确定下来，最后在进行必要的验算或试验，如不能满足要求可重新修改尺寸，直到满意为直。轴上的结构尺寸虽然很多，但起决定作用的尺寸是：外径 D、孔径 d、悬伸量 a 和支撑跨距 L。3.5 轴的基本尺寸确定3.5.1 外径尺寸 D轴的外径尺寸，关键是轴前轴颈的（前支撑处）的直径。选定后，其他部位1D1D的外径可随之而定。一般是通过筒规格的机床类比分析加以确定。P=7.5KW 查【1】1D表 3-13，前轴颈应,初选,后轴颈取1451101DmmD110112)85. 07 . 0(DD .mmD9523.5.2 轴孔径 d中型卧式车床的轴孔径，已由 d=47mm,增大到 d=60-70mm,当轴外径一定时，增大孔径受到一下条件的限制，1、结构限制；对于轴径尺寸由前向后递减的轴，应特别注意轴后轴颈处的壁厚不允许过薄，对于中型机床的轴，后轴颈的直径与孔径之差不要小于，轴尾端最薄处的直径不要小于。2、刚度限制；孔径增大mm5020mm1510会削弱轴的刚度，由材料力学知，轴轴端部的刚度与截面惯性矩成正比，即：40444)(16464)(DdDdDIIKKdd式中：主轴孔径：主轴平均外径：空心、实心截面惯性矩、度；空心、实心截面主轴刚、dDIIKKdd0据上式可得出轴孔径对偶刚度影响的 ，有图可见，当时，说明空心轴的刚度降低较小。当时，5 . 00Dd94. 0KKd7 . 00Dd，空心轴刚度降低了 24%，因此为了避免过多削弱轴的刚度，一般取76. 0KKd。轴孔径 d 确定后，可根据轴的使用及加工要求选择锥孔的锥度。锥孔仅7 . 00Dd用于定心时，则锥孔应大些，若锥孔除用于定心，还要求自锁，借以传递转矩时，锥度应小些，我这里选用莫氏六号锥孔。初步设定轴孔径 d=60mm，轴孔径与外径比为0.6。3.5.3 轴悬伸量 a轴悬伸量的大小往往收结构限制，要取决于轴端部的结构形式及尺寸、刀具或夹具的安装方式、前轴承的类型及配置、润滑与密封装置的结构尺寸等。轴设计时，在满足结构的前提下，应最大限度的缩短轴悬伸量 a。根据结构,定悬伸长度。mma12013.5.4 支撑跨距 L支撑跨距 L，当前，多数机床的轴采用前后两个支撑，结构简单，制造、装配方便，容易保证精度，但是，由于两支撑轴的最佳支距一般较短，结构设计难于实现，故0L采用三支撑结构。如图所示，三支撑轴的前中支距，对轴组件刚度和抗震性的影响，1L要比前后支距地影响大得多，因此，需要合理确定。为了使轴组件获得很高L1L的刚度可抗震性，前中之距可按两支撑轴的最佳只距来选取。1L0L由于三支撑的前后支距对轴组件的性能影响较小，可根据结构情况适当确定。L如果为了提高轴的工作平稳性，前后支距可适当加大，如取。采用三L1)5 . 65(DL 支撑结构时，一般不应该把三个支撑处的轴承同时预紧，否则因箱孔及有关零件的制造误差，会造成无法装配或影响正常运作。因此为了保证轴组件的刚度和旋转精度，在三支撑中，其中两个支撑需要预紧，称为紧支撑；另外一个支撑必须具有较大的间隙，即处于“浮动”状态，称为松支撑，显然，其中一个紧支撑必须是前支撑，否则前支撑即使存有微小间隙，也会使轴组件的动态特性大为降低。试验表明，前中支撑为紧支撑、后支撑位松支撑，要比前后支撑位紧支撑、中支撑为松支撑的结构静态特性显著提高。3.5.5 轴最佳跨距的确定0L、考虑机械效率，轴最大输出转距.mNPT48.8577185. 09550床身上最大加工直径约为最大回转直径的 50 到 60%,即加工工件直径取为 160mm,则半径为 0.07.m2、计算切削力 NmmmNF5 .1071808. 048.857前后支撑力分别设为,.AFBFNllaFFA3 .142913603601205 .10718NlaFFB8 .35723601205 .10718、轴承刚度的计算根据【20】式（6-1）有：umNizlFddFKarrrr9 . 19 . 08.01 . 0cos)(39. 3查【20】表 6-11 得轴承根子有效长度、球数和列数：60302,52262BBAAzizi, ,10,8 .12aBaAlmml再带入刚度公式：umNKA41.22180cos302103 .1429139. 39 . 19 . 08 . 01 . 0；umNKB58.20680cos2628 .128 .357239. 39 . 19 . 08 . 01 . 007. 158.206841.2218BAKK、轴当量直径2dDde；mmde5 .102295110、轴惯性矩)(05. 044ddIe；46441017. 6605 .10205. 0mmI、计算最佳跨距设：247292121041.2218617101 . 266cmaKEIAA34756.7604) 107. 1 (1041.2218617101 . 26) 1(6cmKKKEIBBAA查【5】 （3-14）；)34. 146. 563. 1(0tmL式中)1 (,3BAKKamtBm;785. 0)07. 11 (1266.19)1 (;66.1956.760433BAKKamtcmBmcmtmL19.33)34. 146. 5785. 063. 1(66.19)34. 146. 563. 1(0式中：;,);(05. 0;a;,101 . 24447mmaumNKumNKmmdddDImmIMPEEBAi前悬伸量，后轴承的刚度，前轴承的刚度，主轴的外径和孔径，主轴的截面惯性矩，量弹性模量，钢的弹性模3.6 轴刚度验算机床在切削加工过程中，轴的负荷较重，而允许的变形由很小，因此决定轴结构尺寸的要因素是它的变形大小。对于普通机床的轴，一般只进行刚度验算。通常能满足刚度要求的轴，也能满足强度要求。只有重载荷的机床的轴才进行强度验算。对于高速轴，还要进行临界转速的验算，以免发生共振。一弯曲变形为的机床轴(如车床、钻床)，需要进行弯曲刚度验算，以扭转变形为的机床（如钻床） ，需要进行扭转刚度验算。当前轴组件刚度验算方法较多，没能统一，还属近似计算，刚度的允许值也未做规定。考虑动态因素的计算方法，如根据部产生切削颤动条件来确定轴组件刚度，计算较为复杂。现在仍多用静态计算法，计算简单，也较适用。轴弯曲刚度的验算；验算内容有两项：其一，验算轴前支撑处的变形转角，是否满足轴承正常工作的要求；其二，验算轴悬伸端处的变形位移 y，是否满足加工精度的要求。对于粗加工机床需要验算、y 值；对于精加工或半精加工机床值需验算 y 值；对于可进行粗加工由能进行半精的机床（如卧式车床） ，需要验算值，同时还需要按不同加工条件验算 y 值。支撑轴组件的刚度验算，可按两支撑结构近似计算。如前后支撑为紧支撑、中间支撑位松支撑，可舍弃中间支撑不计（因轴承间隙较大，要起阻尼作用，对刚度影响较小） ；若前中支撑位紧支撑、后支撑为松支撑时，可将前中支距当做两支撑的之距1L计算，中后支撑段轴不计。3.6.1 轴前支撑转角的验算机床粗加工时，轴的变形最大，轴前支撑处的转角有可能超过允许值，故应验算此处的转角。因轴中(后)支撑的变形一般较小，故可不必计算。轴在某一平面内的受力情况如图在近似计算中可不计轴承变形的影响，则该平面内轴前支撑处的转角用下式计算；)1 ()1 (5 . 0)1 (31)1 (5 . 031MLLcQbcFaLEIMLLMLcQbcFaLEIA（H 是车床中心高，设 H=200mm)。 则：1200.4 200200Smm当量切削力的计算：NFaWaF17.178645 .1071812080120轴惯性矩)(05. 044ddIe；46441087. 4605 .10205. 0mmI式中：主轴孔径；）主轴支撑段的惯性矩（）主轴当量外径（钢）主轴材料的弹性模量（主轴有关尺寸（、；主轴悬伸量支撑反力系数；主轴前支撑反力矩；可忽略不计；车床、磨床），若轴向切削力较小（如轴向切削力引起力偶矩）（作用于主轴上的传动力主轴传递全部功率时，）；切削力（作用于主轴端部的当量主轴传递全部功率时，ddDIcmLcmDMPaEMPaEcmcbLcmaMMcmNMNQNFA);(64;,;101 . 2,);)(),(;4447)1 ()1 (5 . 0)1 (31MLLcQbcFaLEIrad427101 . 2)2 .338 .271 (8 .274 . 538445 . 02 .331217.178641087. 4101 . 231 rad001. 0轴前支撑转角满足要求。3.6.2 轴前端位移的验算计算 C 点挠度、当量切削力 F 的计算,见上文。、驱动力 Q 的计算jmznPQ60其中：min7119. 5,88375. 685. 05 . 7rnmzKWPj主所以NmznPQj3844718619. 514. 3375. 66060、轴承刚度的计算 umNKumNKAB41.22180cos302103 .1429139. 358.20680cos2628 .128 .357239. 39 . 19 . 08 . 01 . 09 . 19 . 08 . 01 . 0、确定弹性模量 E、惯性距 I、和长度 a、b、s。cI 轴的材产选用 40Cr， ;101 . 27MPaE 轴的惯性距 I 为： 46441087. 4605 .10205. 0mmI 轴 C 段的惯性距 Ic 可近似地算： 4661085. 51087. 42 . 12 . 1mmIIa 根据齿轮、轴承宽度以及结构需要，取 b=54mm、只考虑 F 力作用在轴前端时轴端的位移，Fy222)(1)1 (13LaKLaKILIaEaFyAAaF222)(1)1 (13LaKLaKILIaEaFyAAaFcm3242472102 . 7)6112(1041.22181)61121 (1041.221814876158512101 . 231217.17864、只考虑驱动力 Q 作用在轴两支撑间时，轴端的位移；Qy22)(6)1 (LKabLKaLcEILcabcQyBAQcmyQ3242471068. 7611058.20684 . 512611041.2218)1261(8 .27487101 . 26)618 .271 (8 .274 . 5123844、求轴前端 C 点的终合挠度cy综合挠度；cmyyyQFc2331061. 1)1068. 7(102 . 7又； cmLy2032. 010160002. 00002. 0因为，所以此轴满足要求。 cyy4 4 夹具设计夹具设计4.14.1 研究原始质料研究原始质料利用本夹具主要用来加工 5-M10 螺纹孔底孔孔，加工时除了要满足粗糙度要求外，还应满足两孔轴线间公差要求。为了保证技术要求，最关键是找到定位基准。同时，应考虑如何提高劳动生产率和降低劳动强度。4.24.2 定位、夹紧方案的选择定位、夹紧方案的选择由零件图可知：在对 R185 柴油机箱体前端面螺纹孔底孔孔加工前，底平面进行了粗、精铣加工因此，定位、夹紧方案有：在加工中用作确定工件在夹具中占有正确位置的基准，称为定位基准。据夹具手册知定位基准应尽可能与工序基准重合，在同一工件的各道工序中，应尽量采用同一定位基准进行加工。该零件以三面定位，滑鞍上的装配基准为平面，而它们又是滑鞍上其他要素的设计基准，因此以这些装配基准平面作为定位基准，避免了基准不重合误差，有利于提高滑鞍各主要表面的相互位置精度。有零件图可知,根据本道工序，选底面和侧面为定位基准。 4.34.3 切削力及夹紧力的计算切削力及夹紧力的计算刀具的几何参数： 60粗K90精K100s80由参考文献5查表可得：321圆周切削分力公式： 0.750.152943CpcPFa fvK式中 0.4pamm0.15/fmm r rpspoppkmppKKKKKK查5表得： 查5表 取 421()736nmpbK1 250.6b0.75n 由表可得参数： 62194. 0pkK0 . 1opK0 . 1spK0 . 1rpK即：764.8()CFN同理：径向切削分力公式 ： 0.90.750.32383PpcPFafvK式中参数： 77. 0pkK0 . 1opK0 . 1spK0 . 1rpK即：327.74()PFN轴向切削分力公式 ： 0.50.43326fpcPFa fvK式中参数： 11. 1pkK0 . 1opK0 . 1spK0 . 1rpK即：605.48()fFN三、典型夹紧机构1斜楔夹紧机构斜楔是夹紧机构中最为基本的一种形式，它是利用斜面移动时所产生的力来夹紧工件的，常用于气动和液压夹具中。在手动夹紧中，斜楔往往和其他机构联合使用。斜楔夹紧机构的缺点是夹紧行程小，手动操作不方便。斜楔夹紧机构常用在气动、液压夹紧装置中，此时斜楔夹紧机构不需要自锁2螺旋夹紧机构采用螺旋装置直接夹紧或与其他元件组合实现夹紧的机构，统称螺旋夹紧机构。螺旋夹紧机构结构简单，容易制造。由于螺旋升角小，螺旋夹紧机构的自锁性能好，夹紧力和夹紧行程都较大，在手动夹具上应用较多。螺旋夹紧机构可以看作是绕在圆柱表面上的斜面，将它展开就相当于一个斜楔。3偏心夹紧机构偏心夹紧机构是斜楔夹紧机构的一种变型，它是通过偏心轮直接夹紧工件或与其他元件组合夹紧工件的。常用的偏心件有圆偏心和曲线偏心，圆偏心夹紧机构具有结构简单，夹紧迅速等优点；但它的夹紧行程小，增力倍数小，自锁性能差，故一般只在被夹紧表面尺寸变动不大和切削过程振动较小的场合应用。4定心夹紧机构定心夹紧机构能够在实现定心作用的同时，又起着将工件夹紧的作用。定心夹紧机构中与工件定位基面相接触的元件，既是定位元件，又是夹紧元件。5铰链夹紧机构铰链夹紧机构是一种增力装置，它具有增力倍数较大、摩擦损失较小的优点，广泛应用于气动夹具中。6联动夹紧机构联动夹紧机构是一种高效夹紧机构，它可通过一个操作手柄或一个动力装置，对一个工件的多个夹紧点实施夹紧，或同时夹紧若干个工件。四、夹紧的动力装置