孔系加工立式组合加工机床设计【含CAD图纸+PDF图】
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中国矿业大学2007届本科生毕业设计第64页组合机床总体设计1.1 组合机床方案1.1.1 组合机床的制定方案制定的主要因素一、 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。例如精度为H7的孔加工工序，不仅工步数较多（通常为34个），而且对于不同尺寸的孔径，也须采取不同的工艺方法（镗或铰）。当孔与孔之间有较高的位置精度要求时，安排工艺应考虑在一个安装工位上对所有孔同时进行最终精加工。如果同一轴线上几个孔的同轴度要求较高时，其最后精加工应从一面进行。又如，为了加工精度为H6、表面粗糙度R0.4m的孔，除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一般措施外，机床须采取主轴高速、低进给量的加工方法，以使切削力尽量小，还须尽量消除主轴振动的影响，并确保稳定的小进给量（一般f0.01mm/r）。为此，机床通常采用皮带传动的精镗头，主轴设卸载装置，进给采用液压增稳系统。又如加工精度为H6-H7、直径为80-150mm的气缸孔，机床一般采用立式刚性主轴结构，而不采用浮动主轴带导向加工。因为采用前、后导向加工，不仅机床结构复杂、庞大，还常因气缸孔间距较小而不便安置导向套，同时立式加工时，切屑也易落入下导向，造成导向精度早期走失，不利于保证加工精度。采用刚性主轴结构方案时，必须根据被加工零件的材料、加工部队特点及加工精度要求来选择主轴结构型式及具体参数，以使主轴有足够的刚性及抗振性。还必须合理布置镗刀位置，力求减少切削径向力在加工过程中产生的振动。当气缸体缸孔孔间距及平等度要用由单个精镗头组成的多轴机床结构方案，目的是各精镗头可单独调整位置。为提高机床工作过程中的稳定性，镗头应配置高精度动力力滑台，并把机床设计成10或45倾斜型式。二、 被加工零件特点被加工零件特点主要指零件的材料、硬度、加工部位的结构形状、零件刚性、定位基准面的特点等。它们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，如钢件一般比铸件的加工工步多。加工薄壁易振的工件，安排工序时，必须考虑防止共振。加工箱体零件多层壁同轴线等直径孔，通常在一根镗杆上安装多个镗刀头进行镗削，退刀时，要求工件（夹具）“让刀”，镗刀头周向定位。若工件刚性不足，安排工序就不能过于集中，以免因同时加工表面多造成工件受力大，振动及发热变形而影响加工精度。还必须十分重视被加工零件在组合机床加工前所完成的工序及毛坯或半成品质量，对加工余量很大或铸造质量较差的零件应安排预加工工序。被加工零件的特点在很大程度上决定了机床采取的配置形式。一般来说，孔中心线与定位基面平行且需由一面或几面加工的箱体件宜采用卧式机床；立工机床适宜加工定位基面是水平的且被加工孔与基面相垂直的工件，而不适宜加工安装不方便或高度较大的细长工件。对在型箱体件，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。三、 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。有时从工件外形及轮廓尺寸看，本来可以采取单工位固定式夹具的机床配置形式，但由于生产批量较大，就不得不采取多工位的机床方案以使装卸工件时间与机动时间重合。被加工零件的生产批量越大，工序安排一般趋于分散。而且，其粗、半精、精加工庆分别在不同机床上完成。对于中小批量生产情况,则要力求减少机床台数，此时应将工序尽量集中在一台（多工位）或多数几台机床上加工，以提高机床利用率。四、 机床使用条件(1) 车间布置情况车间内零件输送滚道的高度将直接影响机床装料高度。当工件输送滚道穿过机床时，机床应设计成通过式，且配置不能超过三面；同时，装卸工件只能推进拉出，机床通常不能安置中间导向（采取特殊机构时除外）。如果车间面积有限，则要限制机床轮廓尺寸。有的机床安装在楼上，则对机床单位面积重量有严格要求。此外，生产线的工艺流程方向，机床在车间的安装位置等也对机床配置方案有一定影响。(2) 工艺间的联系工件到组合机床加工前，其毛坯或半成品必须达到一定要求，否则，会造成工件在机床夹具上定位和夹紧不可靠，甚至造成刀具损坏，或者不能保证要求的加工精度。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，那么组合机床应考虑为下道工序加工出定位基面。(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、刃磨复杂刀具有困难，则制定方案时，就避免采用此类刀具，必要时，可增加机床工位，以便采用一般刀具分散加工。若使用厂处于火热地区，车间温度偏高，使用液压传动机床往往造成工作性能不稳定，则可选用配置机械动力部件的机床。1.1.2 分析被加工工件被加工工件的各部分尺寸如下图所示(图1-1)：从图中可知，该电动机为地脚式安装。安装孔直径d=12mm，其精度没有具体要求，按一般加工情况即可。1.1.3 制定本设计的机床方案根据以上各考虑因素，可制定出本设计的组合机床的配置型式，大致方案如下图所示（图1-2）:从（图1-2）可知，本设计中，采用单工位配置型式的组合机床，具有固定式夹具，这类机床可达到的加工精度最高。对于精加工的机床的夹具公差，一般取被加工零件公差的1/31/5；对粗加工机床，由于其他因素的影响，其夹具精度也不可太低。这种机床加工零件的位置精度为：钻孔位置精度指孔与孔或孔与基准面间的相关位置精度。通常，采用固定式导向能达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，导向尽量靠近工件等，可达0.15mm。当采用与夹具以定位销定位的活动活动钻模板时，精度可达0.20.25mm。其孔中心距对基面或孔相对另一孔中心线的垂直度通常可达0.02m/100mm。1.2 确定切削用量及选择刀具 1.2.1 根据工件的材料及加工孔直径确定切削用量已知工件材料为ZG230-450，其屈服强度230Mpa,=450Mpa,含炭量C=0.25%,硬度为HB125175。则，查手册可知，选用高速钢主要麻花钻钻削时，切削速度v和进给量f可定为：v=20m/minf=0.2mm/r1.2.2 确定切削力、切削转矩、切削功率及刀具耐用度一、切削力F、切削转矩M、切削功率P、刀具耐用度T的计算公式如下： (1-1) (1-2)图 1-1 Y系列笼型三相异步电动机（机座号132M）1-底座 2-夹具 3-工件 4-多轴箱 5-动力箱 6-液压滑台 7-立柱图 1-2 立式组合机床及其组成部分 (1-3) (1-4)式中：F切削轴向力，；D钻头直径，mm；F每转进给量，mm/r；M切削转矩，Nmm；P切削功率，KW；T刀具耐用度，min；V切削速度，m/min，通常根据钻孔深度L考虑修正系数K，v=vK；HB零件的布氏硬度值。通常给出一个范围，如HB125-175。对于公式(1.2-1)(1.2-3)取最大值，对公式(1.2-4)取最大硬度值减去硬度偏差值的1/3。二、求F、M、T、P值已知钻头直径D=12mm,硬度HB125-175，孔深L=20mm。解：由前可知：v=20m/minf=0.2mm/r由L/D=27/12=2.2，查表得K=1则：由公式(1.2-1)可知：=1597 N由公式(1-2)可知：6265 Nm由公式(1-3)可知：由公式(1-4)可知：11282 min=188 h 8 h组合机床通常要求切削用量的选择使刀具耐用度不低于一个工作班，最少不低于8h，则根据计算结果可知，选择的切削用量符合要求。1.2.3 刀具的选择根据以上计算数据，可选择锥直柄长麻花钻12 GB1439-85，其直径=12mm,总长度=215mm，工作长度134mm。1.3 初步确定主轴及传动轴直径根据加工对象可知，多轴箱上各刀具主轴的轴向切削力F相等，则多轴加工总的轴向力：此值可作为选择进给动力滑台及夹具设计的依据。当确定了切削转矩M以后，便可根据扭转刚度初定出主轴及传动轴直径，计算公式为：（cm） (1-5)式中：M切削转矩，；B系数，根据主轴或传动轴在m长度上允许最大扭转角从手册中选择。则：主轴:主轴允许最大扭转角为，则B=0.35 传动轴：传动轴允许最大扭转角为，则B=0.261.4 三图一卡1.4.1 被加工零件工序图一、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，表示一台组合机床或自动线完成的工艺内容、加工部位尺寸、精度、表面粗糙度及技术要求、加工用定位基准、夹压部位及被加工零件的材料、硬度、重量和在本道工序加工前毛坯或半成品情况的图纸。它不能用用户提供的产品图纸代替，而须在原零件图基础上，突出本机床或自动线的加工内容，加上必要的说明而绘制的。它是组合机床设计的主要依据，也是制造、使用、检验和调整机床的重要技术文件。图上就表示出：(1) 被加工零件的形状和轮廓尺寸及与本机床设计有关的部位的结构开关及尺寸。尤其是当须要设置中间导向套时，应表示出零件内部的肋、壁布置及有关结构的开关和尺寸，以便检查工件、夹具、刀具是否发生干涉。(2) 加工用定位基准、夹压部位及夹压方向。以便依此进行夹具的定位支承（包括辅助定位支承）、限位、夹紧、导向装置的设计。(3) 本道工序加工部位的尺寸、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（主要指定位基准）。(4) 必要的文字说明。如被加工零件编号、名称、材料、硬度、重量、及加工部位的余量等。二、零件工序图如下所示（图1-3）：1.4.2 加工示意图一、 加工示意图的作用和内容零件加工的工艺方案要通过加工示意图反映出来。加工示意图表示被加工零件在机床上的加工过程，刀具、辅具的布置状况以及工件、夹具、刀具等机床各部件间的相对位置关系，机床的工作过程及工作循环等。因此，加工示意图是组合机床设计的主要图纸之一，在总体设计中占据重要地位。它图1-3 被加工零件工序图是刀具、辅具、夹具、多轴箱、液压电气装置设计及通用部件选择的主要原始资料，也是整台组合机床布局和性能的原始要求，同时还是调整机床、刀具及试车的主要依据。其内容为：(1)应反映机床的加工方法、加工条件及加工过程。(2)根据加工部位特点及加工要求，决定刀具类型、数量、结构、尺寸（直径和长度），包括镗削加工时镗杆的直径和长度。(3)决定主轴的类型、规格尺寸及外伸长度。(4)选择标准或设计专用的接杆、浮动卡头、导向装置、攻丝靠模装置、刀杆托架等，并决定它们的结构、参数和尺寸。(5)标明主轴、接杆（卡头）、夹具（导向）、与工件之间的联系尺寸、配合及精度。(6)根据机床要求的生产率及刀具、材料特点等，合理确定并标注各主轴的切削刀具。(7)决定机床动力部件的工作循环及工作行程。二、 向装置的选择在组合机床加工孔时，工件的尺寸、位置精度主要取决于夹具导向。因此，正确选择导向类型、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重要内容。导向通常分为两类：一类是刀具导向部分与夹具导套之间既有相对移动又有相对转动的第一类导向，或称固定式导向。另一类是刀具导向部分与夹具导套之间只有相对移动而无相对转动的第二类导向，或称旋转式导向。通常依据刀具导向部分直径d和刀具转速n折算出导向的线速度,再结合加工部位尺寸精度、工艺方法及刀具的具体工作条件来选择导向类型、型式和结构。由于：19.97 m/min根据第一类导向（固定式导向）的允许线速度m/min ，因此，此处选择第一类导向比较合适。具体型式及参数如下图所示（图）：图中：L1=(24)d=(24)12=2448mm 取L1=45mm；L2=(11.5)d=(11.5) 12=1218mm 取L2=15mm；d12G7;D22H7/g6;D31H7/js6.三、主轴类型、直径及外伸尺寸的确定主轴直径的确定可根据如下经验公式：(1-6) (1-7)图1-4 导向装置式中：d主轴直径，mm；M轴所传递的转矩，Nmm；Wp轴的抗扭截面模数，mm，实心轴Wp=0.2；许用剪应力（N/mm），45钢的N/mm；B系数。当材料的剪切弹性模数G=8.1010N/mm时，B值如下：轴类型刚性主轴非刚性主轴传动轴（m）1/41/21B7.36.25.2此设计中，采用的是非刚性主轴，则B=6.2。已知M=22650Nmm，则：取 经校核，该轴符合要求。主轴由于受轴向力较大，则主轴类型定为：用推力球轴承承受轴向力，而用向心球轴承承受径向力。又因钻削时轴向力是单向的，因此推力球轴承只须在主轴前端安排即可。考虑到具体的结构情况，选择长主轴，主轴的外伸尺寸为：；四、接杆的选择根据主轴的外伸尺寸，莫氏圆锥号=1,则选用2-300T0635-41 A型接杆。五、 确定动力部件的工作循环及工作行程(1) 工作进给的长度L应等于工件加工部位长度L与刀具切入长度L和切出长度L之和。切入长度L应根据工作端面的误差情况在510之间选择，误差大时取大值。取L=8mm。切出长度Ld/3+(38)mm=4+(38),取L12mm。则：L=20+8+12=40mm考虑到具体结构问题，取L=50mm。(2) 快速退回长度等于快速引进与工作进给长度之和。用类比法取快速引进长度为75mm，则：L=75+55=130mm(3) 动力部件总行程长度除应保证要求的工作循环工作行程（快速引进工作进给=快速退回）外，还要考虑装卸和高速刀具方便，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。后备量是指考虑刀具从接杆中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夹具导套外端面的距离大于接杆插入主轴孔内的长度。图 1-5 加工示意图因此，动力部件的总行程为快退行程长度与前后备量之和。取前备量=20mm，后备量100mm，则：总行程L=20+100+130=250mm六、 绘制加工示意图（如图1-5）1.4.3 机床联系尺寸图一、 联系尺寸图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、辅具系统、夹具，液、电、冷却、润滑、排屑系统组合装配而成。联系尺寸图用来表示机床各组成部件的相互装配联系和运动关系，以检验机床各部件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适；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。联系尺寸图的主要内容如下：(1) 以适当数量的视图（一般为主、左、右视图）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态一致。(2) 图上就尽量减少不必要的线条及尺寸。但反映各部件的联系尺寸、专用部件的主要轮廓尺寸、运动部件的极限位置及行程尺寸，必须完整齐全。至于各部件的详细结构不必画出，留在具体设计部件时完成。(3) 为便于开展部件设计，联系尺寸图上应标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。二、 机床各部件的选用(1) 影响动力部件选择的主要因素：a. 切削功率b. 进给力 c. 进给速度 d. 行程 总行程长度(2) 动力滑台的选择根据以上各点，可作如下选择：动力滑台选用液压滑台，型号为1HY25，台面宽度250mm，最大进给力8000N，工进速度32800mm/min,快移动速度12m/min。(3) 动力箱的选择动力箱规格要与滑台匹配，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： (1-8)式中：消耗于各主轴的切削功率总和，单位为KW。多轴箱的传动功率，加工黑色金属时取0.80.9，加工有色金属时取0.70.8；主轴箱多、传动复杂时取小值，反之取大值。则：动力箱电动机功率取选择1TD25型动力箱，电动机型号,电动机功率2.2KW,电动机转速1420r/min,输出轴转速785r/min。(4) 与动力滑台配套的附属部件、支承部件的选择查手册，与动力滑台配套的附属部件、支承部件的型号如下所示：导轨防护装置1HY25-F81立柱1CL 25立柱侧底座1CD251三、 机床联系尺寸图的绘制(如附录1) 1.4.4 组合机床生产率计算卡一、 机床生产率的计算(1) 机床理想生产率可按下列公式计算（件时） (1-9)（分） (1-10)式中：单件工时。和可按下列公式确定： (1-11) (1-12)式中：分别为刀具第一工作进给和第二进给的行程长度，mm；分别为动力头第一工作进给和第二工作进给的每分钟进给量，mm/min；当加工沉孔时动力头在死挡铁上停留时间，也就是考虑刀具在终点无进给状态下旋转5-10转所需要的时间，min。、动力头快进和快退行程长度，m；动力头快速行程速度，一般在4.710mmin范围；工作台的回转或移动时间。组合机床研究所通用回转工作台每转一个工位时间为3到8秒；工件装卸、定位、夹紧以及清除定位基面切屑时间。它取决于工件大小、装卸方便性及操作人员的熟练程度等。一般为0.51.5分钟。(2) 机床实际生产率（1-13）式中：机床负荷率（单面机床主轴数小于15时取0.9）二、 机床生产率计算卡如下所示：表：被加工零件图号名称电动机底座材料ZG200-400工序名称钻孔序号工步名称被加工零件数（个）加工直径（mm） 加工长度（mm）工作行程（mm）切削速度（m/min）装入工件1工件定位、夹紧10动力部件快进75动力部件工进19275520死挡铁停留动力部件快退130松开工件10卸下工件备注本机床装卸时间取为1min续表被加工零件毛坯种类铸钢毛坯重量硬度HB 125-175工序号序号工步名称每分钟转速（r/min）每转进给量（mm/r）每分钟进给量（mm/min）工时（min）机动时间辅助时间共计装入工件0.5工件定位、夹紧0.002动力部件快进120000.00625动力部件工进5300.21060.519死挡铁停留0.02动力部件快退1200000108松开工件0002卸下工件05备注单件总工时0.5191.041051.56005机床实际生产率机床理想生产率负荷率（1） 理想生产率根据机床生产率计算卡，计算机床的单件工时： （2） 实际生产率一般情况下，单班制生产的全年工时总数，则年生产纲领56000件：（3） 机床负荷率 2 多轴箱的设计2.1 多轴箱材料的选择大型通用多轴箱箱体类零件采用灰尘铸铁材料，箱体用牌号为HT200，前后盖用牌号为HT150。2.2 多轴箱轮廓尺寸的确定标准的通用钻削类多轴箱的厚度有两种尺寸规格，卧式为325mm，立式为340mm。箱体厚度为180mm，用于立式的多轴箱前盖，兼作油池，加厚为70mm，基型后盖厚度为90mm，即总厚度为180+70+90=340mm。多轴箱宽度B、高度H的大小主要与被加工零件孔的分布位置有关，可按下式确定： （2-1） （2-2）式中：工件在宽度方向相距最远的两孔距离，mm；最边缘主轴中心距箱外壁的距离，mm；工件在高度方向相距最远的两孔距离，mm；最低主轴高度。通常：，取111mm；，取92mm。则：可求出多轴箱轮廓尺寸为：根据上述计算值，按多轴箱轮廓尺寸系列标准，最后确定多轴箱轮廓尺寸为。2.3 轴类零件的选用2.3.1 钻削类主轴按支承型式不同可分为三种：a. 滚锥主轴b. 滚珠主轴c. 滚针主轴此设计中，考虑到受轴向力比较大，所以选用滚珠主轴，用推力球轴承承受轴向力，深沟球轴承承受径向力。2.3.2 传动轴按其用途和支承型式不同，有以下六种：a. 圆锥滚子轴承传动轴b. 滚针轴承传动轴c. 埋头式传动轴d. 手柄轴e. 油泵传动轴f. 攻丝用蜗杆轴2.3.3 轴的材料a. 主轴材料，一般为40Cr钢，热处理C42。b. 传动轴的材料一般为45钢，调质处理T215。2.4 齿轮型式的选择通用齿轮有三种，即传动齿轮、动力箱齿轮、电动机齿轮。材料均采用45钢，热处理为齿轮高频淬火G54。动力箱齿轮有B型（宽度为84mm）和B型（宽度为44mm），当采用90mm厚的基型后盖时，选B型。2.5 设计计算2.5.1 绘制多轴箱设计原始依据图从前述已知：a. 多轴箱轮廓尺寸为；b. 工件轮廓尺寸及各孔位置尺寸（如图21）；c. 工件与多轴箱相对位置尺寸（如图21）。根据这些数据可编制出多轴箱设计原始依据图，见图31所示和附表如下。附表：(1) 被加工零件名称：电动机底座材料：ZG230-450硬度：HB125-175(2) 主轴外伸尺寸及切削用量主轴外伸尺寸115mm切削速度:v=20r/min进给速度：f=0.2mm/r(3) 动力部件型动力箱，电动机型号为，功率为P=2.2Kw，动力箱输出轴转速，转速n=1420r/min,输出轴距箱底面距离为129.5mm。表2-1轴号工序内容加工直径主轴直径主轴外伸尺寸L115mmv(m/min)n(r/min)f(mm/r)Vf(mm/min)1、2、3、4钻205300.21062.5.2 主轴结构型式的选择主轴结构型式由零件加工工艺决定，并应考虑主轴的工作条件和受力情况。轴承型式是主轴部件结构的主要特征，进行钻削加工的主轴，轴向切削力较大，最好用推力球轴承承受轴向力，而用向心球轴承承受径向力。又因钻削时轴向力是单向的，因此推力球轴承在主轴前端安排即可。即选用前述的滚珠主轴。另外，主轴选择长主轴，其轴头内孔较长，可增大与刀具尾部连接的接触面，因而增强刀具与主轴的连接刚度，减少刀具前端下垂。用标准导套导向。2.5.3 传动系统的设计计算一、 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，力求使主要传动件（主轴、传动轴、齿轮等）的规格少，数量少，体积小；因此，在设计系统时，要注意下面几点：(1) 尽量用一根中间传动轴带动多根主轴。当齿轮啮合中心距不符合标准时，可用变位齿轮或略变传动比的方法解决。图2-1多轴箱设计原始依据图 (2) 一般情况下，尽量不采用主轴带动主轴的方案，因为这会增加主动主轴的负荷。如遇到主轴分布密集而切削负荷又不大时，为了减少中间轴，也可用一根主轴带1-2根主轴或更多根主轴的传动方案。(3) 为使结构紧凑，多轴箱体内的齿轮传动副的最佳传动比为1-1.5,在多轴箱后盖内的IV排（或第V排）齿轮，根据需要，其传动比可以取大些，但一般不超过3-3.5。(4) 根据转速与转矩成反比的道理，一般情况下如驱动轴转速较高时，可采用逐步降速传动；如驱动轴转速较低时可先使速度升高一点再降速；这样可使传动链前面几根轴、齿轮等在较高转速下工作，结构可小些。组合机床多轴箱的传动和结构与普通机床差异较大，其一是由于传动链较短，难分前后，另外，经常是一中间传动轴带多根主轴。所以，合理安排结构往往成为设计的主要矛盾。如为了使主轴上的齿轮不过大，最后一级经常采用升速传动。(5) 粗加工切削力大，主轴上的齿轮应尽量安排靠近前支承，以减少主轴的扭转变形。(6) 齿轮排数可按下面方法安排：a. 不同轴上齿轮不相碰，可放在箱体内同一排上。b. 不同轴上齿轮与轴或轴套不相碰，可放在箱体内不同排上。c. 齿轮与轴相碰，可放在后盖内。另外，应注意驱动轴直接带动的传动轴数不要超过两根，否则会给装配带来困难；如遇粗、精加工合一的多轴箱，其粗、精传动路线最好分开。二、 主轴分布类型根据加工零件的孔的位置，可将其分布类型定为同心圆分布。如图22所示：三、 传动系统设计(1) 传动方案的确定（如图2-3所示）(2) 已知各主轴转速及驱动轴到主轴之间的传动比驱动轴转速：(3) 各主轴传动比图22 主轴分布类型(4) 驱动轴到主轴的中心距(5) 各传动比的分配因为要求主轴上齿轮不过大，所以最后一对齿轮取升速。驱动轴O到传动轴13的传动为降速，由上得：考虑到结构的紧凑，取：则： (6) 确定中间轴12的位置，配12轴与O轴联接的齿轮。考虑结构简单和紧凑，定12轴的位置在多轴箱的中心位置，即离底面距离为200mm。则12轴与O轴的中心距为：取齿轮模数为3，则：解之： 图 2-3 传动方案 从计算结果可知，=21符合驱动轴上齿轮齿数的限制，即驱动轴齿轮的齿数为：。(7) 确定中间轴13的位置，并配轴13与轴12联接的各对齿轮。取 : 模数m=3 又： 且：解之：则：根据中间传动轴和四根主轴的位置，可通过作图的方法确定13轴的具体位置，如图2-3所示。(8) 验算各主轴转速(9) 用中间传动轴12兼作调整手柄轴，其转速如下：轴12转速较高，操作省力，位置适当，可满足使用要求。(10) 叶片泵的选择采用ZIR-12-2型叶片液压泵，由传动轴13经一对齿轮=28/24传动。其中，为液压泵齿轮。在400-800r/min的转速范围内，满足要求。四、多轴箱坐标计算(1) 加工基准坐标架的选择及确定各主轴坐标为了便于多轴箱体的加工，将基准坐标架原点选在定位销孔上，如下图所示：（图2-4）图 2-4 加工基准坐标则可根据多轴箱设计原始依据图，在基准坐标XOY上注出各主轴与驱动轴的坐标，如下表所示：表2-2O销10销1轴2轴3轴4轴轴00350028381678167259283259175945(2) 中间轴12的坐标的确定如前所述，12轴位于多轴箱的中心位置，则其坐标为：(3) 传动轴13-1、13-2、13-3、13-4的坐标的确定传动轴13属于与二轴定距的传动轴坐标计算，传动轴与二轴定距，即在一传动轴上用两对齿轮分别带动两已知轴，其坐标可根据两已知轴的坐标和两对齿轮啮合的中心距计算求得（如图2-5所示）。 图 2-5 坐标计算图中，O、A为已知轴，B为要计算的传动轴13。R1、R2为啮合齿轮的中心距。通过B点作（用L表示）的垂线，垂足为C，C点坐标值（u,v）。用h表示，h在X轴上的投影长度为x1,在Y轴上的投影长度为x2，垂足C到原点O的距离用d表示。x 、y数值由u、v、x1、y1组成，见图2-5所示。则：x=u+x1, y=v-x2 (2-3)u、v、x1、x2都用绝对值代入。由图可知 （2-4） （2-5）中： （2-6） （2-7）中： (2-8)代入上式得： (2-9)由和相似得： (2-10) (2-11)又由于和相似得： (2-12) (2-13) (2-14)计算有： 另外三根轴的计算方法同上，由于对称，其结果一样。则这四根轴的坐标为：13-1： 13-2: 13-3: 13-4: (4) 验算则：符合要求。则：符合要求。2.5.4 多轴箱结构设计(1) 多轴箱规格尺寸及动力箱法兰尺寸（如图2-6） 图2-6(a) 多轴箱规格尺寸及动力箱法兰尺寸图2-6（b）多轴箱规格尺寸及动力箱法兰尺寸(2) 多轴箱螺孔位置（如图2-7所示）(3) 多轴箱和系列配套零件表（如表2-3所示）(4) 多轴箱连接用定位销a. 动力箱与多轴箱后盖连接用定位销：12-ZHBQ45-3-31b. 多轴箱体与前盖、后盖连接用定位销：定位销销选择为：12ZIQ45-4-32 A型套选择为：12ZIQ45-4-31(4) 分油器的选择由于立式组合机床不需要没盘，则选择无径向油管，。分油器型号为ZIR31-2，A型，金属内支管。(5) 注油油杯的选择根据需要，选择ZIR75-8-91的黑色尼龙弯头注油油杯，零件号为91，材料为HT150。结构如下图所示。（图2-8）2.5.5 主轴的设计(1) 主轴组件装配结构的设计如前所述，主轴选用滚珠主轴。主轴组件装配结构及联系尺寸如图2-9所示。(2) 轴上零部件的选用从左到右依次排列序号：轴承1：根据轴的直径d=20mm，选择深沟球轴承6204型（GB/T 276-1994）,d=20mm，D=47mm，B=14mm。轴承 2：为了达到加工、装配方便，选择轴承2的型号与轴承1的型号相同，即深沟球轴承6204型（GB/T 276-1994）。轴承 3:如前所述，主轴上用推力球轴承承受轴向力，则根据轴的直径d=20mm选用推力球轴承51304型（GB/T 301-1995），d=20mm,D=47mm,T=18mm。齿轮：已知齿轮的模数m=3，齿数z=20。则有： 分度圆直径： 齿顶高： 齿根高：图 2-7 (a.上盖螺孔距)图 2-7 (b.前壁螺孔距)图 2-7 (c.后壁螺孔距)图 2-7(d. 侧盖螺孔距)图2-8 弯头注油油杯表 2-3 多轴箱系列配套零件多轴箱体规格型号1T0711-11适用动力箱代号25前盖型号1T0711-12GB70规格数量10后盖型号1T0711-13GB70规格数量8上盖型号1T0712-17规格GB70规格数量6侧盖型号1T0712-17规格GB70规格数量4ZIJ29-7螺钉堵M16注油量4L 齿全高：齿顶圆直径：齿根圆直径：键：根据轴的直径及受力特点，选择圆头普通平键，A型。其型号为：键 GB/T 1096-2003,其中，b=6mm，h=6mm，L=20mm。套1：根据轴的直径d=20mm可选用 20-1T0721-62型轴套。其中，d=20mm，D=25mm，L=74.5mm。套2：根据轴的直径d=20mm可选用 20-1T0723-61型轴套。其中，d=20mm，D=25mm，L=17mm。防油套：根据轴的直径d=32mm可选用 32-1T0721-81型防油套。其中，图2-9 主轴组件d=32mm，=44mm，=40mm，=33mm。圆螺母：根据轴的直径d=20mm，可选用 GB812型圆螺母。垫圈：根据轴的直径d=18mm可选用GB/T 93-16垫圈，材料为65Mn 。2.5.6 手柄轴的设计(1) 手柄轴组件装配结构的设计手柄轴组件装配结构及联系尺寸如下图所示（图2-10）：(2) 轴上零部件的选用相同零件从左到右依次排列序号：齿轮1：已知模数m=3mm，齿数z=28。则有：分度圆直径：齿顶高：齿根高：齿全高：齿顶圆直径：齿根圆直径：齿轮2：已知模数m=3mm，齿数z=18。则有：分度圆直径：齿顶高：齿根高：齿全高：齿顶圆直径：齿根圆直径：图2-10 手柄轴组件键1：根据轴的直径d=30mm，选用A型圆头普通平键，型号为：键 GB/T 1096-2003，其中，b = 8 mm,h = 7 mm,L = 25 mm。键2：根据轴的直径d=30mm，选用A型圆头普通平键，型号为：键 GB/T 1096-2003，其中，b = 8 mm,h = 7 mm,L = 25 mm。轴承1：根据轴的直径d=30mm，选用32206型圆锥滚子轴承（GB/T 297-1994）。其中，d=30mm,D=62mm,T=21.25mm,B=20mm,C=17mm。套1：根据轴的直径d=30mm，选用30-1T0721-61轴套，其中，d=30mm,D=35mm,L=16mm。套2：根据轴的直径d=30mm,选用30-1T0721-62轴套，其中， d=30mm,D=35mm,L=68.5mm。套3:根据轴的直径d=30mm，选用30-1T0721-61轴套，其中，d=30mm，D=35mm，L=24.5mm。防油套：根据轴的直径D=40mm选用40-1T0721-81型防油套，其中，材料为45钢，D=40mm,=52mm，=42mm，=41mm。圆螺母：根据轴的直径d=40mm，可选用M30*1.5 GB812型圆螺母。垫圈：根据轴的直径d=40mm，可选用30 GB858型垫圈。密封件（毡圈）：根据轴的直径D=40mm，选用50G51-1型毡衬圈。2.5.7传动轴的设计(1) 传动轴组件装配结构的设计传动轴组件装配结构及联系尺寸如下图所示（图2-11）：(2) 轴上零部件的选用相同零件从左到右依次排列序号：齿轮：已知模数m=3mm，齿数z=28。则有：分度圆直径：齿顶高：齿根高：齿全高：齿顶圆直径：齿根圆直径：图 2-11 传动轴组件轴承1：根据轴的直径d=25mm，选用30205型圆锥滚子轴承（TB/T 297-94）。其中，d=25mm，D=52mm，T=16.25mm，B=15mm，C=13mm，E=41.1mm。轴承2：根据轴的直径d=25mm，选用30205型圆锥滚子轴承（TB/T 297-94）。其中，d=25mm，D=52mm，T=16.25mm，B=15mm，C=13mm，E=41.1mm。键：根据轴的直径d=25mm，选用键 型圆形普通平键。其中，b=8mm，h=7mm，L=22mm。套1：根据轴的直径d=25mm，选用25-0721-61轴套，其中，d=25mm，D=30mm，L=73.5mm。套2：根据轴的直径d=25mm，选用25-0721-62轴套，其中，d=25mm，D=30mm，L=29.5mm。圆螺母1：根据轴的直径d=25mm，可选用M24*105 GB812型圆螺母。圆螺母2：根据轴的直径d=25mm，可选用M24*105 GB812型圆螺母。垫圈1：根据轴的直径d=25mm，可选用24 GB858型垫圈。垫圈2：根据轴的直径d=25mm，可选用24 GB858型垫圈。2.5.8叶片泵轴的设计(1) 叶片泵轴组件装配结构的设计叶片泵轴组件装配结构及联系尺寸如图2-12所示：(2) 轴上零部件的选用相同零件从左到右依次排列序号：齿轮：已知模数m=2mm，齿数z=24。则有：分度圆直径：齿顶高：齿根高：齿全高：齿顶圆直径：齿根圆直径：键：选用A型圆头普通平键，型号为：键 6*8 GB/T 1096-2003，其中，b=6mm，h=6mm，L=18mm。图 2-12 泵轴组件2.5.9动力箱输出轴的设计(1) 动力箱输出轴组件装配结构的设计动力箱输出轴组件装配结构及联系尺寸如下图所示（图2-13）：(2) 轴上零部件的选用相同零件从左到右依次排列序号：齿轮：已知模数m=3mm，齿数z=21。则有：分度圆直径：齿顶高：齿根高：齿全高：齿顶圆直径：齿根圆直径：螺钉：根据轴的直径d=30mm，可选螺钉M10*1（GB72）。键：根据轴的直径d=30mm，可选A型圆头普通平键，其型号为：键8*36 GB/T 1096-2003。其中，b=8mm，h=7mm，L=36mm。锁圈：根据直径D=55mm，可选55 GB921锁圈。图2-13 动力箱输出轴组件2.6 轴的校核2.6.1 求各轴的功率及转矩(1)动力箱输出轴，轴转速：功率： 转矩： (2)手柄轴，12轴转速： 功率： 转矩： (3) 传动轴，13轴功率： 转速： 转矩： (4) 主轴，1、2、3、4轴转速： 功率： 转矩： 2.6.2 主轴的校核(1) 求轴的的载荷首先根据轴的结构图作出轴的计算简图（见图2-13a）。主轴的轴承都是深沟球轴承，因此，其支承点的位置是宽度方向的中心位置，齿轮亦同。因此，轴的支承跨距L=137.5mm。根据轴的计算简图作出轴的弯矩图，扭矩图和当量弯矩图(见图2-13b、c、d)。从轴的结构图和当量弯矩图中可看出，B截面的当量弯矩最大，是轴的危险截面。B截面处的M、T、及的数值如下：圆周力：支反力：弯矩：扭矩：当量弯矩：(2) 校核轴的强度主轴的材料一般为40Cr钢，热处理C42，查手册有，则，取，轴的计算应力为：根据计算结果可知，该轴满足强度要求。2.6.3 手柄轴的校核(1) 求轴的载荷首先根据轴的结构图作出轴的计算简图（如图2-14a）。在确定轴承的支点位置时，从手册中查取a值，对32206型圆锥滚子轴承，查得,因此轴的支承跨距L=92.1+56.1=148.2mm。根据轴的计算简图作出轴的弯矩图、扭矩图、和当量弯矩图（如图2-14b、c、d所示）。B、C截面处的、及的计算数值如下：轴向力：支反力： 弯矩：扭矩：合成弯矩： (2) 校核轴的强度传动轴的材料选择45钢，调质处理。由手册查得，则，即，取，轴的计算应力为： 根据计算结果可知，该轴满足强度要求。图2-13 主轴的校核 图 2-14 传动轴的校核2.7 轴承的校核2.7.1 主轴上推力轴承轴承的校核查手册有，51304轴承的主要性能参数为Ca=35KN，Coa=55.8KN，由于推力球轴承只承受轴向载荷，故当量动载荷Pa=A，轴向载荷A即为进给力，即A=1597N。则Pa=A=1597N。由手册中查得温度系数：，载荷系数，则轴承寿命为：由于机床为每天8小时工作，则查手册知轴承正常使用寿命尖为12000-20000h，从计算结果可知，该轴承符合寿命要求。2.7.2 主轴上深沟球轴承的校核查手册，6204型深沟球轴承的主要性能参数为Cr=12.8KN，Cor=6.65KN。由前述可知，轴承所承受的径向力，N,由于轴承不承受轴向载荷，则径向当量动载荷Pr=R,即：，则用校验。由前述可知，可得轴承寿命：由于机床为每天8小时工作，则查手册知轴承正常使用寿命尖为12000-20000h，从计算结果可知，该轴承符合寿命要求。3 夹具的设计3.1 机床夹具介绍3.1.1 夹具的分类一、 通用夹具通用夹具是指已经标准化的，在一定范围内可用于加工不同工件的夹具。例如，车床上的三爪和四爪卡盘、顶尖、鸡心夹头；铣床上的平口钳、分度头和回转工作台等。它们有很大的通用性，无需调整或稍加调整就可以用于装夹不同的工件。这类夹具一般已经标准化，由专业工厂生产，作为机床附件供给用户。二、 专用夹具专用夹具是指专为某一工件的某道工序的加工而专门设计的夹具，具有结构紧凑，操作迅速，方便等特点。专用夹具通常由使用厂根据要求自行设计和制造，适用于产品固定县城批量较大的生产中。三、 组合机床组合夹具是指按某一工件的某道工序的加工要求，由一套事件制造好的标准元件和部件组装而成的专用夹具。这种夹具用完之后可以拆卸存放，或供重新组装新夹具时使用，故具有组装迅速、周期短、能反复使用的特点。适用于小批量生产或新产品试制中。四、 拼装夹具拼装夹具是指按某一工件的某道工序的加工要求，由标准化、系列化、夹具元件，直接按专用夹具的装配方法（销钉定位、螺栓紧固）装配成的专用夹具。采用拼装夹具大大缩短了专用夹具的设计与制造周期，而且当产品发型时原来夹具的大部分元件仍可拆下重新使用，适用于多品种、小批量生产中。五、 通用可调夹具通用可调夹具是指根据不同尺寸或种类的工件，调整或更换个别定位元或夹紧元件而形成的专用夹具。加工对象不很确定，通用范围很大，适用于多品种、小批量生产中。六、 成组夹具成组夹具是指专为加工成组工艺中某一族零件而设计的可调夹具。加工对象明确，只需调整或更换个别定位元件或夹紧元件便可使用，调整范围只限于本零件族内的工件，适用于成组加工。3.1.2 专用夹具的组成一、 定位元件这种装置包括定位元件及其组合，其作用是确定工件在夹具中的位置，即通过它使工件加工时对于刀具及切削成形运动处于正确的位置，如支承钉、支承板、V形块、定位销等。二、 夹紧装置它的作用是将工件压紧夹牢，保证工件在定位时所占据的位置在加工过程中不因受重力、惯性力以及切削力等外力作用而产生位移，同时防止或减小振动。它通常是一种机构，包括夹紧元件（如夹爪、压板等），增力及传动装置（如杠杆、螺纹传动副、斜楔、凸轮等）以及动力装置（如气缸、油缸）等。三、 对刀-引导装置它的作用是确定夹具相对于刀具的位置，或引导刀具进行加工，如对刀、钻套、镗套等。四、 其他元件及装置如定向件、操作件以及根据夹具特殊功用需要设置的一些装置，如分度装置、工件预出装置、上下料装置等。五、 夹具体用于连接夹具各元件及装置，使其成为一个整体的基础件，并与机床有关部位连接，以确定夹具相对于机床的位置。32 夹具的设计3.2.1 定位装置的设计图3-1 B型支承钉由于定位为平面定位，选择支承钉定位。如图（1-2）所示，选择底座的上表面为定位基准，由于是粗基准，则支承钉选择为B型，具体结构尺寸如图（3-1）所示。为实现六点定位，还需定位底座的两侧面，如图（3-4）所示。侧面定位选用C型支承钉，具体结构尺寸如图（3-2）所示。图 3-2 C型支承钉3.2.2 夹紧装置的设计一、 夹紧装置的基本要求(1) 在夹紧过程中，工件应能保持在既定位置，即在夹紧力的作用下，工件不应离开定位支承。 (2) 夹紧力的大小要适当、可靠。既要使工件在加工过程中不产生移动和振动，又不使工件产生移动和振动，又不使工件产生不允许的变形和损伤。(3) 夹紧装置应操作安全、方便、安全、省力。(4) 夹紧装置的自动化程度和复杂程度应
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