变速箱壳体专用组合钻床设计-第三版

1、西北工业大学网络教育学院毕业论文摘 要现代社会中，人们为了高效、经济地生产各种高质量产品，日益广泛的使用各种机器、仪器和工具等技术设备与装备。现代工厂中出现需要组合机床的场合越来越多。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。组合机床是以通以通用部件为基础，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。它的特征是高效、高质、经济实用，因而被广泛应用与工程机械、交通、能源、军工、轻工、家电行业。它一般采用多轴，多刀，多工序，多面或多工位同时加工的方式，生产效率相比于普通机床高出几倍乃至几十倍。因为通用部件已经标准化和系列化，所以可以根据需要灵活配置，能

2、大大缩短设计和制造周期本课题是针对变速箱壳体端面上12X18孔钻削这一特定工序而设计一台专用组合机床。本设计中，在充分数据计算的基础上对通用零件做了仔细选择，并跟据被加工零件的结构特点、加工部位的尺寸精度、表面粗糙度要求、以及定位夹紧方式、工艺方法和加工过程中所采用的刀具，生产率，切削用量情况等设计了结构合理的多轴箱。关键词： 组合机床、多轴箱、钻削。目 录摘要I目录 II第一章 绪论 11.1概述11.2课题研究的目的和意义11. 3机床设计步骤21. 4国内外组合机床研究技术现状31. 5方案制定51. 6设计研究的内容61. 7主要研究解决的难点、问题和拟采用的办法6第二章 多孔钻组合机

3、床总体方案设计（三图一卡） 92. 1 零件分析 92. 2 工艺分析 102. 3确定机床的配置形式112.4切削用量的选择132. 5组合机床切削用量选择及计算 14第三章 组合钻床总设计163.1被加工零件工序图163.2 加工示意图 173.3 机床联系尺寸图 213.4生产率计算卡23第四章 多轴箱设计254.1通用多轴箱的组成254.2多轴箱设计步骤和内容254.3传动系统的设计计算274.4多轴箱总图设计28第五章 液压系统设计305.1 Z轴液压泵的确定305.2 Y轴液压动力的确定315.3 拟定液压系统图33结论 34参考文献 35第一章 绪论1.1概述组合机床是以系列化、

4、标准化的通用部件为基础，再配以少量专用部件而组成的专用机床，具有一般专用机床结构简单，生产率及自动化程度高，易保证加工精度的特点，又能适应工件的变化，具有一定的重新调整、重新组合的能力。它的特征是高效、高质、经济实用。组合机床可以对工件采用多刀、多面及多方位加工，特别适于在大批、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。由于组合机床及其自动线是一种技术综合性很高的高技术专用产品，是根据用户特殊要求而设计的，它涉及到加工工艺、刀具、测量、控制、诊断监控、清洗、装配和试漏等技术。我国组合机床及其组合机床自动线总体技术水平比发达国家相对落后，国内所需的一些高水平组合机床及自动线几乎都从

5、国外进口。工艺装备的大量进口势必导致投资规模的扩大，并使产品生产成本提高。因此，市场要求我们不断开发新技术、新工艺、研制新产品，由过去的“刚性”机床结构，向“柔性”化方向发展，满足用户需要，真正成为刚柔兼备的自动化装备。1.2课题研究的目的和意义1.2.1设计的目的机床设计毕业设计，其目的在于通过机床主运动机械变速传动系统的结构设计，使我们在拟定传动和变速的结构方案过程中，得到设计构思、方案的分析、结构工艺性、机械制图、零件计算、编写技术文件和查阅资料等方面的综合训练，树立正确的设计思想，掌握基本的设计方法，培养基本的设计方法，并培养了自己具有初步的结构分析、结构设计和计算能力。1.2.2 设

6、计内容(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。(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。1.2.3 设计要求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

7、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。1.3 机床的设计步骤1.3.1调查研究研究市场和用户对设计机床的要求，然后检索有关资料。其中包括情报、预测、实验研究成果、发展趋势、新技术应用以及相应的图纸资料等。甚至还可以通过网络检索技术查阅先进国家的有关资料和专利等。通过对上述资料的分析研究，拟订适当的方案，以保证机床的质量和提高生产率，使用户有较好的经济效益。1.3.2 拟定方案每个方案包括的内容有：工艺分析、主要技术参数、总布局、传动系统、液压系统、控制操作系统、电系统、主要部件的结构草图、实验结果及技术经济分析等。在制定方案时应

8、注意以下几个方面：（1） 当使用和制造出现矛盾时，应先满足使用要求，其次才是尽可能便于制造。要尽量用先进的工艺和创新的结构；（2） 设计必须以生产实践和科学实验为依据，凡是未经实践考验的方案，必须经过实验证明可靠后才能用于设计；（3） 继承与创造相结合，尽量采用先进工艺，迅速提高生产力，为实现四个现代化服务。注意吸取前人和国外的先进经验，并在此基础上有所创造和发展。1.3.3 工作图设计首先，在选定工艺方案并确定机床配置形式、结构方案基础上，进行方案图纸的设计。这些图子包括：被加工零件工序图、加工示意图、机床联系尺寸图和生产率计算卡，统称“三图一卡”设计。并初定出主轴箱轮廓尺寸，才能确定机床各

9、部件间的相互关系。其次，绘制机床的总装图、部分部件装配图、液压系统图、PLC接线图和梯形图。然后，整理机床有关部件与主要零件的设计计算书，编制各类零件明细表，编写机床说明书等技术文件。最后，对有关图纸进行工艺审查和标准化审查。1.4国内外组合机床研究技术现状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。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。1.4.1 国内组合机床现状我国加入WTO以后，制造业所面临的机遇与挑战并存、组合机床行业企

10、业适时调整战略，采取了积极的应对策略，出现了产、销两旺的良好势头，截至2005年4月份，组合机床行业企业仅组合机床一项，据不完全统计产量已达1000余台，产值达3.9个亿以上，较2004年同比增长了10%以上，另外组合机床行业增加值、产品销售率、全员工资总额、出口交费值等经济指标均有不同程度的增长，新产品、新技术较去年年均有大幅度提高，可见行业企业运营状况良好。（1）行业企业产品结构的变化组合机床行业企业主要针对汽车、摩托车、内燃机、农机、工程机械、化工机械、军工、能源、轻工及家电行业提供专用设备，随着我国加入WTO后与世界机床进一步接轨，组合机床行业企业产品开始向数控化、柔性化转变。从近两年

11、是企业生产情况来看，数控机床与加工中心的市场需求量在上升，而传统的钻、镗、铣组合机床则有下降趋势，中国机床工具工业学会的机床工具行业企业主要经济指标报表是统计数据显示，仅从几个全国大型重点企业生产情况看，2003年生产数控机床890台，产值16187万元，生产加工中心148台，产值5770万元；2004年生产数控机床985台，产值25838万元，生产加工中心159台，产值7099万元；而2005年，截至4月份，数控机床、加工中心、产值已接近2003年全年水平，故市场在向数控、高精制造技术和成套工艺装备方面发展。（2）行业企业的快速转变“九五”后期，在组合机床行业企业的50多家组合机床分会会员中

12、，仅有两家企业实行了股份改造，一家企业退出国有转为民营，其余的都是国有企业。而从2001至2002年，不到两年的时间，就先后有十几家企业实行股份制改造，一些小厂几乎全部退出国有转为民营，现在一些国家重点国有企业也在酝酿股份制改造，转制已势不可档，“民营经济在经历了从被歧视，被藐视到不可小视和现在高度重视4个阶段后，焕发勃勃生机。”组合机床行业企业正在以股份制、民营化等多种形式快速发展。（3）组合机床技术装备现状与发展趋势组合机床及其自动线是集机电于一体是综合自动化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，因而被广泛应用与工程机械、交通、能源、军工、轻工、家电行业。我国的传

13、统的组合机床及组合机床自动线主要采用机、电、气、液压控制，它的加工对象主要是生产批量比较大的大中型的箱体类和轴类零件（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，以及铣削平面和成型面等。组合机床的分类繁多，有大型组合机床和小型组合机床，有单面、双面、三面、卧式、立式、倾斜式、复合式，还有多工位回转台组合机床等；随着技术的不断是进步，一种新型的组合机床柔性组合机床越来越受人们是亲昧，它应用多位主轴箱、可换主轴箱、编码随行夹具和刀具的自动更换，配以可编程序控制器（PLC）、数字控制（NC）等，能任意改变工作循环控制和

14、驱动系统，并能灵活适应多种加工的可调可变的组合机床。另外，近年来组合机床加工中心、数控组合机床、机床辅机等在组合机床行业中所占份额也越来越大。由于组合机床及其自动线是一种技术综合性很高的高技术专用产品，是根据用户特殊要求而设计的，它涉及到加工工艺、刀具、测量、控制、诊断监控、清洗、装配和试漏等技术。我国组合机床及其组合机床自动线总体技术水平比发达国家相对落后，国内所需的一些高水平组合机床及自动线几乎都从国外进口。工艺装备的大量进口势必导致投资规模的扩大，并使产品生产成本提高。因此，市场要求我们不断开发新技术、新工艺、研制新产品，由过去的“刚性”机床结构，向“柔性”化方向发展，满足用户需要，真正

15、成为刚柔兼备的自动化装备。1.4.2 国外组合机床现状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、高效短节拍和多功能知道监控。组合机床技术的发展趋势是：（1）广泛应用数控技术国外主要的组合机床生产厂家都有自己的系列化完整的数控组合机床通用部件,在组合机床上不仅一般动力部件应用数控技术,而且夹具的转位或转角、换箱装置的自动分度与定位也都应用数控技术,从而进一步提高了组合机床的工作可靠性和加工精度。广州标致汽车公司由法国雷诺公

16、司购置的缸盖加工生产线,就是由三台自动换箱组合机床组成的,其全部动作均为数控,包括自动上下料的交换工作台、环形主轴箱库、动力部件和夹具的运动,其节拍时间为58秒。(2)发展柔性技术80年代以来,国外对中大批量生产,多品种加工装备采取了一系列的可调、可变、可换措施,使加工装备具有了一定的柔性。如先后发展了转塔动力头、可换主轴箱等组成的组合机床;同时根据加工中心的发展,开发了二坐标、三坐标模块化的加工单元,并以此为基础组成了柔性加工自动线(FTL)。这种结构的变化,既可以实现多品种加工要求的调整变化快速灵敏,又可以使机床配置更加灵活多样。(3)发展综合自动化技术汽车工业的大发展,对自动化制造技术提

17、出了许多新的需求,大批量生产的高效率,要求制造系统不仅能完成一般的机械加工工序,而且能完成零件从毛坯进线到成品下线的全部工序,以及下线后的自动码垛、装箱等。德国大众汽车公司KASSEL变速箱厂1987年投入使用的造价9000万马克的齿轮箱和离合器壳生产线,就是这种综合自动化制造系统的典范。该系统由两条相似对称布置的自动线组成,三班制工作,每条线日产2000件,节拍时间为40秒。全线由12台双面组合机床、18台三坐标加工单元、空架机器人、线两端的毛坯库和三坐标测量机组成,可实现3种零件的加工。空架机器人完成工件下线的码垛装箱工作。随着综合自动化技术的发展,出现了一批专门从事装配、试验、检测、清洗

18、等装备的专业生产厂家,进一步提高了制造系统的配套水平。(4)进一步提高工序集中程度国外为了减少机床数量,节省占地面积,对组合机床这种工序集中程度高的产品,继续采取各种措施,进一步提高工序集中程度。如采用十字滑台、多坐标通用部件、移动主轴箱、双头镗孔车端面头等组成机床或在夹具部位设置刀库,通过换刀加工实现工序集中,从而可最大限度地发挥设备的效能,获取更好的经济效益。1.5方案制定每个方案包括的内容有：工艺分析、主要技术参数、总布局、传动系统、液压系统、控制操作系统、电系统、主要部件的结构草图、实验结果及技术经济分析等。在制定方案时应注意以下几个方面：（1） 当使用和制造出现矛盾时，应先满足使用要

19、求，其次才是尽可能便于制造。要尽量用先进的工艺和创新的结构；（2） 设计必须以生产实践和科学实验为依据，凡是未经实践考验的方案，必须经过实验证明可靠后才能用于设计；（3） 继承与创造相结合，尽量采用先进工艺，迅速提高生产力，为实现四个现代化服务。注意吸取前人和国外的先进经验，并在此基础上有所创造和发展。1.6设计研究的内容(1)零件分析仔细阅读所拿到的零件图纸，分析零件的结构特点及技术要求。(2)拟定零件工艺方案确定零件的材料，加工时的定位基准以及零件的加工工艺方案。(3)总体方案设计确定机床的配置形式及总体结构方案。(4)组合机床设计三图一卡设计确定被加工零件的工序图，零件加工示意图，绘制机

20、床尺寸联系图，机床生产率计算卡。(5)主轴箱设计绘制主轴箱草图，选择主轴结构形式及动力计算，设计主轴箱的传动系统。1.7主要研究解决的难点、问题和拟采用的办法(1) 多轴箱传动系统的设计根据查阅各种资料，以及参阅多孔钻相关案例，拟采用多轴钻动力头的形式，将输出轴按所要加工孔的位置尺寸分布，动力从主轴输出后经传动轴将动力传递给各个输出轴分布形式如图1-1所示图1-1 多孔钻动力轴传动系统示意图(2) 组合机床的配置形式为了方便加工，拟采用传统的立式钻床形式，改造主轴箱及增加多轴箱改造形式如图1-2所示图1-2 组合机床的配置示意图第二章 多孔钻组合机床总体方案设计（三图一卡）零件加工工艺将决定组

21、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。2.1 零件分析 被加工零件：多轴箱壳体 工件材料： HT2002.1.1零件的技术要求 a 保证12X18孔对基准中心的位置度±0.1mm。 b 水平方向孔中心到设计基准的位置度要求±0.1mm。 c 垂直方向孔中心到设计基准的位置度要求±

22、;0.1mm。2.1.2结构方案分析和选择 本课题是针对变速箱壳体端面上12个孔钻削这一特定工序而设计一台专用的组合机床。正确选择加工使用定位基准是确保加工精度的重要条件，同时也有利于实现最大限度的集中工序，从而实现减少机床台数的目的。由于采用专用夹具，对精度要求完全可以达到。2.1.3选择定位基准的原则及应注意的问题 (1) 应尽量选择零件设计基准作为组合机床加工的定位基准。这样可以减少对尺寸精度的影响，以保证加工精度。但在某些情况下，却必须选用其它作为定位基准。 (2) 选择定位基准应保证工件定位稳定。尽量采用已加工较大平面作为定位基准，这对于加工尤为重要。 (3) 统一基准原则。即在各台

23、机床上采取共同的定位基面来加工零件不同表面的孔或对同一表面上的孔完成不同的工序。2.1.4确定夹压位置应注意的问题在选择定位基面时，要相应决定夹压位置。此时应注意的问题是： (1)保证零件夹压后位置稳定。为使工件在加工过程中不产生振动移动，夹压力要足够，夹压点布置加压合力落在定位平面内。 (2)尽量减少避免零件夹压后的变形，消除其对加工精度的影响。2.2工艺分析工艺分析是设计组合机床最重要的一步，必须认真分析被加工零件的工艺过程。深入现场全面了解被加工零件的结构特点，加工部位，夹紧方式，工艺方法和加工过程所用的刀具，切削用量及生产率等。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

24、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。 选择单工位，单面组合机床，使机床结构简单，工件可靠，更符合多，快，好，省的要求。(1)加工精度的要求 由于加工孔相对于中心的位置度要求比较高，因此采用单工位方法一次定位，可以减少定位误差。(2)被加工零件大小形状特点，加工部位特点要求。 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基准面是水平的且被加工孔

25、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。零件的特点在很大的程度上决定了应采用立式机床，故本加工工序采用立式机床。该组合机床是钻12X18，表面粗糙度为12.5，两孔之间同轴度为0.5，因此采用移动式钻模板。本道工序的夹紧也非常方便，可以利用上一道工序的加工特点。孔定位，端面定位，端夹紧，定位可靠，夹紧方便，装卸方便，工艺装备简单。根据上述被加工零件的结构特点，加工要求，工艺过程及生产率，可以确定机床配置形式为立式组合机床，这种配置形式可达到较高的加工精度，对于精加工机床的夹具公差，一般加工零件的三分之一至五分之一，对于粗加工机床采用固定式导向，能达到±0.2m

26、m。2.3确定机床的配置形式一般来说，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。通常根据工件的结构特点，加工要求，生产率和工艺过程方案等，大体上就可以确定应采用哪种基本形式的组合机床。但在基本形式的基础上，由于工艺的组织，动力头的不同配置方法，零件安装数目和工位数多少等具体安排不同，而具有多种配置方案。它们对机床的结构复杂程度，通用化程度，结构工艺性能，重新调整的可能性以及经济效果，还有维修操作

27、是否方便等，都具有不同的影响。另外，还必须看到，就是在有些情况下，对于工艺过程方案做不大的更改或重新安排，往往会使机床简单，工作可靠，结构紧凑，更符合多快好省的要求。因此，在最后决定机床配置形式和结构方案时，必须注意下面一些问题：A加工精度的影响B机床生产率的影响C被加工零件的大小，形状加工部位特点的影响D车间布置情况的影响E工艺间联系情况的影响F使用厂的技术后方和自然条件的影响被加工零件的特点在很大程度上决定了机床的配置形式。2.3.1不同配置形式组合机床的特点及适应性 单工位组合机床通常是用于加工一个或两个工件，特别适用于大中型箱体件的加工。根据配置动力部件的数量，这类机床可以从单面或同时

28、从几个方面对工件进行加工。各种形式的单工位组合机床具有固定的夹具。通常可以安装一个工件特别适合于大中型零件的加工。本设计的零件较大，需要加工的孔径较大，且与轴箱配合安装，基于这点考虑，本设计采用单工位组合机床是合适的。2.3.2不同配置形式组合机床的加工精度在组合机床上影响加工精度的因素很多，一般分为与切削负荷无关的误差（如机床原始误差，工件安装误差，夹具与刀具的误差，其它偶然性误差等）和与切削负荷有关的误差（如夹压变形，热变形，刀具磨损所引起的误差和其他偶然性误差）。组合机床加工精度通常是靠夹具来保证的，我们也可以把影响加工精度的因素分为加工误差和夹具误差两大类。那么现在的问题在于确定夹具误

29、差和加工误差的比例，这个问题的解决通常是根据经验数据来进行机床配置形式的选择。一般从固定式夹具组合机床的加工精度和移动式夹具组合机床的加工精度来考虑。固定式夹具单工位组合机床加工精度最高。这种机床由于零件采用固定导向的位置度可以达到0.2mm。可见这种形式的组合机床加工此零件能稳定的保证加工精度。2.3.3选择机床配置形式应注意的问题使用组合机床对对车间布置情况、工序间的联系、使用厂的技术能力和自然条件等一定的要求。在根据使用户实际情况来选择什么样的组合机床。 (1)适当提高工序集中程度在确定机床的配置形式和结构方案时，要合理解决工序集中程度的问题。在一个动力头上安装多轴，同时加工多孔来集中工

30、序，是组合机床最基本的方法，在一台机床主轴数量有达20根左右的。但是，也不应无限制地增加主轴数量，要考虑到动力头及主轴箱的性能和尺寸，并保证调整和更换刀具的方便性。这些在以后的设计中要得以解决。(2)注意排屑和操作使用的方便性排除切屑和操作使用的方便性对机床方案也有影响。(3)夹具形式对机床配置形式的影响选择机床配置形式时要注意考虑夹具结构的实现可能性和工作的可靠性，在决定加工一个工件的成套流水线上个机床的型式时，还应注意机床与夹具的型式尽量一致，尤其是粗加工机床。这样不仅有利于保证加工精度，而且便于设计，制造和维修，也提高了机床之间的通用化程度。2.4切削用量的选择确定了在组合机床上完成的工

31、艺内容了，就可以着手选择切削用量了。选择切削用量是否合理对组合机床的加工精度，生产线，刀具耐用度，机床的形式及工作稳定性都有很大的影响。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，由于在本钻床上钻孔后重新安装或在其他多工位机床上加工下道工序，应适当加大余量，以消除转、定位误差的影响。2.4.1组合机床切削用量的选择特点（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，由于在本钻床上钻孔后重新安装或在其他多工位机床上加工下道工序，应适当加大余量

32、，以消除转、定位误差的影响.（2）选择切削用量组合机床多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每分钟进给量相同，且等于动力滑台的每分钟进给量。这个每分钟进给量应是适合于所有刀具的平均值。因此，同一多轴箱上的刀具主轴可设计成不同转速和选择不同的每转进给量与其相适应，以满足不同直径的加工需要。以满足不同直径的加需要，即：·=·=·=式中： 各主轴转速（r/min） 各主轴进给量（mm/r） 动力滑台每分钟进给量（mm/min）2.4.2确定切削用量应注意的问题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

33、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（1） 尽量做到合理利用所有刀具，充分发挥其性能。由于本设计所加工孔工艺要求相同，所以选择同一数据即可。（2） 复合刀具切削用量的选择，应考虑刀具的使用寿命。进给量通常按复合刀具最小直径选择，切削速度按复合刀具的最大直径选择。（3） 选择切削用量时，应注意零件生产批量的影响。（4） 切削用量选择应利于多轴箱设计。（5） 选择切削用量时，还应考虑所选动力滑台的性能尤其是当采用液压动力滑台时，所选择的每分钟进给量一般应比动力滑台可实现的最小进给量大50%左右。否则，会由于温度和其他原因导致进给量不稳定，影响加

34、工精度，甚至造成机床不能正常工作。2.5组合机床切削用量选择及计算 A切削力F，切削转矩M，切削功率P，刀具耐用度T的计算公式由组合机床设计可知计算公式如下：=26 （2-1） （2-2） （2-3） （2-4） 式中：F切削轴向力（N）； D钻头直径（mm）； f每转进给量（mmr）； M切削转矩（N.mm）； P切削功率（KW）； T刀具耐用度（min）； v切削速度（mmin）； HB零件的布氏硬度值，通常给出一个范围。对于公式（2-1）（2-3）取最大值，对于（2-4）取最大值减去硬度偏差值的三分之一。用直径D=18mm的高速钢钻头钻40mm深的孔，根据刀具直径和工件，刀具材料，由表3

35、-8（用高速钢钻头加工铸件的切削用量）D=18mm， v=16mmin，f=0.2mmr。硬度HB 180 220计算硬度 HB=22013（220-180）=207 由公式2-1得 由公式2-3得 由公式2-4得 由公式2-5得 电机功率 （）总轴向力：B初定主轴转速C滑台每分钟进给量的计算 由组合机床设计 式中：n主轴转速（rmin） f主轴进给量（mmr） 滑台每分钟进给量（mmmin）D主轴直径的确定由组合机床设计表3-19轴能承受的扭矩计算：式中：d轴的直径（mm）； M轴所传递的转矩（N.mm）； B系数。B与扭矩角有关，当为刚性主轴时，B=7.3 取d=30mm第三章 组合钻床总

36、设计 组合机床总体设计，就是针对具体的被加工零件，在选定的工艺和结构方案的基础上，进行方案图纸设计。这些图纸包括：被加工零件工序图，加工示意图，生产率计算卡，机床联系尺寸图。3.1被加工零件工序图 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、重量和在本道工序加工前毛坯或成品状况的图纸，它不能用用户提供的图纸代替，而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。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。图上主要内容：（1）

37、被加工零件的形状，主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）加工时如需要中间向导，应表示出工件与中间向导有关部位结构和尺寸，以便检查工件、夹具、刀具之间是否相互干涉。（4）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。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，一定要突出该机床的加工内容。绘制时，应按一定比例，选择足够视图及剖视，突出加工部位（用粗实线），并把零件轮廓及与机床，夹具设计有关的部位（用细实线）表示清楚。凡本道工序保证的尺寸

38、，角度等，均应在尺寸数值下方画粗实线标记，另外还要用专门符号表示出加工用定位基准夹压位置，方向以及辅助支撑。 （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，尺寸应采用直角坐标系标出，而不采用极坐标，但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。 （3）应注明零件加工对机床提出的某些特殊要求。被加工零件工序图如3.1图所示。图3-1 加工工序图3.2 加工示意图3.2.1 加工示意图的画法及注意事项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

39、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。在绘制加工示意图时应注意： 加工示意图绘制成展开图。按比例用细实线画出工件外形，加工部位、加工表面画粗实线。必须使工件的加工方位与机床布局相吻合。为简化设计,同一多轴箱上结构

40、尺寸完全相同的主轴只画一根,但必须在主轴上标注与工件孔号相对应的轴号。一般主轴的分布不受真实距离的限制。当主轴彼此间很近或需设置结构尺寸较大的导向装置时,必须以实际中心距严格按比例画,以便检查相邻主轴、刀具、辅具、导向等是否相互干涉。主轴应从多轴箱端面画起；刀具画加工终了位置。对采用浮动卡头的镗刀刀杆,为避免刀杆退出导向时下垂,常选用托架支撑推出的刀杆。这时必须画出拖架并标出联系尺寸。采用标准通用结构时只画外轮廓,但须加注规格代号。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

41、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。加工示意图的绘制为夹具力的计算和夹具体各部分尺寸的确定提供了基础。3.2.2选择刀具、工具、导向装置并标注其相关位置及尺寸（1）刀具选择刀具选择要考虑工件加工尺寸精度，表面粗糙度，切屑的排除及生产率要求等因素。一般孔加工刀具其直径选择应与加工部位尺寸，精度相适应，其长度要保证加工终了时，刀具螺旋槽尾端与导向外套端面有一定距离（一般3050mm）。查组合机床设计简明手册莫氏锥柄麻花钻的直径系列 由D=18mm选取麻花钻类型为锥柄麻花钻，参数如下：L=220mm l=130

42、mm顶角2= 后角=螺旋角= 锥度号为2图3-2刀具示意图（2） 接杆选择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, 由组合机床设计简明手册表3-6主轴外伸尺寸L=115mm 查组合机床设计图4-104可得，接杆参数 接杆号11 D=36 mm D1=30mm D2=50 L1=110mm L2=30mm（3）导向选择在组合机床上加工孔，除用刚性主轴的方案外，工件的尺寸、位置精度主要取决于夹具导向。因此正确选择导向装置的类型，合理确定其尺寸、

43、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。因此，选用可换钻套。图3-3可换钻套可换钻套尺寸：导向长度（1632）mm，选取钻套用A型衬套：导向至工作端面钻铸件时l2=8mm。3.2.3确定动力部件的工作循环及工作行程动力部件的工作循环是指：加工时动力部件从原始位置开始运动到加工终了位置又返回原始位置的动作过程。一般包括快速引进，工作进给，快速退回等动作。有时还有中间停止，多次往复进给，跳跃进给，死挡铁停留等特殊要求，这是根据具体的加工工艺需要确定的。 图3-4工作行程示意图（1） 快速进给长度应等于工件加工部位长度与刀具切入长度L1和切出长度L2之和，切入长度应根据工

44、件端面的误差情况在5-10mm之间选择（2） 快速退回长度等于快速引进与工作进给长度之和。快速进给是指动力部件把多轴箱连同刀具从原始位置送进到工作进给开始位置，其长度按加工具体情况确定。图3-5工作循环图 详见尺寸联系图。3.2.4其它注意问题（1）加工示意图上应有足够的联系尺寸，并标注恰当。尤其是从多轴箱端面到刀尖的轴向尺寸应齐全，以备检查行程和调整机床使用。图上应标注各主轴的切削用量及必要说明。（2）加工示意图应按加工终了状态绘制。（3）加工示意图上应有表示加工过程的工作循环图及各行程长度。加工示意图如3.6图所示 图3-6 加工示意图3.3 机床联系尺寸图一般来说，组合机床是由标准的通用

45、部件动力箱、动力滑台、立柱、立柱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，并为进一步开展主轴箱、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。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主要参数、工件与各部件间的主要联系尺寸，专用部件的轮廓尺寸等。3.3.1动力部件的选择 选用动力部件主要选择型号、规格合适的动力滑台、动力

46、箱影响动力部件选择的主要因素为：（1） 切削功率。（2） 进给力。（3） 进给速度。（4） 行程。（5） 多轴箱轮廓尺寸。（6） 动力滑台的精度和导轨材料。具体动力部件的选择：（1） 选择动力箱由 查组合机床设计简明手册表5-40选择动力箱为1TD80，电动机型号为Y180L-6,功率为15KW，电动机转速为970rmin，动力箱输出转速为485rmin。（2） 选择动力滑台 由组合机床设计表2-3液压滑台与附属部件，支撑部件配套表 可知1HY63型液压动力滑台总行程630，其台面宽度630mm，长度1250mm，工进速度为6.5250mmmin，快进速度5mmin，最大进给力50000N。3

47、.3.2 夹具轮廓尺寸的确定 组合机床夹具是保证零件加工精度的重要部件，是用于定位和夹紧工件的，所以工件的轮廓尺寸和形状是确定夹具轮廓尺寸的依据。3.3.3 机床的装料高度装料高度是指机床上工件的定位基准面到底面的垂直距离。选取机床装料高度应与车间工件输送轨道高度相适应，还应考虑通用部件，中间底座，夹具等部件高度尺寸的限制等，综合考虑本机床的装料高度为 680mm。3.3.4中间底座的轮廓尺寸中间底座的轮廓尺寸要满足夹具在其面上面连接安装的需要。其长度方向尺寸要根据所选动力部件及配套部件的位置关系，照顾各部件联系尺寸的合理性来确定。本设计中，中间底座长3000mm，宽1250mm，高560mm

48、。3.3.5多轴箱轮廓尺寸 根据被加工零件上孔德位置以及通用多轴箱尺寸，本设计选取多轴箱尺寸为800X800（mm）。机床联系尺寸总图如3.7图所示图3-7 机床联系尺寸总图 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。表3-1组合机床成产率计算卡被加工零件图号毛坯种类铸件名称变速箱壳体毛坯重量材料HT200硬度180220HBS工序名称右端面钻孔工序号工时(min)序号工步名称加工零件数加 工直径（mm）加工长度（mm）工作行程（mm）切削速度（m/min）

49、转速(r/min)进给量(mm/r)进给速度(mm/min)机加工时间辅助时间共计1装卸工件11.52滑台快进0.030.0160.0463多轴箱工进401001617000.20301.331.334滑台快退0.030.03备注装卸工件时间取决于操作者的熟练程度，本机床计算时取1.5min总计2.906单件工时2.906机床生产率20件/小时机床负荷率80%第四章 多轴箱设计4.1通用多轴箱的组成通用多轴箱主要由箱体，主轴，传动轴，齿轮，轴套等零件和通用附加机构组成。4.2多轴箱设计步骤和内容4.2.1多轴箱设计原始依据1） 多轴箱轮廓尺寸800X800mm。工件轮廓尺寸及所加工孔位置。2）

50、 多轴箱与工件相对位置尺寸。3） 被加工零件。4） 动力部件。 动力箱型号为1TD80，电动机型号为Y180L-6,功率为15KW，电动机转速为970rmin，动力箱输出转速为485rmin。4.2.2主轴结构的选择及计算（1） 主轴结构形式的选择主轴结构形式由零件加工工艺决定，并考虑主轴的工作条件和受力情况。轴承形式是主轴部件结构的主要特征，加工过程中轴向力较大，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。（2） 主轴直径和齿轮模数的初步确定根据前期设计计算初步选定主轴轴径为30mm，初选齿轮模数为m=34.2.3主轴分布类型及传动系统设计（1） 主轴分布类型组合机床加工的零件时多

51、种多样的，结构也是各不相同，零件上孔的分布可分为4类：1） 同心圆分布。2） 直线分布。3） 圆周和直线混合分布。4） 任意分布。本设计中采用同心圆分布。（2） 传动系统设计1） 将主轴同心分布，用一根传动轴带动多根主轴。2） 确定驱动轴转速，转向及位置。3） 用最少的齿轮和中间传动轴把主轴和驱动轴连接起来。4） 设计手柄轴手动调节装配。5） 润滑油泵安排。4.2.4绘制多轴箱设计原始依据图图4-1多轴箱设计原始依据图4.3传动系统的设计计算根据各轴的中心距确定个齿轮齿数，按照多轴箱设计原始依据图安排齿轮位置。4.3.1齿轮的设计计算齿顶圆直径 齿根圆直径 分度圆直径 （1） 轴0齿轮： z=21 m=4 d=84（2） 轴1齿轮： z=21 m=4 d=84 z=25 m=3 d=75 (3）轴2齿轮： z=16 m=3 d=48 z=32 m=3 d=96 (4)轴3-4齿轮：z=32 m=3 d=96 (5)轴5-10齿轮：z=25 m=3 d=75 (6)轴11-22齿轮：z=30 m=3 d=90 (7)轴23齿轮：z=16 m=3 d=48 4.3.2键的选定 根据机械零件设计手册287