变速箱钻孔工位组合机床左多轴箱设计（全套含CAD图纸答辩资料和说明书）
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毕业任务书一、题目变速箱钻孔工位组合机床左多轴箱设计二、指导思想和目的要求毕业设计是学生在校期间进行最后一次理论结合实际的较全面和基本的训练，是对几年来所学知识的系统运用和检验，也是走向工作岗位之前的最后一次的过渡性练兵。通过这次毕业设计要求达到以下基本目的：1）巩固、加强、扩大和提高以往所学的有关基础理论和专业知识。2）培养学生综合运用所学的知识以解决实际工程问题的独立工作能力，并初步掌握机械装备或部件设计的思想、设计程序、设计原则、步骤和方法。3）培养学生使用有关设计规范、手册、参考文献以及分析计算、绘图和编写设计说明书等项能力的基本技能训练。 对本次毕业设计的基本要求是：1）设计者应在规定时间内圆满完成要求的设计内容。设计成果包括：设计说明书一份（按规范格式，不少于1.5万字），设计图纸一套（文本版+电子版，不少于2张A0，鼓励用三维软件建模和装配并生成二维图纸）；另外还应翻译与课题有关的外文资料，译文字数不少于5000字。2）设计者必须充分重视和熟悉原始资料，明确设计任务，在学习和参考他人经验的基础上，发挥独立思考能力，创造性地完成设计任务；合理利用标准零件和标准部件，非标准件应满足工艺性好、操作方便、使用安全等要求，降低成本提高效益；绘制图纸应符合国家标准，各项技术要求和尺寸标注应符合规范，说明书论述要充分，层次清楚，文字简洁，计算步骤正确。三、主要技术指标 现有一个机床变速箱零件（零件图见附件1），计划用组合机床进行孔的钻孔加工。完成该组合机床总体和左多轴箱的设计。四、进度和要求1. 熟悉题目背景、查阅相关资料、复习有关知识；查找与课题相关的英文资料并翻译成中文；完成开题报告。 寒假2. 对被加工工件进行工艺分析，拟定工艺过程； 第 1 周3. 绘制组合机床加工示意图； 第 2-3 周4. 绘制组合机床联系尺寸图； 第 4-5 周5. 填写生产率计算卡； 第 6 周6. 绘制主轴箱装配图和零件图（鼓励用三维软件）； 第 7-11周7.撰写说明书初稿； 第12-13周8.修改说明书，准备答辩。 第 14 周五、主要参考书及参考资料组合机床设计（机械部分 机械工业出版社）、组合机床简明设计手册（机械部分 机械工业出版社）、机械设计手册、机械原理、机械设计、三维软件应用、机械制图、互换性技术、机械制造等，以及与题目背景相关的其他资料。学 生 安晶晶 指导教师 李文燕 系主任 魏生民 本科毕业设计论文 题 目 变速箱钻孔工位组合机床左多轴箱设计 专业名称 机械设计制造及其自动化 学生姓名 指导教师 毕业时间 年6月 摘 要组合机床是根据工件加工需要，以大量通用部件为基础，配以少量专用部件组成的一种高效专用机床。目前，组合机床主要用于平面加工和孔加工两类工序。其生产效率高，加工精度稳定，自动化程度高，降低人工劳动强度，因此广泛应用于到大批量生产场合。本课题设计了变速箱体钻孔工位组合机床及左多轴箱。在设计中，依据被加工工件进行工艺分析；以及零件本身材料选取合适的切削用量，在充分计算动力参数基础上对标准通用部件做了选择，绘制了加工示意图，机床联系尺寸图以及生产率计算卡并且初定多轴箱的轮廓尺寸。多轴箱是组合机床的重要专用部件，它是根据加工示意图确定工件加工孔的数量和位置，切削用量和主轴类型设计的传递各主轴运动的动力部件。其动力来自通用的动力箱，与动力箱一起安装于进给滑台，可完成钻孔等加工工序。本设计最终目的是通过所设计的组合机床左多轴箱实现多孔的一次加工完成，提高了工作效率并且减低人工劳动强度。关键词：组合机床，三图一卡，多轴箱ABSTRACTCombination machine tools is according to the work piece machining needs, on the basis of a large number of common components, with a small amount of dedicated components of an efficient special machine tool. At present, the modular machine tool is mainly used for surface machining and the machining process. Its high efficiency, stable machining precision, high degree of automation, reduce labor intensity of labor, therefore widely used in the mass production situation to.This topic design of the gearbox casing drilling location and left spindle box of modular machine tool. On the basis of processed work piece in the design, process analysis; Materials and parts itself to select suitable cutting dosage, on the basis of sufficient computing dynamic parameters of standard general parts made choice, mapped the process diagram, machine tool with the size chart and productivity calculation card early and dimensioning the contours of the spindle box.Spindle box of modular machine tool is important to special parts, it is according to the process diagram to determine the number and position of the work piece machining hole, cutting dosage and spindle type design of the main shaft power components of the movement. Its power from the general power box, together with the power box installed give sliding table, can complete the drilling and other processing operations. The purpose of this design is designed by left spindle box of modular machine tool of this design can achieve the porous once processing is complete, improve work efficiency and reduce the manual labor intensity.Key words : combination machine , three figures-A-card , spindle box目 录第一章 绪论11.1 研究背景11.2 国内外发展现状21.3 主要技术指标31.4 设计思路3第二章 零件分析42.1 零件分析42.2 定位基准及夹紧点的选择52.3 加工方案62.4 箱体尺寸的确定62.5 切削用量的确定72.6 切削力，切削转矩和切削功率等动力参数计算72.6.1 切削力的计算72.6.2 各轴转矩的计算82.6.3 各轴切削功率的计算82.6.4 各轴刀具耐用度的计算82.7 导向的选择及其相关尺寸的计算82.8 加工示意图112.9 本章小结12第三章 组合机床总体体设计133.1 选择动力部件133.1.1 动力部件的选取计算133.1.2 选取的动力部件的主要尺寸及性能143.2 机床联系尺寸图143.2.1 机床装料高度143.2.2 中间底座轮廓尺寸153.3 生产率计算卡163.3.1 生产率计算卡的作用163.3.2 单件加工时间173.3.3 机床生产率与负荷率173.4 本章小结18第四章 多轴箱的设计194.1 多轴箱的概述194.2 多轴箱设计原始依据194.3 主轴、传动轴及齿轮的确定204.4 多轴箱传动系统的设计与计算214.4.1 对多轴箱传动系统的一般要求214.4.2 主轴分布类型及传动系统设计224.4.3 齿轮的设计计算244.4.4 验算各主轴转速264.5 多轴箱坐标计算274.6 本章小结29第五章 全文总结30参考文献31致 谢32毕业设计小结33附 录3436第一章 绪论1.1 研究背景 随着科学技术的发展和专业化程度的提高，很多企业的产品产量越来越大，对精度要求也越来越高，如以汽车、拖拉机的箱体零件为例，采用通用机床加工已经不能很好的满足其生产的要求。首先，用通用机床加工时，同时参加工作的刀具少，限制了机床生产效率的提高；其次，当工件需要多个加工表面，则需要对零件进行多次的定位和夹紧，这样就会使零件的加工精度和生产率降低；第三，当某些机床重复加工一种工件时，通用机床的很多部件和机构变得毫无作用，造成设计功能上的浪费。 为了改善通用机床的这些不利的加工条件，在生产实践中就出现了专用机床。专用机床是为了完成某一工件的某一工序而设计制造的，其结构要比通用机床简单，加工精度稳定，生产率和自动化程度都较高。但是，专用机床也有自身固有的缺点，如设计制造的周期长，不能尽快适应工件的变化，一旦被加工工件的尺寸、形状和结构有所变化，就必须重新设计制造。所以专用机床成本高，不利于产品的更新换代。为消除上述两种机床的弊端，在生产实践过程中发展了一种新型机床组合机床。组合机床是以大量的通用部件为基础（70%90%），配以少量的专用部件，对一种或若干种工件按预先确定的工序进行加工的机床。它能够对工件进行多刀、多轴、多面、多工位同时加工。在组合机床上可以完成钻孔、扩孔、铰孔、攻螺纹、车削、铣削、磨削以及滚压等工序，随着组合机床技术的发展，它能完成的工艺范围日益扩大。在组合机床自动线上也可以完成一些非切削工序，例如，打印、清洗、热处理、简单的装配、试验和在线自动检查等。多轴箱是组合机床的重要专用部件。它是根据加工示意图所确定的工件加工孔的数量和位置、切削用量和主轴类型设计的传递各主轴运动的动力部件。其动力来自于通用的动力箱，与动力箱一起安装于进给滑台可完成钻、扩、铰、镗孔等加工工序。多轴箱一般具有多根主轴同时对一列孔系进行加工。但也有单轴的，用于镗孔居多。多轴箱按标准分为通用多轴箱和专用多轴箱两类。前者结构典型；后者结构特殊，往往需要加强主轴系统刚性，而使主轴及某些传动件必须专门设计，故专用多轴箱通常指刚性主轴箱，即采用不需刀具导向装置的刚性主轴和用精密滑台导轨来保证加工孔的位置精度。通用多轴箱又分大型多轴箱和小型多轴箱，这两种多轴箱的设计方法基本相同。本设计为通用多轴箱的设计。1.2 国内外发展现状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、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,还有多工位回转台式组合机床等;随着技术的不断进步,一种新型的组合机床柔性组合机床越来越受到人们的青睐,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驱动系统,并能灵活适应多品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(清洗机、装配机、综合测量机、试验机、输送线)等在组合机床行业中所占份额也越来越大。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后与世界机床行业进一步接轨,组合机床行业企业产品开始向数控化、柔性化转变。从近两年的企业生产情况看,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的统计数据显示,组合机床运用广泛出现在我国各个加工行业当中其中在航空制造技术配和试漏等技术起到了十分重要的作用。我国组合机床及组合机床自动线总体技术水平比发达国家要相对落后,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,满足用户需求,真正成为刚柔兼备的自动化装备。组合机床工作可靠性和组合机床技术的成套性为主攻方向。一方面,加强数控技术的应用,提高组合机床产品数控化率;另一方面,进一步发展新型部件,尤其是多坐标部件,使其模块化、柔性化,适应可调可变、多品种加工的市场需求。第21届日本国际机床博览会上获悉,在来自世界10多个国家和地区的500多家机床制造商和团体展示的最先进机床设备中,超高速和超高精度加工技术装备与复合、多功能、多轴化控制设备等深受欢迎。据专家分析,机床装备的高速和超高速加工技术的关键是提高机床的主轴转速和进给速度。1.3 主要技术指标1）钻孔，被加工零件孔的直径及相对技术指标（见零件示意图）；2）被加工零件的材料为HT200；3）工件对称中心线与工作台中心线重合（钻孔工位）；4）确定切削用量、计算切削力、选择动力箱型号；5）熟悉组合机床的基本组成形式。1.4 设计思路1）制定工艺方案分析用户所提供的资料，加工要求，在此基础上在确定机床完成的工艺内容及其加工方法，决定刀具种类，结构型式、数量及切削用量等。2）总体设计组合机床的总体设计主要包括绘制“三图一卡”，及被加工零件工序图、加工示意图、机床联系尺寸图和生产率计算卡。通常，在总体设计过程中，应初定多轴箱轮廓尺寸，才能确定机床各部件的相互关系。3）多轴箱设计以总体设计为基础根据被加工零件制定合理的传动方案，根据目标转速确定齿轮大小数目以及排数，完成多轴箱设计。第二章 零件分析2.1 零件分析1）材料：HT200；2）材料硬度：180210HB；3）零件图2-1；图2-1 零件图2.2 定位基准及夹紧点的选择a. 应尽量选择零件设计基准作为组合机床加工的定位基准。这样可以减少基准不符的误差，以保证加工精度，但在某些情况下，却必须选用其他作为定位基准。b. 选择定位基准应保证工件定位稳定。尽量采用已加工的较大平面作为定位基准，这对于加工尤为重要。c.统一基准原则，即在各台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。这对工序多的箱体类尤为重要。箱体类零件是机械加工中工序多、精度要求高的零件，如汽车、 拖拉机柴油机等行业的气缸体、气缸盖、变速、减速器、离合器本体等。这类零件一般有较高精度的孔需要加工，又常常要在几次安装下进行，因此，定位基准选择 “一面两孔”是最常用的方法，它的特点是： 图2-2 “一面两孔”a.可以简便地限制工件的6个自由度，使工件获得稳定可靠的定位。b.有同时加工零件五个表面的可能，既能高度集中工序，又能有利于提高各面上孔的位置精度。c.“一面两孔”可作为零件从粗加工到精加工所有工序的定位基准，使零件整个工艺过程基准统一，从而减少由基准转换带来的累积误差，有利于保证零件加工精度。同时，使机床各个工序（工位）的许多部件（如夹具）实现通用化，有利于缩短设计、制造周期，降低成本。d.易于实现自动化定位、夹紧，并有利于防止切削落于定位基准面上。在本设计中加工汽车变速箱箱体两侧的孔系，以顶面的两个定位销孔（一面两孔）定位限制六个自由度。在保证加工精度的情况下，提高生产效率减轻工人劳动量，而工件也是大批量生产，由于夹具在本设计中没有考虑，因此在设计时就认为是人工夹紧。2.3 加工方案（1）417，由其公差以及加工基本尺寸查互换性与技术测量表3-3可得精度要求IT12，表面粗糙度为Ra12.5再由组合机床设计可知加工孔在直径40mm以下，精度IT10IT11，表面粗糙度为Ra12.5，加工方法可采用钻孔。（2）钻螺孔（8-M10-6H）的底孔8.5共计8个由于这几个孔未注公差（自由公差，应为H12级精度以下），表面粗糙度为Ra12.5;查组合机床设计表3-1和3-2可知其加工方法应采用钻孔。2.4 箱体尺寸的确定箱体类零件包括侧盖、后盖、多轴箱中间箱体、前盖、上盖等。多轴箱宽度B高度H的大小主要与被加工零件空的位置分布有关，参照零件图2.1，可按下式确定：B=b+2b1 (2-1)H=h+h1+b1 (2-2)式中：b工件在宽度方向上相距最远的两孔距离，mm； b1最边缘主轴中心距箱外壁的距离，mm； h工件在高度方向相距最远的两孔距离，mm； h1多轴箱最低主轴中心线至箱底平面的高度（多轴箱最低主轴高度），mm；b和h为已知尺寸。为保证多轴箱有排布齿轮的足够空间，推荐 ： b170100mm则B=270+200=470mm，H=211+100+109.5=420.5mm； 标准通用钻镗类多轴箱的厚度是一定的，通常卧式多轴箱厚度为325mm,立式多轴箱厚度为340mm。主轴箱厚度为180mm，前盖有两种选择，卧式为55mm,立式为70mm。后盖厚度有90mm和50mm两种尺寸，通常采用90mm的后盖。结合所选零件，前盖55mm,箱体厚度180mm，后盖90mm,多轴箱厚度325mm。结合组合机床设计表4-2可得，选择箱体尺寸B=500mm,H=500mm。2.5 切削用量的确定注意问题：1）钻孔要求切削速度高而每转进给量小； 2）生产率要求不高的时候，就没有必要将切削用量选的过高，以免降低刀具耐用度； 3）若能做到相邻主轴转速接近相等，则可使多轴箱传动链简单；4）保证单位时间（每分钟）进给量相等。表2-1 用高速钢钻头加工铸铁件的切削用量加工直径mmHB160200切削用量v(mmin)f(mmr)1616240.070.126120.120.2012220.200.4022500.400.80(节选自组合机床设计P65表3-9)（1）1、2、3、4轴1、2、3、4轴均为D=17mm的高速钢麻花钻在硬度为HB=180210的灰铸铁材料的零件上钻孔，因此这4根轴可选择相同的切削用量。选择v=24m/min, f=0.204mm/r, n=1000v/D=241000/17450r/min(2)5、6、7、8、9、10、11、12轴 5、6、7、8、9、10、11、12轴用D=8.5mm的高速麻花钻在硬度为HB=180210的灰铸铁材料的零件上钻孔，因此这8根轴可选择相同的切削用量。 选择v=16m/min, f=0.153mm/r, n=1000v/D=161000/8.5600r/min2.6 切削力，切削转矩和切削功率等动力参数计算2.6.1 切削力的计算F=26Df0.8HB0.6 (2-3)（1）1、2、3、4轴F14=26Df0.8HB0.6=26170.2040.82100.6=2965.19N（2）5、6、7、8、9、10、11、12轴F512=26Df0.8HB0.6=268.50.1530.82100.6=1017.52N2.6.2 各轴转矩的计算M=10D1.9f0.8HB0.6 (2-4)（1）1、2、3、4轴M14=10D1.9f0.8HB0.6=10171.90.2040.82100.6=15096.93Nmm(2)5、6、7、8、9、10、11、12轴M512=10D1.9f0.8HB0.6=108.51.90.1530.82100.6=3213.52Nmm2.6.3 各轴切削功率的计算切削功率P=MV9740D (2-5)（1）1、2、3、4轴P14=MV9740D=15096.93249740170.7KW(2)5、6、7、8、9、10、11、12轴P512=MV9740D=3213.521697408.50.19KW2.6.4 各轴刀具耐用度的计算T=(9600D0.25vf0.55HB1.3) (2-6)HB=HBmax13(HBmaxHBmin) (2-7)HB=21013210180=200（1）1、2、3、4轴T=9600D0.25Vf0.55HB1.3= 9600170.25240.2040.552001.3=984.48min=16.4h4(2)5、6、7、8、9、10、11、12轴T=9600D0.25Vf0.55HB1.3= 96008.50.25160.1530.552001.3=4873.24min=203h4通过上面的计算，可以得知前面所确定的切削用量是合理的。2.7 导向的选择及其相关尺寸的计算（1）导向类型地选择导向通常分两类：一类是刀具导向部分与刀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。 由于本例中隔主轴导向的线速度均小于等于24m/min，因此均可采用固定导向;各轴均采用单导向。（2）导套尺寸及其配合的确定1、2、3、4轴导向部分的直径17mm,查表3-21，取D=25mm,D1=36mm,D2=35mm；5、6、7、8、9、10、11、12轴导向部分的直径8.5mm，查表3-21，取D=16mm，D1=23mm，D2=22mm；各轴导向的导套的配合查表3-22均按照如下配合选定：刀具采用G7公差，D-H7/g6， D2-H7/n6。（3）导套距离工件端面的距离由组合机床设计表3-23，可得1、2、3、4轴导套距离工件端面的距离l2=17mm；5、6、7、8、9、10、11、12轴导套距离工件端面的距离l2=8.5mm。（4）刀具刀尖到达位置a.当钻削通孔时，其刀尖到达的位置按照图2.3；图2-3 工作进给图b.当切削盲孔时，其刀尖到达位置按盲孔深度确定；本设计所需加工的孔均为通孔，因此确定如下：1、2、3、4轴：L2=13d14+38=1317+38914mm，本设计取10mm；5、6、7、8、9、10、11、12轴:L2= 13d512+38=138.5+3839mm，本设计取7mm。（5）主轴类型、尺寸、外伸长度、直径和接刀杆的确定根据前面对各主轴转矩的计算结果，查组合机床设计表3-25可以初步确定各主轴的直径，然后再根据表3-28决定主轴外伸部分尺寸（D/d,长度L）及配套的刀具连接杆莫氏锥号。因为本设计中各主轴用于单导向进行切削加工，因此主轴与刀具之间的连接采用接杆连接，也称刚性连接，且接杆采用A型。a. 1、2、3、4轴M14=15096.93Nmm,查组合机床设计表3-25可初步确定这4根主轴轴颈应为d1=30mm根据该数据在查组合机床设计表3-28可确定这3根主轴的外伸直径应为50/36。由于本设计中个主轴用于刀具的刚性连接的切削加工，所以均采用长主轴，查组合机床设计表3-28，可知这4根主轴的伸出长度为L=115mm。再查组合机床设计表3-29，插入主轴部分的长度为110mm。b. 5、6、7、8、9、10、11、12轴M512=3213.52Nmm,查组合机床设计表3-25可初步确定这4根主轴轴颈应为d1=20mm根据该数据在查组合机床设计表3-28可确定这3根主轴的外伸直径应为30/20。由于本设计中个主轴用于刀具的刚性连接的切削加工，所以均采用长主轴，查组合机床设计表3-28，可知这4根主轴的伸出长度为L=115mm。再查组合机床设计表3-29，插入主轴部分的长度为110mm。(6)动力部件的工作循环及工作行程的确定 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到原始位置的动作过程称为动力部件的工作循环。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。工作行程长度的确定如下：a.工作进给长度 L工L工=L1+L+L2 (2-8)切入长度L1应根据工件端面的误差情况在510mm之间选择，误差大时取大值。切出长度L2，在采用一般简单刀具时已由上述计算得出。L工=L1+L+L2=（510）+16+10=3136mm本设计取40mmb.快速退回长度快速退回长度等于快速引进与工件进给长度之和。快速引进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的开始位置，其长度按加工具体情况确定。通常，在采用固定式夹具的钻、扩、铰孔组合机床上，快速退回行程长度需保证所有刀具均退至夹具导套内而不影响工件的装卸。所以可得10+16+17+25+10=78mm。假如刀具的刚性较好，且满足生产率的要求，那么，为使动力滑台导轨在前长行程上均匀磨损，也可使快速退回长度加大。因此选择长度为100mm。 根据前面确定的工作进给长度和快速退回长度，可以确定他们的快速进给行程为100-40=60mm。c.动力部件总行程长度动力部件总行程长度除应保证要求的循环工作行程（快速引进+工作进给=快速退回）外，还要考虑装卸和调整刀具方便，既考虑前、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距离，通常取3050mm，本设计取30mm。后备量是指考虑刀具从接杆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（或刀具插入连接杆内）的长度。根据前面接杆型号的选择已确定了接杆插入主轴孔内的长度为110mm，为此后备量选择应大于110mm即可，这里选为120mm。因此，动力部件的总行程为快速退回长度与前后备量之和，即总行程长度为100+30+110=250mm。2.8 加工示意图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、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。2.9 本章小结通过分析被加工零件的特点，查组合机床设计确定箱体的基本尺寸。以及各个轴的加工尺寸。并绘制出加工示意图。第三章 组合机床总体体设计3.1 选择动力部件3.1.1 动力部件的选取计算 动力部件的选取主要是确定动力箱的选择，由于组合机床各通用部件的配套以动力滑台为基准，根据前面对各主轴的进给力和功率的计算，可以计算出左多轴箱中所有主轴所需要的总进给力和功率。F左=F1+F2+F3+F4+F5+F6+F7+F8+F9+F10+F11+F12=43065.19+81217.52=19964.92NP左=P1+P2+P3+P4+P5+P6+P7+P8+P9+P10+P11+P12=40.7+80.19=4.32kwP主=P切 （3-1）式中：P切个主轴切削功率总和； 组合机床多轴箱传动效率。 加工黑色金属时，取=0.80.9；加工有色金属时，取=0.70.8。当多轴箱数多，传动较复杂时取小值，反之取大值。考虑效率问题，选取的动力箱功率P左D=P左=5.4kw, (=0.8)查组合机床设计表2-14可选择1TD40或更大的动力箱；由组合机床设计简明手册P47页的必须注意事项可得：当某一规格的动力部件的功率或进给力不能满足要求，但又相差不大时，不要轻易选择大一规格的动力部件，而应不影响加工精度和效率的前提，适当降低关键性刀具的切削用量或将刀具错开顺序加工，以降低功率和进给力。保证机床加工过程中进给的稳定性，选择动力部件还应考虑各刀具的合力作用点应在多轴箱与动力箱的结合面内，并尽可能缩小合力作用线与滑台或丝杠垂直中心面之间的距离，以减少颠覆力矩。由于所选择的动力箱应与液压滑台配套，而根据总进给力查表2-6，液压滑台应选择1HY40型，再根据组合机床设计表2-4可知，应选择1TD40的动力箱和1HY40的液压滑台。3.1.2 选取的动力部件的主要尺寸及性能选取的动力部件的主要尺寸及性能可查表，结果如下：a.查组合机床设计附表1可得：液压动力滑台1HY40台面宽B=400mm,台面长L2=800mm，行程长L=400mm，导轨为铸铁材料，滑台及滑座总高H1=320mm，滑座长L1=1240mm;查组合机床设计表2-6可知其允许的快速行程速度为8m/min，工进速度12.5500mm/min。b.查组合机床设计表2-14可知，动力箱1TD40电动机为Y132S4型，功率为5.5kW,动力箱输出转速n=720r/min；查组合机床设计附表6可得：动力箱与动力滑台结合面尺寸：长L1=500mm,宽B2=400mm；动力箱与多轴箱结合面尺寸：宽B1=400mm，H1=320(319.5)mm，动力箱输出轴距动力箱底面高度为K+30=129.5+30=159.5mm。c.查组合机床设计表2-4可知:配套侧底座为1CC401；查附表27可得，其高度H=560mm，宽度B1=600mm，L=1350mm。3.2 机床联系尺寸图通常在已画出被加工零件工序图、加工示意图。并初选定了动力部件及与其配套的通用部件之后，绘制联系尺寸图。对于机床的某些重要尺寸也应在画联系尺寸图之前的方案阶段初步确定，如机床的装料高度H，多轴箱轮廓尺寸等。3.2.1 机床装料高度装料高度一般是指工件安装基准面至地面的垂直距离。过去我国设计组合机床一般取装料高度H4=850mm。根据我国具体情况，对于一般立式机床及卧式组合机床、流水线和自动线，一般在H4=8501060mm之间选取，推荐采用1060mm；对于鼓轮式组合机床，由于结构关系一般取H4=12001300mm，此时需要脚踏垫板，以便操作者装卸工件和操纵调整机床、刀具方便；对一些中小型零件的自动线，应考虑自动排屑装置的安排，特别是随行家具从机床下方返回的自动线设计，机床装料高度一般应提高到1000mm左右。H4=H1+H5+H2+H3+0.5+h1hmin (3-2)式中:H4装料高度，可取8501060mm,推荐取1060mm； h1多轴箱最低主轴中心线至箱底平面的高度（多轴箱最低主轴高度），对于卧式机床h1的尺寸还需要受箱体内油面高度的限制。如果h1太小，即主轴接近箱体底面，箱内的润滑油将主轴漏出；若h1取得太大时，主轴偏在多轴箱的上部位置，使整个机床的总体布置很不匀称，同时使滑台的受力情况不好。因此，h1与主轴外伸部分内、外圆直径大小有关。它的尺寸应取得与下表所列数值相近（参考值）实际设计时根据具体情况可以进行调整。表3-1 最低主轴伸出高度主轴外伸部分尺寸22/1430/2038/2650/3665/4480/60h1859090105110120本设计中最低主轴外伸部分内外圆直径为50/36取h1=109.5mm。 H2+H3滑台与滑座总高320mm； H5调整垫的厚度一般为5mm；0.5多轴箱体底平面至滑台体上平面间隙，0.5mm； hmin工件上最低孔到工件安装基面的垂直距离32mm（工件最低孔位置）； H4=560+5+320+0.5+109.5-32=962mm。满足推荐值850mm1060mm的取值范围。故设计合理。3.2.2 中间底座轮廓尺寸中间底座轮廓尺寸要满足夹具在其上面连接安装的需求。其长度方向尺寸要根据所选动力部件（滑台和滑座）及其配套部件（侧底座）的位置关系，照顾各部件联系尺寸的合理性来确定。非常重要的是，一定要保证加工终了位置时，工件端面至多轴箱前面的距离不小于加工示意图上要求的距离（本设计左367mm,右同）。同时，要考虑动力部件处于加工终了位置时，多轴向与夹具外轮廓剪应有便于机床调整、修理的距离。L=(2L1左+2L2+L3)2(l1+l2+l3) (3-4)式中:L1加工终了位置，多轴箱端面至工件端面间的距离，本设计 L1左=342mm； L2多轴箱的厚度，本设计为325mm； L3延机床长度方向工件加工尺寸375mm； l1机床长度方向上，多轴箱与动力滑台重合长度，因为安装动力箱 其后端面应与滑鞍的后端对齐，因此该尺寸应为滑鞍长度（附表1中的L2）与动力箱底安装面长度（附表6中的L1）之差，本设计l1=800500=300mm。 l2加工终了位置，滑台前端面至滑座前端面的距离80mm。(l2取值的最大范围为7585mm。 l3滑台前端面至侧底座前端面的距离本设计取115mm。则： L=(2L1左+2L2+L3)2l1+l2+l3=719mm根据L=719mm，又根据被加工零件的宽度375mm，以及其他联系尺寸选定中间底座宽度为500mm，长L=720mm。通过以上的数据计算以及选取的专用部件可以初步确定机床中各个专用部件的的尺寸，通过各个尺寸我们可以完成组合机床的联系尺寸图。3.3 生产率计算卡3.3.1 生产率计算卡的作用组合机床生产率计算卡是表示机床每小时生产率与负荷率的表格。它是根据加工示意图所确定的工作循环、工作行程、切削用量、动力部件的快速及工进速度等编制出来的，用以反应机床的加工过程、完成每一动作所需的时间、切削用量、机床生产率及机床负荷率等。同时反应所设计组合机床的自动化程度。通过生产率计算卡的编制可以分析所制定的机床方案是否满足生产要求及使用是否合理。3.3.2 单件加工时间单件加工时间是指所设计机床加工一个工件的加工工时。它是以工件在机床上进行本工序所占机动时间和辅助时间最长的动力部件作为计算基础。有些比较特殊的动力部件的机动循环时间显然很短，但由于他开始的早或结束的晚，因此，有需要考虑它早开始或晚结束的一段时间。单件时间可按下式确定：T单=t切+t辅=L1vf1+L2vf2+t停+（L快进vfs+L快退vfs+t移+t装卸） （3-5）式中：L1，L2刀具第一、第二工作进给行程长度，mm; vf1，vf2刀具第一、第二工作进给量，mm/min； t停当加工沉孔、止口、倒角、光整表面时。动力滑台在死挡铁上的停留时间，通常指刀具在加工终了时无尽给状态下旋转510r所需时间，min； L快进,L快退动力部件快进、快退行程长度，mm； vfs动力部件快速行程速度。用机械动力部件时，取56m/min；用液压动力部件时，取310m/min； t移直线移动或回转工作台进行一次工位转换的时间，一般可取0.1min； t装卸工件装卸（包括定位、夹压及清除铁屑等）时间，它取决于工件重量大小、装卸是否方便及工人熟练程度。根据各类组合机床统计，一般取0.51.5min。3.3.3 机床生产率与负荷率（1）实际生产率、理想生产率和负荷率的关系假设组合机床实际可能生产率为Q1，由于组合机床工作过程中偶然事故以及操作人员的自然需要等还需要一些时间，因此，机床实际生产率Q1应低于机床理想生产率Q，及 Q1=负Q （3-6）式中：负组合机床负荷率，一般为75%90%；机床越复杂时它的负荷率就越底。（2）理想生产率Q理想生产率Q是指所设计机床每小时实际可生产的零件数量。即：Q=60T单 （3-7）（3）实际生产率Q1实际生产率Q1 是指完成年生产纲领A（包括备品及废品率在内）所要求的生产率。它与全年工时总数K有关，一般情况下，单班制生产K=2350h，两班制生产K取4600h,即：Q1=AK （3-8）如果计算出机床实际生产率不能满足理想生产率要求，即QQ1，则必须重新选择切削用量或修改机床设计方案。本设计要求年生产量20万件，每日两班制。3.4 本章小结 根据所要加工零件的特点选择合适的切削参数，选择配套的动力部件，用CAD完成机床联系尺寸图。根据所取值完成机床生产率计算卡见附表，至此完成零件的 “三图一卡”。第四章 多轴箱的设计4.1 多轴箱的概述多轴箱是组合机床的重要部件之一，其主要作用是用来安装主轴、传动轴及齿轮等。驱动轴（动力头输出或电机轴）的运动通过多轴箱内一系列传动轴与齿轮传给个主轴，使主轴获得所需的转速和转向。多轴箱可装在动力头或动力箱上，也可直接装在滑台或床身上。每个多轴箱都是针对被加工工件在一定工序上的工艺要求而专门设计的，因而每个多轴箱的主轴数量，位置及各轴的转速，都是随被加工工件及其加工工艺的不同而改变，所以多轴箱作为一个部件来说是专用部件。但是，多轴箱内的零件主轴，中间传动轴，齿轮，隔离套，键及防油套等，都是标准化通用部件，设计时可根据要求直接选择。多轴箱的箱体、前盖、后盖、顶盖、以及侧盖的形状及尺寸也都有标准规格，可做成通用化的铸件，并根据所需面积大小来选用，按要求对其作补充加工使之成为成品。多轴箱的设计也是组合机床设计的主要内容。多轴箱的设计步骤如下：根据三图一卡绘制多轴箱设计原始依据图；确定主轴结构形式及齿轮模数；拟定多轴箱传动系统；计算主轴及传动轴坐标；绘制坐标检查图；绘制多轴箱总图及零件图。4.2 多轴箱设计原始依据根据前面的“三图一卡”以及动力条件要求可知：（1）被加工零件编号及名称：汽车变速箱箱体。材料：HT200，硬度：180210 HB；（2）主轴外伸尺寸及切削用量见表；（3）动力部件：1TD40，电动机：Y132S-4型，功率P=5.5kW,转速：n=720=r/min，输出转速：1430r/min，输出轴距箱底面距离为124.5mm，其他尺寸可查动力箱联系尺寸表。各主轴的工序内容、切削用量、轴号、主轴外伸尺寸参数表见表4-1：表4-1 原始尺寸依据轴号工序内容加工直径/mm主轴直径d/mm主轴外伸尺寸D/d1/mmL=115/mmv/(m/min)n/(r/min)f/(mm/r)vf/(mm/min)14钻173050/36244500.20492512钻8.52030/20166000.153924.3 主轴、传动轴及齿轮的确定切削类主轴按支承型式不同可分为3种：1）圆锥滚子轴承的主轴。圆锥滚子轴承的主轴其前、后支撑均为圆锥滚子轴承。这种支撑可承受较大的径向和轴向力，且结构简单、装配调整方便，广泛运用于扩、镗、铰孔和攻螺纹等加工；当刀具进退两个方向都有轴向力切削力时常用此种结构。2）滚珠轴承主轴：前支撑为推力轴承和向心球轴承、后支撑为向心球轴承或圆锥滚子轴承。因为推力球轴承设计在前端，能承受较大的轴向力，适用于钻孔主轴。3）滚锥轴承主轴：前后支撑均采用无内圈滚子轴承和推力球轴承。当主轴间距较小时采用。主轴的形式主要取决于工艺方法、刀具主轴连接结构、刀具的进给抗力和切削转矩。如钻孔时常采用滚珠轴承主轴；扩镗铰孔等工序常采用滚锥轴承主轴；主轴间距较小时常选用滚针轴承主轴。对于本设计，主轴采用推荐的滚珠轴承主轴，而对于传动轴，由于其基本上不承受轴向力，但是为提高加工精度，防止派生的轴向力影响传动，故选用滚锥轴承的支撑方式即在两端均采用圆锥滚子轴承，这样一来就可以通过轴承的预紧来更一步提高加工精度。4.4 多轴箱传动系统的设计与计算多轴箱的传动系统设计，就是通过一定的传动件把动力箱输出轴（或者多轴箱驱动轴）传进来的动力和转速按要求传动给主轴。传动系统的设计好坏，将直接影响多轴箱的质量、通用化程度、设计和制造工作量的大小以及成本高低。4.4.1 对多轴箱传动系统的一般要求设计传动系统，应保证主轴强度、刚度、转速和转向的前提下，力求是主要传动件（主轴、传动轴、齿轮等）的规格少、数量少、体积小；因此在设计传动系统时，要注意下面几点。（1）一般情况下，尽量不要采用主轴带动主轴的方案，因为这会增加主动主轴的负荷。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12根或更多根主轴的传动方案。（2）为使结构紧凑，多轴箱体内的齿轮传动副的最佳传动比小于1/2（最佳传动比为11/1.5），在多轴箱后盖内的第排齿轮，根据需要，其传动比可以取大些，但是一般不超过1/3。（3）尽可能使一根传动轴多带几根主轴，这样可以减少齿轮和传动轴的数量用一根传动轴带动好几根主轴有两种方法：一种是用传动轴上的一个齿轮来带动各主轴；另一种方法是一根传动轴上的几排齿轮来带动各主轴，这样既可以少用齿轮，又可以改善传动轴的弯曲受力情况。但传动轴上的齿轮负荷较大，所以齿数和模数不宜过小。（4）选择传动轴的位置时，最好是被传动的主轴在传动轴的周围均匀分布，这样可是作用在传动轴上的径向力抵消一些，减轻作用于传动轴上的弯曲力。当几个齿轮同时啮合，中心距不符合标准啮合中心距时，可采用变位齿轮办法来解决。尽可能采用降速的传动，这样可使传动链中前面几根轴的转速较高。从公式M转=9550Nn可知，在传递一定功率时，转速越大，转矩M转就越小，因而传动件可以选的小一些。从这点出发，常把主轴（传动链的最后一根）上的齿轮轴选的尽量大一些。但是，在一根传动轴带动几根轴的情况下，往往不得不从结构（空间位置）上来考虑，采用升速传动。（5）粗加工主轴上的齿轮，应尽可能靠近前支承，以减少主轴的扭转变形。精加工主轴上的齿轮应尽可能远离前支承，以减少主轴端部弯曲变形对加工精度的影响。（6）齿轮排数可按下面方法安排： 1、不同轴上齿轮不相碰，可放在箱体内同一排上； 2、不同轴上齿轮与轴套不相碰，可放在箱体内不同排上； 3、齿轮与轴相碰可放在后盖内。（7）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。（8）如遇粗加工精加工合一的多轴箱，最好从动力箱驱动齿轮开始，就分两条传动路线，以免影响加工精度。（9）主轴的旋转方向应一致。上述各点是设计时的通用原则。对于大型通用多轴箱的设计，当齿轮排数排不够用时，可以增加排数，比如在原来排齿轮的位置上安排薄齿轮（薄齿轮的强度应能满足要求）或在箱体与前盖之间增设0排齿轮。4.4.2 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是多种多样的，结构也各不相同，但零件上孔的分布大体可归纳为几种类型。所以主轴箱中主轴分布也可分为下列几种类型：a.同心圆分布。分别用一根中间传动轴带动。主轴可等分或不等分，齿轮可在同一排或不同排，转速可相同或不相同。图4-1 同心圆排布b.直线分布 分别用一根中间传动轴带动两根主轴图4-2 直线分布c.任意分布 将靠近的主轴分别组成同心圆或直线分布。也称混合分布。图4-3 任意分布(2)传动系统设计方法a.将主轴划分为各种分布类型，尽可能使之形成同心圆分布，用一根中间传动轴带多根主轴。b.确定驱动轴的转速、转向及其在多轴箱上的位置。驱动轴的旋转方向可任意选择；驱动轴转速由动力多轴箱型号定，其水平放线位置一般在多轴向中心，垂直方向由动力箱决定。需考虑电机外轮廓不碰滑台，装卸方便。c.用最少数量的齿轮和中间传动轴把驱动轴和个主轴连接起来。（3）本设计中主轴分布类型和传动方案的设计如图4-4传动方案。 图4-4 传动方案根据所加工零件的孔的大小和位置特征，上方9、10、11、12轴可看做同心圆分布，用一根传动轴19传动，中间5、6、7、8轴可看做同心圆分布，用一根传动轴13传动，再由一根中间传动轴传动18轴传动轴13和轴19；轴1、2和轴3、4看做直线分布应在两轴之间的中垂线上放一根传动轴，但由于要保证主轴旋转方向相同因此除在轴1和轴2之间选择传动轴15，并由传动轴14传动轴13与轴15，轴3和轴4同理。用传动图如上图所示，轴14、512为主轴，轴1319为传动轴。在第排轴0（驱动轴）传动到轴13；在第排轴13传动到轴14、轴16最终传动到轴1、2、3、4；在第排轴13传动到轴18；在第排轴18传动到轴19终至轴9、10、11、12；在第排轴13传动到轴5、6、7、8；4.4.3 齿轮的设计计算齿轮的正确啮合条件：两轮的模数和压力角必须分别相等。齿轮的模数确定：齿轮的模数m一般可按如下公式估算m（3032）3Pzn （4-1）式中 p齿轮所传递的功率，单位为kW； z一对捏合齿轮中小齿轮的齿数； n 小齿轮的转速。小齿轮最小齿数不能小于17，把钻孔转速带入公式可得：m（3032）3Pzn1.4081因此在本设计中选用齿轮模数2和2.5由传动路径的确定，驱动轴伸出位置，以及各个主轴根据所加工零件孔的分布所确定的位置查机械设计简明手册，选用驱动轴上齿轮为m=2，z=24， A013=78。A0=m(z主+z从）2 (4-2)d=mz (4-3) u=z主z从=n从n总 (4-4)式中：A0两啮合齿轮间的中心距，单位mm； z主，z从两啮合齿轮的齿数； d分度圆直径，单位mm； u两齿轮间的传动比。各个主轴根据所加工零件孔的分布所确定的位置，可以确定出齿轮的中心距A以及齿轮分度圆，在一个多轴箱内为了方便制造装配模数选用最好不要超过两种，本设计取模数为2和2.5。再根据每条传动路径最终所要达到的传动目的（改变转速）由作图法进行初定在经过反复计算整理比对可得到以下计算：(1)n0=720r/min，m=2,z=24， A013=78mm；(2)m134=2,d134=(A013z0)2=108mm,z134=d134m134=1082=54;(3)m133=2.5,d133=72.5,z133=d133m133=72.52.5=29,A1314=73.75mm;m14=2.5,d14=A1314d13322=73.7572.522=75,z14=d14m14=752.5=30;4m15=2.5,d15=47.5,z15=d15m15=47.52.5=19,A1415=61.25mm,A151=50mmm1=2.5,d151=A151d1522=5047.522=52.5mm,z1=d1m1= 52.52.5=21;5m133=2,d133=80mm,z133=d133m134=802=40,A1318=71mm;m18=2,d18=A1318d13322=718022=62mm,z18=d18m18= 622=31；6m192=2,d192=54mm,z192=d192m192=542=27,A1918=58mm;7m191=2,d192=46mm,z191=d191m191=462=23,A199=41mm;8m9=2,d9=A199d19222=414622=36mm,z9=d9m9=362=18；9m131=2.5,d131=87.5mm,z131=d132m132=87.52.5=35,A135=67.5mm;m5=2.5,d5=A135d13222=67.587.522=47.5mm,z5=d5m5= 47.52.5=19;4.4.4 验算各主轴转速按上述所选用的齿轮传动计算各个主轴的转速如下：n0=720r/minn13=d0d134n0=48108720=320r/minn14,16=d133d14n13=72.575320=309.33r/minn15,17=d15d1n14=7547.5309.33=488.42r/minn14=d15d1n15,17=47.552.5488.42=441.9r/minn18=d133d18n13=8062320=412.9r/minn192=d18d191=6254412.9=474.074r/minn912=d191d9=4636474.074=605.76r/minn58=d131d5n13=87.547.5320=589.47r/min以上各主轴的理论转速、实际转速及转速相对损失率：（实际转速理论转速理论转速）100% (4-5)表4-2 转速验证主轴号理论转速/(r/min)实际速度/(r/min)转速相对损失率/%1、2、3、4450441.91.85、6、7、8600589.51.759、10、11、12600605.760.96本设计中，各主轴转速相对损失率小于5%，满足组合机床主传动系统的设计要求，故设计合理。4.5 多轴箱坐标计算坐标计算是组合机床多轴箱设计中的一个特殊问题。坐标计算就是根据已知的驱动轴和主轴的位置及传动关系，计算出中间传动轴的坐标，以便在绘制多轴箱体零件加工图时，将各孔的坐标尺寸完整地标注出来，并用以绘制坐标检查图，作为对传动系统设计的全面检查。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，设计时必须选择基准坐标架。通常采用直角坐标系，用XOY表示。他的选择是根据多轴箱的安置情况和加工所用设备条件而定，通常采用下述两种方法。a.坐标架原点选择在定位销孔上，适用于不以地面为安装基面的多轴箱。b.坐标架的横轴（X轴）选择在箱体底面，纵轴（Y轴）通过定位销孔。工艺基准与设计基准同一，可减少因基准转换而引起的加工误差。多轴箱中定位销到多轴箱侧壁的距离E，当多轴箱宽度小于等于500mm时，E=25mm,当多轴箱宽度大于500mm时，E=50mm。坐标原点确定以后，便可依据多轴箱设计原始依据图，在基准坐标架XOY上注出个主轴及驱动轴的坐标。本设计选择a方式建立坐标，如图：图4-5 坐标原点设定由CAD作图软件运用工具中新建原点UCS建立新的原点位于销孔处，后选中所求主轴，传动轴，驱动轴，输入命令list可以得到所求轴的坐标如图：整理可得下表主轴坐标：表4-3 主轴坐标主轴轴号X坐标Y坐标0240.964129.5001105.964257.5002105.964157.5003375.964157.5004375.964255.2305193.234255.2306193.234159.7717288.693159.7718
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