毕业设计（论文）-立式钻孔组合机床设计

摘要组合机床配置灵活，能够很大程度上提升产品的生产效率，降低产品的制造周期。可以根据零件上工序要求，用大量的通用部件和少量专用部件灵活组成各种类型的组合机床。本次课题研究的内容为装载机齿轮箱箱盖的机加工设备设计，在箱盖众多的工序中挑选出钻削16×M20的螺纹孔，运用机加工设备对其进行加工使其精度和粗糙度符合要求，运用的机加工设备为钻孔组合机床。认真分析零件的技术要求，制定出符合零件要求的工艺方案。设定好机床的配置型式和机构方案。选择出合理的切削用量，根据切削用量去选用合适的通用部件。多轴箱内主轴的排布方式、齿轮的润滑、传动的设计是依据零件加工的位置去设计。选择出来齿轮和轴最后还需要对其进行强度校核，符合条件才可以选用。本次研究的课题钻孔组合机床已设计好相关内容，能完成零件的技术要求。设计出来的钻孔组合机床由于自身的通用性能好，符合现代产品的发展趋势。同时机床的设计研制周期短，能大大提高生产制造效率。关键词：装载机箱盖机加工设备，组合机床，多轴箱，通用部件，三图一卡绪论1.1课题背景机床工业是现代机械制造行业的基础，在一般的机械厂中，机床所承担的工作量约占整个厂中机械制造工作量的40%~60%。所以在制造行业中，各式各样的机床，扮演着不可或缺的角色。同时机床的技术性能也直接影响产品的质量及其制造的经济性，进而决定着国家经济的发展水平。因此，机床是现代制造业中最重要的一类加工设备。机床的高速发展为现代的社会提供了五花八门，种类繁多的高质量产品。丰富了人们的日常生活，为人们生活提供了便捷。一个国家想要繁荣富强也离不开机械行业的现代化，机械行业可以为我国的科学研究、农业智能化、国防武器制造、工业体系完备等等提供坚实的基础。而机床的发展便决定基础的强大与否。我国高度重视工业体系的建设，经过70年的发展，已经拥有41个工业大类、207个工业中类、666个工业小类，是全世界唯一拥有联合国产业分类中所列全部工业门类的国家。正是因为有机械制造工业的支撑，利用机床去制造需要的产品才能达到这一水准。然而，一个现代化的机械制造业必须要有一个现代化的机床制造业做后盾。机床在人类的历史上也是一步步发展起来的，伴随着人类认知的提升，科学的进步。机床也是由简单变复杂、由单一变多元化。最开始机床的主要成分都是以木头、绳子为主。动力的来源也是人或者动物。18世纪中叶，因为欧美等资本主义国家对生产力的需求过于庞大，人工已经远远满足不了时，金属零部件的机床发展了起来。越来越多的机器推动了机床的发展。蒸汽机的发明为机床的发展提供了动力的需求，刚开始机床功能十分单一，就单单为满足某个零件部分的加工而设计。但是随着时间的推移，越来越多功能齐全，理念先进的机床被人们制造了出来。1770年弗萨里发明了以蒸汽机为动力的镗削镗床。1797年史蒂芬森发明了带有可动刀架的车床。从此开创了用机械代替人手控制刀具运动的时代，不仅解决了劳动力短缺的问题，而且使零件的精度和质量有了质的飞跃，这一时期的机床初步形成了现代机床的雏型。继车床之后，随着机械制造业的发展，各种其他种类的机床也陆陆续续被制造出来。至19世纪末，拉床、车床、钻床、镗床、刨床、铣床、磨床、齿轮加工机床等类型的机床已先后被制造出来。随着加工材料不断的变化，机床主轴的转速、电动机的功率、机床整体结构的刚度也随之变化。同时加工零件的刀具也随着零件材料、粗糙度、精度等合理配合机床去使用。有需求才会有发展，正是因为加工材料的多样性，所以机床上的发动机，齿轮，轴承，电气和液压技术都取得了长足的进步，使机器旋转平稳，结构合理，机电控制也相应提高，加工精度和生产效率明显提高。在现代的机床中典型的机床有数控机床，这类机床是集电子信息、检测计算、自动控制系统、机床设计等各个领域最新成果为一体的机床。机床的自动化程度很高，使机床的发展进入到一个崭新的时代。与单纯用于加工大批大量生产的纯粹机械控制和继电器接触器控制的自动化机床对比，数控机床具有柔性程度高，即使在单件生产或者小批生产中也起到使用经济的目的。综观历史上机床的发展，它总是随着工业基础的扩大和科学研究技术的进步而发展，从始至终围绕着生产效率、产品加工精度、整体自动化程度和满足市场需求而进行的，现代机床总的发展趋势仍然是沿着这一方向发展。传统的通用机床，这类机床可以加工的零件种类有很多，加工范围很广泛。但正是因为这一点，导致机床整体的结构很复杂，而且在加工零件其中一道工序时，不能完全发挥出通用机床的全部效能，使用起来有些鸡肋。为了克服这种问题，科研人员便迅速研制了专用机床。这一类的机床主要的作用就是加工一种或者几种零件的指定工序。由于是定制的机床，这一类的机床造价很高，设计和制造的周期很长。特别是现代的产品更新换代比较快，一旦产品不满足市场需求或者根据市场需求进行改变原型的话，专用机床就会捉襟见肘，满足不了产品的加工工艺。此时专用机床就会变成一堆破铜烂铁被无情的抛弃，失去作用。要想满足产品要求，研究人员又要设计符合产品加工工艺的专用机床。由此可见，专用机床虽然效率高，自动化程度高。但是远远满足不了市场的需求，只能小范围的去使用，上不了大的台面。组合机床在这种局面上应运而生，出现在大众的视野中。组合机床解决了通用机床和专用机床的使用限制。解决了机床的基本矛盾，最大化的兼顾了通用机床和专用机床的优点，得到越来越广泛的应用。组合机床是由通用部件为基础，配合少量的专用部件，以此来对工序进行加工。组合机床又有通用机床的调整性，又有专用机床的以零件工艺要求而设计的专用部件。组合机床生产效率高，结构简单可调整，符合现代产品的发展趋势。现代产品的发展趋势为多品种、小批量。这个对应的便是组合机床的工作模式，同时组合机床研制周期短，注重考虑的便是工序所用的专用部件。组合机床就像是搭积木，把机床分解成若干部分，需要加工什么产品时再将需要用到的机床部件组合起来，便可以组合成所需要的机床。我国机床的发展迅猛，成果斐然。但是和世界上其他国家相比还是有部分差距。但是工业制造2025作为国家提出的战略方案，其中的机械制造业必不可或缺。我国的机械制造业肯定会再上一个台阶，继续缩小和世界各项顶尖水平的差距。1.2组合机床国内外现状1908年组合机床由美国制造出来，组合机床经过30年的发展在世界各国得到迅速普及。至今，它已成为现代机械制造（尤其是箱体零件制造）的重要设备之一。现在的机械制造行业从各个角度对组合机床提出了越来越高的要求，而组合机床也在人类的新技术成果下不断的完善和发展。[1]1.2.1国内组合机床现状我国加入世界贸易组织以后，制造业所面临的机会大大提升，同时国外制造机床拥有先进技术的公司也在冲击着我国的机械组合机床行业。我国企业经过适时调整，采取了合理的应对策略，实现了生产、销售两旺的良好局面。截至到2005年4月，国内组合机床行业据不完全统计产量已到1000余台左右，产值达到3.9亿以上，较2004年同比增长了10%以上。另外组合机床行业的产品销售率、全员总人数、外出口贸易值等经济指标均有不同程度的增长。新产品、新技术的应用也逐年提高，由此可见机床企业运营状况很好。组合机床行业公司主要针对汽车、摩托车、箱体、农用机械、工程机械、军工、轻工及家电行业提供专用设备。我国加入世界贸易组织之后与国际上先进的机床制造进一步接轨，组合机床行业企业产品开始向数控化、柔性化转变。从最近两年的企业生产情况来看，数控机床与柔性制造机床的市场需求量在上升，而传统的钻、扩、镗、铣组合机床则有下降趋势。我国的一些高校在研究组合机床方面也取得了很多的进展，申请了许多的专利。例如广西工学院李建等人应用三维绘图设计软件开发了专用机床主轴箱三维参数化模型CAD程序。设计CAD程序的目的是因为传统的多轴箱在传动系统自动设计完成之后，传动件之间是否碰撞不够直观，重复设计相似零部件工作量大而且浪费时间，并且在出现干涉问题时修改每个视图尺寸繁琐易出错。而这些CAD程序能够通过对主轴箱中各类零部件进行三维参数化模型图库的建立，在出现问题时能够方便快捷的修改并设计出多轴箱，从而减少设计时间，提高组合机床主轴箱的设计效率。[2]郑州轻工业学院李月琴，郭志强等人利用三维建模软件为设计基础，借助VC6.0高级编程语言并根据人工设计专用机床的程序。与此同时将计算机软件作为处理图形草图设计，三维参数化建模设计，人机交互界面设计和数据库管理技术为一体的操作系统，进行组合机床总体设计程序的开发，这样便于设计人员可以以此为基础应用先进的设计方法，又可以很巧妙的借鉴以往的设计经验，以便于减少组合机床的研发周期，尽快完成组合机床的设计。在一定程度上减少了设计人员的重复性劳动。[3]我国的组合机床自动线主要采用机械、电气、液压控制。它的加工对象是生产批量较大的大中型的箱体零件，能够完成钻孔、扩孔、镗孔，加工各种螺纹、铰孔、车端面和凸台。而且组合机床的种类繁多，有小型组合机床和大型组合机床，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到人们的重视，在组合机床行业中所占比重也越来越大。我国组合机床及组合机床自动线技术要比发达国家落后一些，国内所需的一些高水平的组合机床及组合机床自动线大部分都从国外进口。联系方式加qq：1355574932（可以指导）1.2.2国外组合机床现状1980年以后，国外的组合机床生产时，在满足加工精度和生产效率要求的基础上，正朝着通用部件配合成套和组合机床具备柔性制造的方向发展。组合机床的产品制造精度、机床部件组合的灵活多样性方面、多品种加工的柔性方面都有新的突破性进展，进一步提高了加工精度、效率以及自动化。而且组合机床的多样性、成套性、综合性也在逐步发展。国外大型的组合机床生产厂家都有自己体系化的组合机床通用部件，从而进一步提高了组合机床的工作可靠性和加工精度。加工几十种同类零件的高效柔性制造自动线，例如国外一种加工发电机端盖的柔性线，该线由十台三坐标加工单元和非同步工件以及随行夹具输送系统组成，整体为环行布局，采用液压、电气以及计算机控制程序。本线可加工70多种工序随意组合，完成工序钻、扩、铰、镗等工序。生产节拍为9秒，每小时可生产800件。柔性生产线的配置能够最大程度上的解决传统组合机床加工单一的问题。这种生产结构的变化，既可以实现多品种加工要求，而且整体调整变化快捷，反应灵敏，又可以使机床配置更加灵活多样。[4]对于组合机床这种工序高度集中的制造产品，国外机床制造商采取各种措施，进一步提高工序集中程度。为了减少组合机床数量，节约车间占地面积，制造商采用十字滑台、多坐标通用部件、沿滑台导轨移动的主轴箱、双头镗孔车端面头等组合机床。或在夹具部位设置一个换刀库，通过换刀来将零散的工步集中起来成一道工序实现加工，从而最大化地发挥设备的使用效能，获取更好的经济效益。[5]1.3机床设计的目的、内容、要求1.3.1设计的目的研究的题目是组合机床，工序内容为加工16×M20的螺纹孔。在这次设计中，通过相关书籍查询到组合机床整体的设计思路，在后续的进程中通过和老师的讨论我还锻炼了自己的设计构思，加强了我对方案的分析能力。通过画图锻炼了自身对软件的熟练程度，对组合机床整体的结构工艺有了大致的了解。涉及到说明书的内容，例如零件计算、编写说明书内容和查阅资料等方面的立体训练。整个的设计过程让我树立了正确的设计思想，养成了独立思考问题的能力，培养了解决难题的方法方式，并完善了自己初步设计分析、结构设计和计算能力。1.3.2设计的内容首先观察被加工零件，确定加工余量和铸造公差，通过这些公差尺寸算出毛坯图的所有尺寸。查表得到需要加工的工序切削速度和进给量，通过分析比较拟定传动方案确定传动副的传动比及齿轮的齿数。制定加工路线、选定合理的刀具、设计选型三图一卡、计算多轴箱尺寸及设计传动路线。完成传动系统图后，要验算传动轴的直径，齿轮模数是否在允许范围内。还要验算主轴部件在工作状态下是否符合要求。简单设计夹具的内容，设计如何定位消除自由度，怎么夹紧保证工件在加工的过程中不晃动，计算出夹紧力。选择夹紧方式是液压夹紧还是机械夹紧。根据加工要求选择合理的通用部件，联系零件工序设计出专用部件。选取箱体、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，编写设计说明书。1.3.3设计的要求是否能够满足市场的需求，符合国家规定的技术标准。根据机床的制造经济性指标来判定的。制造产品时，成本是否合理。组合机床的技术先进符合大多数加工要求，物美价廉才会受到用户的欢迎。这样在国内和国际市场上才有竞争力。认真分析市场的产品发展趋势，对自己设计的机床做出合理的规划。分板块去设计研发，尽最大的可能向产品靠拢。1.4组合机床的设计方法1.4.1拟定方案拟定出2~3个方案进行分析对比，每个方案必须有的内容为：加工工艺的制定、主要通用部件的技术参数、专用部件的设计、机床的布局（立式还是卧式）、传动系统的设计、液压系统的设计、主要零部件的结构草图及机床经济制造分析等。当产品的使用和制造出现矛盾时，首先应协调使用要求，其次才满足于制造。要尽量采用先进的工艺和创新的结构；设计的依据必须以生产实践和科学研究为基础，方案的设计必须建立在实践的基础上。设计与创造相结合，尽量采用国际上先进的制造工艺，迅速提高生产效率，为市场的需求提供强有力的保障。还需要注意借鉴前人和国际上的先进经验，并在此基础上作出创新和发展。1.4.2利用软件辅助分析通过软件辅助分析，我们大学期间学过ug三维建模，cam，机构运动仿真等辅助分析软件。通过ug建立三维模型，然后以数字化方式仿真运动，确认和优化机床结构及其运动过程。改善产品质量，同时减少或消除对于实物样机昂贵耗时的设计、制造。构建好的三维机床分析好其主运动，和辅助运动。计算出机床主要受力部位的应力，统计部分应力随时间变化而变化的规律，运用cam软件进行分析，选择材料在工作状态下最大的工作应力小于或等于材料的许用应力。对所加工的零件进行型体分析，通过分析加工零件选出机床各个部分通用部件的技术参数，选择合适的刀具及合理的加工工艺。制定出符合要求的专用部件。这些会在下文中详细体现。

零件技术分析以及工艺规程的拟定2.1毛坯设计2.1.1毛坯的铸造形式装载机齿轮箱箱盖零件的大致尺寸是1270×392×123属于大型零件，零件整体外形较为简单可以用铸造成型（砂型铸造手工造型）的方式得到毛坯。根据零件的工作状态，使用环境以及经济性的原则，毛坯材料选择HT200。材料的铸造性能和减震性好，适合做箱盖、箱体类零件的材料。铸造毛坯要接近成品形状，以便减少加工余量。2.1.2毛坯尺寸的确定毛坯的尺寸由零件的尺寸、加工余量、铸件尺寸公差三部分构成。在零件图尺寸的基础上加上加工余量和铸件公差就可以反推毛坯的尺寸，这样就可以画出毛配图。图2.1为装载机齿轮箱箱盖毛坯图。图2.1箱盖毛坯图毛坯的材料为HT200（灰铸铁），查参考文献[13]中表5-7至5-11，毛坯件采用砂型铸造，对应的毛坯公差等级为12级，加工余量等级为G级。根据毛坯铸件的公称尺寸，可以查出对应的铸件公差和加工余量。这里有一点需要注意，就是毛坯尺寸虽然加上了铸件的公差，但是真正用于去除掉的部分就只有加工余量，铸件公差是在铸造过程中产生的不可避免。加工工艺路线的目的也是切削掉加工余量，根据零件图上的尺寸精度和粗糙度的要求将加工余量合理的分配下去，每一道工序相互配合，去除掉一部分的加工余量，最终达到要求的尺寸精度和粗糙度。接下来就以一道工序为例，通过更直观的方式来表达铸件毛坯尺寸是如何确定的。箱盖的底面作为工艺路线中的加工基准，是最先需要加工的工序。底面的厚度为35mm，机械加工余量为0.5mm，即公称尺寸为35.5mm，尺寸公差为5mm。因此在画毛坯图的时候，这一部分的尺寸为40.5mm。剩余的尺寸均为这样计算，就可以得到毛坯图的详细尺寸。计算尺寸的过程大致相同，在这里就不一一计算。[13]2.2制定总的工艺规程2.2.1制定加工工艺的基本原则精加工和粗加工最好不要放在一起，因为粗加工的时候切削产生的负荷比较大，产生的热量容易造成热变形，同时夹具较大的夹压力会导致工件表面变形及切削时会震动，对精加工的影响很大，不利于精加工。会造成工件加工精度和粗糙度不满足要求。最好是分开加工，可以在同一台设备上加工的工序，就将粗精加工工序分开至两个相隔较远的工位上进行。目的就是粗加工后让工件冷却一下消除热变形，另外一点是重新装夹消除粗加工对精度、粗糙粗的影响。[6]工序尽量集中在一起，这也是现代机床的发展趋势，运用同一种或者不同种类的刀具集中在一起完成几个工件不同表面的工序内容，可以快捷的提高生产率。但是过于集中也不好，机床会很复杂，增加了机床的制造难度。容易出现问题，而且出了问题后维修起来也很麻烦。所以适当的集中，视零件的具体情况而定。相同类型的工序、有相对位置精度要求的工序集中在一块就可以。[6]2.2.2制定箱盖加工工艺路线零件的加工工艺制定是设计组合机床的第一步，工艺路线决定了组合机床的加工方式，夹具结构，大致的布局形式。首先要认真阅读被加工零件图样，研究零件的尺寸、外形、使用的材料、各个加工部位的粗糙度以及精度要求、决定用机床加工的工序、选择刀具的种类。后续还需要考虑加工时用什么样的夹具，思考如何去定位和夹紧。零件装卸的方法，加工的时间等数据的计算。查阅国内外相关的文献内容，搜索有用的技术资料，借鉴分析其中先进的科学技术研究，为组合机床总体研究做好大量的技术准备。制定出一条合理的加工路线。首先观察零件图，脑海里要构建出一个总的大致工艺规程，以加工工艺的原则为基本去制定工艺路线。充分考虑工件的加工要求和特点，设计出先进、经济、合理、可靠的加工方案。（详细的工艺流程见工艺卡片）铣削底面作为定位（基准平面）以底面为加工基准面，铣削上表面有粗糙度要求的地方再精铣粗糙度要求更光滑的平面钻孔至要求的尺寸精度和粗糙度集中给孔锪倒角攻螺纹检验2.2.3制定螺纹孔工序的工艺路线本次涉及到组合机床的工序为加工16个M20的螺纹孔，16个螺纹孔均布在直径为Φ400的圆周上，螺纹孔的粗糙度为Ra3.2，螺纹精度为7H。被加工零件材料为HT200，布氏硬度：170~241。零件的生产纲领为年产值五万台属于大批量生产，双班制生产。螺纹孔工艺路线根据被加工（装载机齿轮箱箱盖）零件图（图2.2），加工零件上表面16×M20深20mm的螺纹孔，按照粗糙度和精度要求，采用钻孔—扩螺纹底孔—倒角—攻螺纹。这条工艺路线下来，螺纹孔的精度可以达到7H，粗糙度Ra3.2。表2.1螺纹孔加工工艺方案螺纹尺寸螺纹精度工件材料加工工艺螺纹加工法备注M30以下的螺孔7H铸铁钻孔、扩螺纹底孔、倒角、攻螺纹丝锥攻制（每个丝锥带一个攻螺纹靠模，由靠模实现进给）直径大于38mm的锥螺纹应增加一道扩锥孔工序工序间余量的确定为了可靠的保证加工的质量，必须合理的选择工序间的加工余量。组合机床常见孔的工序间的加工余量参考表2.2。工艺路线中最后的一道工序为攻螺纹，查询螺纹底孔直径表不难发现，公称直径为M20的粗牙螺纹孔需要底孔直径为Φ17.5。也就是说扩孔这道工序最终扩到Φ17.5就可以了。表2.2中扩孔在直径上的工序余量为1.5~2.6mm。在这里取1.5mm的加工余量。用Φ16的钻头先钻出一个底孔扩孔至Φ17.5倒角c1丝锥攻M20螺纹孔表2.2孔加工常用工序间余量加工工序扩孔直径工序特点直径上工序间余量扩孔Φ10~Φ20钻孔后扩孔1.5~2.6定位基准的选择和夹紧的设计以箱盖的底面作为加工基准面，底面共限制了三个自由度分别是：X方向的转动、Y方向的转动、Z方向的移动。用销钉插在工件XOY平面内的两个孔内（具体见被加工零件工序图）同样也限制了三个自由度：X方向的移动、Y方向的移动、Z方向的转动。至此6个自由度被完美限制，采用的方法称为“一面两销”。因为工件太大的原因，采用的机床为立式机床。工件底面在工作台上，夹紧方式为人工夹紧。考虑到工件上表面的形状，夹紧点设置在工件的两边，拧紧螺母压块夹紧工件。零件本身的质量比较大，因此所需的夹紧力凭借经验估计不是太大。着重考虑零件如何装夹即可。需要特别注意的是定位销钉所使用的孔，孔需要提前加工好，在制定工艺规程的时候，定位用的孔的工序要在螺纹孔工序之前。图2.2被加工零件图2.3确定切削用量及选择刀具2.3.1选择切削用量组合机床的工艺方案里切削用量的选择比较重要，选出的切削用量是否合理，对零件的精度、粗糙度、生产率、刀具的消耗、机床整体的结构以及工作时的可靠程度都有很大的影响。本次设计的机床是多刀多刃同时切削，为了减少刀具更换的时间和刀具的磨损程度，保证机床的经济效应，因此选用的切削用量比单刀加工时低上30%左右。刀具的进给是依靠组合机床的动力滑台来实现的，所以在同一个滑台上的多轴箱其所有刀具每分钟进给量是相同的，就是等于滑台的工进速度。滑台的m/min对于所有刀具来说都是一致的。因此，同一主轴箱上的所有刀具主轴应有较合理的切削用量，选择合理的r/min和合理的mm/r。通常采用“试凑法”来满足每分钟进给量相同的要求，即：==…==[6]滑台的工进速度——单位为（mm/min）刀具的转速——单位为（r/min）刀具的进给量——单位为（mm/r）根据表2.3高速钢钻头切削用量，选择钻孔时的切削速度f和进给量v钻孔加工的材料是铸铁，HB170~241，钻头的直径D=16mm，因此进给量f=0.2mm/r、切削速度v=11m/min、背吃刀量ap=8mm。[6]表2.3高速钢钻头切削用量加工材料加工直径d（mm）切削速度v（m/min）进给量f（mm/r）铸铁200~241HBS＞12~2210~180.18~0.25根据根据主轴转速计算公式：(2.1)机床主轴转速有具体的数值：160、200、250、315（r/min）主轴转速计算得出的值为218r/min，这里取一个标准值250r/min，然后再反推回去，求主轴的实际转速。(2.2)同理也可以得到扩孔、倒角、攻螺纹的主轴转速、切削速度、进给量、背吃刀量的具体数值。相关内容见工序卡片。2.3.2选择刀具结构根据加工零件的材料HT200，其硬度为HB170~241，选择一般的刀具（标准）。刀具材料可选择高速钢钻头，刀具类型就选用锥柄麻花钻。这类钻头刀刃简单、工作方式可靠以及结构简单。Φ16的高速钢锥柄麻花钻刀具全长218mm，刃沟部120mm。其余三道工序的刀具详情见总的工艺规程卡片。2.4确定切削力、切削扭矩、切削功率根据自己选定和计算出的切削用量（切削速度v和进给量f），确定进给力（动力滑台和设计夹具），确定切削转矩（确定主轴、齿轮、传动轴等尺寸），确定切削功率（动力箱电机功率）。查表2.4得计算公式，代入上文确定的切削速度和进给速度得出切削力、切削扭矩以及切削功率的具体数值。表2.4组合机床切削力、切削转矩及切削功率计算公式工序内容刀具材料工件材料切削力F（N）切削转矩T（Nmm）切削功率P（KW）钻孔高速钢灰铸铁=26=10=布氏硬度：HB=HBmax－(HBmax－HBmin)（2.3） =241－(241－170)=217.33切削力：=26(2.4)=26×16××=2898.61N切削扭矩：=10(2.5)=10×××=13518.35N·mm切削功率：=(2.6)==0.347kw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(N·mm)V——切削速度（m/min）P——切削功率(kw)

组合机床总体配置3.1确定组合机床的配置型式和结构方案3.1.1被加工零件的加工精度前面也讲到了有粗精加工的时候最好要分开，因为粗加工产生的切削热和夹具的夹紧力对精加工不好，容易影响到零件最终的精度要求，但是加工螺纹孔的工艺路线是可以集中在一起的，原因有以下三点：在加工螺纹孔的工序中，需要的切削力及切削功率最大的就是Φ16的钻头钻底孔，但是产生的切削热还是相对较小的（下文有对切削力和切削功率的计算）钻—扩—倒角—攻，均可使用同一台组合机床进行加工，只需要更换不同的刀具，设置好切削速度和进给量就可以了加工工序的过程也不需要重新去选择定位和设计夹具，上述的定位和夹紧可以满足钻、扩、倒角、攻的加工要求。即使使用同样的夹具，也要在精加工前松开夹具对工件进行重新装夹。目的就是提高加工精度同时消除粗加工的夹压变形。3.1.2被加工零件的特点由于钻Φ16的底孔所需的切削力、切削功率、背吃刀量都是几道工序中最大的。因此设计的组合机床在可以满足钻Φ16孔的工序前提下，其余三道工序均可以满足加工要求。接下来就围绕公称直径为Φ16的孔进行组合机床的设计研究。此箱盖的材料为HT200，硬度为HB170~241，16个螺纹孔在零件上表面Φ400的圆周上均布，两个相邻孔之间的角度为22.5°。螺纹底孔的直径为Φ16mm，采用多孔同步加工，零件材料刚度足够。螺纹孔的中心线与定位基准平面垂直，并且定位基准面是水平的。孔的分布是在Φ400圆周上，并且工件的尺寸比较大，孔不能一次钻完，所以16个孔分两次加工，一次性钻8个孔。因此多轴箱体积较大，选尺寸的时候需要符合加工要求，组合机床的话选择立式单工位钻床。零件的生产纲领为年产五万件，为了提高工作效率，减少产品的生产周期则采用八轴头加工，最终决定设计的机床为八轴头单工位同步钻床。

3.2钻孔组合机床“三图一卡”的编制绘制组合机床的“三图一卡”包括：被加工零件工序图、加工示意图、机床尺寸联系图和编写生产效率卡。绘制图纸和编写卡片的基础就是零件的工艺和结构方案，“三图一卡”能够直观真实的反应机床的工艺内容、总体方案、大致的配置形式以及整体的结构尺寸。所以这一部分要认真编制，是组合机床设计的关键一步。3.2.1被加工零件工序图被加工零件工序图的作用和内容被加工零件工序图是根据已设计的工艺方案，表示工艺方案在一台组合机床上完成的工艺内容，包括加工部位的公称尺寸、制造精度、表面粗糙度及技术要求，加工时用的定位基准、夹具夹压的部位及被加工零件的材料、硬度、质量、毛坯的尺寸或未完成图纸情况的图样。工序图是组合机床设计的基础，在零件图基础上突出组合机床加工的工序内容，再加上必要的注释说明绘制而成。工序图是组合机床设计的基础之一，齿轮箱箱盖的被加工零件工序图如图3.1所示。图上的内容有以下几点：被加工零件的外型，主要轮廓尺寸和在组合机床上要加工的工序的尺寸、精度、表面粗糙度等技术要求，需要注意的是在组合机床加工这道工序的时候，在这道工序之前的工序的尺寸、粗糙度也要在工序图上标注出来。本工序需标注所选定的定位基准、夹紧的部位及夹紧方向，以便设计夹具机构。加工时如需要设置中间向导时，应该标准清楚所有临近中间导向的工件结构的尺寸大小以及二者之间的最近距离，方便检查工件、夹具、刀具之间是否存在相互干涉。被加工零件的名称编号、材料、硬度及被加工部位的切削余量等。绘制被加工零件工序图的注意事项为了使被加工零件工序图能够清楚表达，需要突出本工序的加工内容。绘制时需要按照一定的比例，画出足够的视图的剖视图，还有用粗实线加粗加工部位，并把零件轮廓及其它部位用细实线画出。在工序加工的时候，加工部位的尺寸及位置尺寸的下面需要画上一条粗实线，还有定位基准符号、辅助支撑符号以及夹压位置的符号等都需要在图上表示出来。如图2.2所示中16×M20工序的加工中，消除自由度的定位基准符号以及夹压位置在图上的表达可以清楚的看出。在工序加工的过程中部位的位置尺寸需要和定位基准有联系，为了方便加工及检查，有的时候定位基准与设计基准不一致，就需要对位置精度进行仔细分析换算成合适的标准以满足加工部位要求。图3.1被加工零件工序图3.2.2加工示意图加工示意图的作用和内容加工示意图能够直观的表达出工艺方案和机床总体方案，特别是工艺方案与加工示意图有直接的联系。刀具的排布以及零件与夹具、刀具的位置关系尺寸，机床的工作行程的数值及工作循环方式等，是刀具、夹具、多轴箱、电气控制系统、液压控制系统以及设计动力箱等动力部件的基础之一，而且加工示意图还能为组合机床整体的布局形式和性能提供帮助，也是调整机床和刀具所必备的技术文件。图2.3是齿轮箱箱盖上加工孔的加工示意图。在图上需要标出的内容有以下几点：[6]组合机床的加工方法，工序的切削用量，工作循环和工作行程。工件、刀具、导向套及多轴箱箱体之间的联系尺寸等。主轴的材料和大致结构，尺寸及悬伸量的大小；刀具类型，数量和结构尺寸、接杆、导向装置的怎么选择和大致尺寸；刀具与导向套之间的配合公差，刀具、接杆、主轴之间的连接方式以及是怎样配合的，刀具画加工终了位置即可。绘制加工示意图的注意事项加工示意图应该用剖视图的形式去表达，加工的部位和表面要画成粗实线，当加工表面、刀具、导向套、主轴、接杆的类型等尺寸大小完全一致的时候就只需要画一根出来表达就可以了，需要注意的是相邻的主轴、刀具、导向套是否干涉。主轴从多轴箱的端面开始算起，刀具要画到加工最终的位置。选择刀具、导向及相关计算刀具的选择：刀具选择应该考虑到零件的材料，工序的尺寸精度、要求的粗糙度、切屑怎么样排除及生产率要求等因素。刀具选择高速钢锥柄麻花钻，刀具全长218mm，刃沟部120mm，刀具的莫氏锥度为2号，与接杆相互配合。这里需要注意的是刀具的锥柄是插在接杆内部的，在绘制加工示意图的时候需要将这一部分在刀具的总长上减去。同时为了方便排屑以及刀具磨损了能够有一定的向前调整量，刀具在加工终了的时候螺旋槽尾端离导向套的外端有30~50mm距离。导向套的选择：导向套的作用就是对刀具有一个引导的作用，在刀具钻孔的时候插进导向套内，导向套提高了刀具钻孔的位置精度，保证了刀具有正确的位置，不会相互干涉，而且还提高了整体的刚度。所以正确的选择导向套对加工精度、粗糙度的保证具有重要的意义是绘制加工示意图必须要解决的问题。选择导向类型：根据工艺的要求，应该选择固定式的导向装置，因为这一类的导向装置通常用于钻、扩孔钻、铰刀或者镗杆的导向。而且精度较高，适合小孔的加工。用于刀具导向部分的直径为d=16mm刀具导向的线速度为v=12.56m/min。导向套的参数：导向装置可换导套与刀具相互配合，刀具是Φ16的锥柄麻花钻。所以可换导套的直径为d=16mm，根据d来选择相关的数据参数，短型导向套如图2.3所示：图3.2短型导向套

固定导向套的尺寸规格如下表：表3.1通用导向套的尺寸规格dLe＞15~18263539M8241022.5导向套一般由中间套、可换导套和压套螺钉三部分组成，刀具与可换导套、可换导套与中间套都是有配合的标准，因此查表得出各个部分的配合。固定式导套配合的选择如下表：表3.2固定式导套配合选择导向类别工艺方法dD钻头导向接杆导向固定导向钻孔G7g6选择刀具接杆：接杆的选择和刀具有关，选择的刀具是高速钢锥柄麻花钻，钻头的数据参数：刀具全长218mm，刃沟部120mm，锥柄角度为。锥柄麻花钻Φ16的莫氏锥柄号为2号，直径16mm刚好在这个范围内。对应的接杆也需要选择莫氏锥柄号为2号的接杆。为了方便锥柄与主轴的配合，根据表2.7选择直径为28mm的接杆。接杆的作用是调节加工的轴向长度，因为刀具的长度和主轴悬伸量都是定值。当加工的孔的深度和直径不一致的时候，为了使刀具能完成预定加工的目的。就需要接杆去调节轴向的长度，达到加工要求。本课题有关接杆的尺寸参数如下表：表3.3可调节接杆尺寸dh6d1h6d2L28Tr28×2莫氏二号17.78095425116图3.3A型—短接杆确定主轴类型、尺寸、外伸长度这里先简单计算一下主轴大致直径为多少，因为上文已经选出了接杆的尺寸大小，查表与之配合的主轴外径应该是D=40mm为，计算一下看看选的符不符合要求。轴的材料选用40Cr，其材料的剪切弹性模数G=81.0GPa，当主轴允许扭转角取ψ＝1／4（°／m）时，B取数值7.3，根据计算公式得dB=7.3×14mm(3.1)d—主轴直径（mm）T—主轴传递的转矩（N·mm）B—系数根据计算结果主轴得直径约为14mm，也就是说选得主轴只要直径大于14mm就是符合要求的，所以本次设计的主轴直径全部取40mm，主轴的外伸长度：L=100mm（立式15），为，主轴内孔的长度为85mm。确定加工示意图的大致尺寸刀具螺旋槽的尾端离导向套的外端面30~50mm，这里取个平均值40mm。导向套的宽度是34mm。导套至工件表面的距离是根据钻头直径来确定，加工材料为铸铁的时候，这个距离大致等于钻头直径，但是还可以在这个基础上加上5~35mm，这里取26mm。钻头加工的孔的深度是20mm。因此导向套在钻头上的位置可以确定下来。主轴内孔的长度是51mm，刀具锥柄插在导向套里的距离是58mm，这一部分需要在总长上减去。主轴依靠接杆选出，上文已经详细说明过了，这里就不重复解释，主轴的外伸长度是100mm。固定导向装置的布置大致尺寸的标注如图2.5所示。在加工示意图中其中最重要的尺寸就是工件加工表面到多轴箱端面的距离（设计的距离是284mm），这段距离为：刀具总长度、主轴外伸长度与接杆伸出长度（可调）之和，减去加工孔的深度以及刀具锥柄插在接杆孔内的长度。图3.4固定导向装置的布置标注切削用量各个主轴的切削用量要标注在对应主轴的后端，内容包括：主轴的钻速n、刀具的切削速度v、每转的进给量f和每分钟的进给量（滑台的工进速度，因为在同一个主轴箱上每根主轴每分钟进给量一致）。n=，，f=0.2，。动力部件工作循环及行程的确定动力部件的加工循环的意思是指在加工的过程中，动力部件从最开始的位置运动到终点位置为止，然后又返回到最开始的位置。中间的过程一般包括：快速引进、工作进给、快速退回。有的时候根据工艺加工要求还设置中间停止、多次重复的进给、跳跃进给、死挡铁停止等加工要求。图3.5工作进给长度工进：工进的长度，应该等于加工孔的深度与切入长度和切出长度之和。加工孔的深度是20mm，切入的长度一般取5~10mm，这里取的值为8mm。因为加工的孔不是通孔，所以没有切出长度，因此切出长度为0mm。=8+20=28mm。快退：在钻孔机床夹具固定或者镗孔的机床上，动力部件快速退回的行程是刀具退回到固定导套，不影响工件的装卸就可以了。这里根据实际的情况，考虑到刀具与工件表面的距离，取快退为63mm快进：快进长度等于快退长度减去工进长度，=63-28=35mm，所以快进的长度为35mm。3.2.3机床联系尺寸总图机床尺寸图的作用和内容机床联系尺寸图是在被加工零件工序图和加工示意图的基础上绘制出来的，组合机床说白了就是一堆通用部件加上专用部件组合而成的。根据自己的加工工艺、零件的尺寸大小、加工时钻头所需要的功率以及选择符合切削力标准的通用部件。这些部件组合在一起就成为了组合机床。组合机床的优势就体现在这一方面，模块化方便组合，根据需求随意搭配，机床研制周期短，符合绝大部分零件的工艺要求。画出机床尺寸联系图的目的也是用来清楚的反映出机床的配置型式、主要的结构、各个部件安装的位置、相互之间的关系，怎么运动的、怎么操作的都可以清楚的表达出来。还可以用来检验各个部件的之间的尺寸距离是否符合加工的要求，而且为夹具和多轴箱的设计提供依据。机床尺寸联系图可以看作是机床的简略图。由此图判断机床大致面积、操作方式等符不符合用户现场的使用需求。[6]注意事项：需要使用两个或者两个以上的视图来表达，要使用同一比例绘制各个部件的大致轮廓尺寸及位置信息，表明机床的基本加工型式（立式组合机床）完整的反应各个部件的尺寸联系和配合的关系，表明滑台运动的极限位置，给定合理的工作循环行程及前后行程备量等标注所选通用部件的规格名称，电动机的型号及参数等选择合适的动力滑台根据滑台驱动是液压还是机械，需要的进给力、加工时的速度、最大行程的距离等因素，合理的考虑滑台的选择。对比机械滑台和液压滑台选择的是1HY系列的液压滑台轴向进给力的计算根据公式2.4计算出单根主轴的进给力为2898.61N，因此滑台需要总的进给力为：=∑=8×2898.61=23188.88N(3.2)因为每根主轴加工的孔都是一致的，又有八根轴，所以累加起来就可以了，因此滑台选择时，滑台额定的进给力需要大于计算结果。计算进给速度液压滑台在工作时的进给速度是限制在一定的范围内，在此范围内可以进行无级变速。对于确定了切削用量的液压滑台来说在工作状态下的进给速度要大于其最小工作进给速度的倍，本次加工工艺中液压滑台的工进速度等于主轴每分钟的进给量，=250×0.2=50(3.3)选定滑台行程滑台行程的选择首先需要满足加工的要求，即满足工作行程。前备量的作用：动力部件有一定的空间可以向前移动，以弥补机床工作时刀具磨损造成的误差，可以有空间向前调整。后备量的作用：方便拆下刀具，让动力部件有向后移动的空间。根据要求选定的动力箱、滑台、侧底座等有标准尺寸的部件之间的位置关系，因此滑台的前备量取20mm，后备量取40mm。滑台总的行程要大于前备量、后备量及工作行程。=123mm综上所述液压滑台选择1HY50系类，1HY50、1HY50M、1HY50G中行程最小的是1HY50有400mm，符合行程要求。1HY50的最大进给力为32000N，也符合轴向进给力的要求。滑台的工进速度在10~350之间，快速移动速度为6.3，因此滑台确定为1HY50A。与之配合的立柱选择1CL50。立柱侧底座选择1CD501。动力箱的选择动力箱的规格要和滑台相匹配，动力箱的驱动功率是根据多轴箱所需要的切削功率来选用，在不需要正确计算出多轴箱的具体功率或者多轴箱并未设计出来之前，可以按照下面的公式简单的估算判断一下：式中——各个主轴消耗的功率总和，单位KW；计算公式见上文η———多轴箱的传动效率，加工黑色金属的时候取0.8~0.9，加工有色金属取0.7~0.8，主轴越多的时候，传动效率就越低，系数就取小值，反之取大值。KW(3.4)注：加工的材料为HT200，主轴有8根，所以η取0.8动力箱与滑台之间也有尺寸联系，上文中选择的滑台台面长度为1000mm，所以在选动力箱的时候注意动力箱的滑鞍长度，在满足功率的前提下，最好是相互一致的。这里选择的动力箱为1TD50—Ⅱ型，电动机型号为Y132—6，功率4KW＞3.481KW，电动机转速为960，输出转轴速480。工作台的选择因为工件的尺寸为1270×540×123mm，夹具肯定会比工件要再大一些，所以工作台的尺寸需要大于夹具的尺寸，查表初定工作台的液压滑台选择1HY80与之配套的滑台侧底座选择1CC631Ⅱ型，其在长度和宽度的尺寸都满足夹具的要求。因此选择合理。工件的安装高度是指安装基础面与地面的垂直距离，以工人安装方便或者便于拆卸为原则，设定合理的机床装料高度。液压滑台的高度为450mm，滑台侧底座为630mm，夹具的高度为20mm。所以总的装料高度为1110mm。确定多轴箱的尺寸标准的多轴箱厚度是有尺寸的，以钻孔、镗孔为例，卧式机床多轴箱厚度为325mm，立式机床多轴箱厚度为340mm，因此在厚度尺寸上立式机床取340mm。关于多轴箱的尺寸只要是明确其宽度H和高度B以及最低主轴高度。如图2.7多轴箱轮廓尺寸确定，被加工零件的轮廓以细点画线表示，孔以及多轴箱轮廓用粗实线显示。多轴箱的宽度B、高度H与加工孔的分布位置有关，大致可按下列公式约算：(3.5)(3.6)式中b——宽度方向上最远的两个孔之间的距离——最边缘的孔至箱体外壁的距离h——高度方向最远两个孔之间的距离——最低的孔至箱体外壁的距离b和h都是知道的尺寸，为了保证箱体内有足够的空间安装齿轮，建议＞70~100mm。最低主轴需要综合来考虑，考虑到加工的形状为圆形，建议＞85~140mm。综上所述，多轴箱的厚度为340mm，宽度和高度取标准值630mm，B=630、H=630。主轴箱轮廓尺寸：。图3.6多轴箱轮廓尺寸确定

3.2.4机床生产率计算卡生产率计算卡能够表达出机床生产的节奏、实际的生产效率以及切削用量、每步动作时间、生产纲领、负荷率等之间关系的技术文件。依据加工示意图确定的工作循环方式和切削用量，就可以计算出机床的生产率并编制生产率计算卡。零件年产值五万件，双班制生产。理想生产率（）是指完成每年的生产纲领A（）所要求的总生产率，它与一整年的总工时有关，一般状况下，双班制的是2350h，双班制取4600h，则(3.7)（）指组合机床每小时生产的零件数量。即(3.8)式中——生产一个零件要的时间（min），可以按照下列公式计算：式中——刀具第Ⅰ、Ⅱ工作进给的长度，单位mm——刀具第Ⅰ、Ⅱ工作进给量，单位——加工孔时，滑台在死挡铁上停留的时间，通常为加工完的时候无进给状态下旋转5~10下所需要的时间，单位——是刀具快进、快退的行程——动力部件（液压滑台）的行程速度，取3~10——移动或回转工作台，进行工位转换的时间，通常取0.1min——取决于设备的智能化程度及工人的熟练度，通常为0.5~1.5min刀具的工进距离为28mm、快进为35mm、快退为63mm。上文计算=50，取刀具空转10r的时间，刀具的转速为250，查表得液压滑台1HY50A的行程速度为6.3，取1.5min，则(3.9)==2.22min上文设计主轴箱的时候就提到过，钻16个孔是分成两步的，一次性钻八个孔，钻两次就可以得到想要的零件尺寸。所以加工出这道工序的时间，是计算时间的二倍，所以=4.44min根据计算得，则实际生产率能够满足理想生产率的要求，选定的切削用量和设计方案符合要求。机床负荷率当时，机床的负荷率是两者之比。即=(3.10)组合机床一般负荷率为0.75~0.9之间，计算结果为0.805在合理的范围之内，生产效率计算卡如表3.4所示

表3.4生产效率计算卡被加工零件图号毛坯种类铸件名称装载机齿轮箱箱盖毛坯重量材料HT200硬度HB170-241工序名称钻孔工序号90序号工步名称工作行程（mm）切削速度（m·min-1）进给量（mm·r-1）进给速度（mm·min-1）工时（min）工进时间辅助时间1安装工件0.52工件夹紧0.253Y轴前进579.5100000.0574Y轴暂停0.6165Z轴快下3563000.0066Z轴工进（钻孔）2812.560.2500.567Z轴暂停0.048Z轴快退6363000.019Y轴快退579.5100000.05710工件松开0.2511卸下工件0.51、主轴转速250r/min2、需要加工两次才能加工完一个工件3、算出的工时是总工时的一半累计0.561.67单件总工时2.23min实际生产率10.87件/h理论生产率13.51件/h负荷率80.5%4.多轴箱的设计大型通用的多轴箱一般由通用零件组成，如箱体、主轴、、齿轮以及一些附加的机构组成。在多轴箱的内部腔室可以装下两排宽的齿轮或者三排宽的齿轮，箱体的后壁也可以安装下一至两排的齿轮。绘制多轴箱总图时，运用点划线表示齿轮的节圆，标注齿轮的齿数及其模数，齿轮啮合相切的位置用罗马数字标注，表示齿轮在哪一排。标注各轴的轴号及主轴、驱动轴、液压泵轴的转速和转向。轴、轴承、齿轮等组件只画轴线上边或者下边的一半，对结构完全相同的轴组件只画一根，在轴端标注相应的轴号，在图形的另外一侧也需要用箭头标明齿轮所在的排数。本次设计的多轴箱是钻孔多轴箱，钻孔主轴的轴承选用，前支撑为推力球轴承和向心球轴承组合在一起、后支撑为向心球轴承或者圆锥滚子轴承。推力球轴承设置在前端可以承担单方向的轴向力、因此适合钻孔主轴用。主轴、传动轴、液压泵轴、齿轮都可以在谢家瀛主编的《组合机床设计简明手册》里找到相应的装配尺寸和型号，后期需要对齿轮、轴等组件进行强度校核看选用的组件符不符合工作要求即可。4.1多轴箱原始依据图的绘制图4.1多轴箱设计原始依据图多轴箱的原始依据图是根据“三图一卡”设计的，其主轴的排布都是根据加工孔的位置来设定，需要跟加工工艺联系起来。主轴的工序内容、切削用量、主轴尺寸、动力部件的型号、数据参数如下表2.9所示：表4.1主轴外伸尺寸及切削用量轴号主轴外伸尺寸工序内容切削用量D/dLN（r/min）V(m/min)f(mm/r)(mm/min)1-840/28100钻Φ1625012.560.250注：1.被加工零件名称：装载机齿轮箱箱盖。材料和硬度：动力部件1TD50Ⅱ、、功率。4.2多轴箱所需的动力计算多轴箱的动力计算包括两个部分，即所需的功率还有进给力，多轴箱的传动系统大致拟定了后，所需的功率按照下列公式进行计算：kw(4.1)式中——切削功率，单位kw——空转功率，单位kw——与负荷成正比的功率损失，单位kw主轴的切削功率由上文通过计算得出数据，每根轴的空转功率通过表2.10查出数据，每根轴的功率损失取传动功率的1%即可。表4.2轴的空转功率转速轴径15202530402500.0100.0180.0280.0420.047多轴箱的进给力=23188.88N上文已经计算过了，选择的动力滑台进给力为32000N，远大于计算的数值。4.3多轴箱的传动设计多轴箱的传动设计是依据动力箱驱动轴的位置和转速、各个主轴的位置及转速要求，设计出来的传动设计，把传动轴和主轴联接在一起，使得主轴获得获得预定的转速和转向。4.3.1多轴箱各个轴的位置坐标根据多轴箱原始依据图画出驱动轴、主轴、油泵轴的坐标位置。如下表所示：表4.3各轴的位置坐标定位销钉驱动轴0主轴1主轴2主轴3主轴4X-2650-39.02196.1639.02-196.16Y0169.5481.65324.5189.34246.48坐标定位销钉.传动轴主轴5主轴6主轴7主轴8X-2650111.11166.29-111.11-166.29Y0285.5451.79174.38119.23绘制传动系统图传动系统图是表达箱体内齿轮传动关系是示意图，用传动系统图能够明确的表达出驱动轴、各个主轴以及液压轴的联接关系，传动示意图绘制在多轴箱轮廓内部，因为设计的是立式多轴箱所以无需油盘。本次加工的工序是圆周上均布的16个孔，在保证主轴刚度、强度符合要求的前提下尽量用一根中间传动轴带动多根主轴，将齿轮布置在同一排上，要是齿轮的中心距不符合要求就需要重新调整，将齿轮分为两排或者三排。本次设计的多轴箱就是一根传动轴带动八根主轴，为了使整体的结构合理，将八根轴分为两排去传动，意思就是轴之间啮合的齿轮分为两排进行传动，因为考虑到箱体的尺寸，主轴的上的齿轮尺寸尽量选的小一些，所以由传动轴至主轴的为升速传动比。液压泵轴直接与中间的传动轴联接在一起，叶片液压泵在两根主轴之间，叶片泵的尺寸符合装配要求，不会干扰到齿轮与轴的转动。液压泵轴抽出的油最好浇在齿轮啮合的点，液压泵轴的齿轮安排在第一排方便维修。传动系统图如下图4.3所示。图4.2传动系统图图中多轴箱腔体内放两排32mm宽的齿轮，前排齿轮离箱体前壁为4.5mm，后排齿轮离箱体后壁9.5mm，传动轴齿轮和驱动轴齿轮啮合在后盖第Ⅲ排处。在图中标注出齿轮的相互啮合的排数、齿轮的齿数和模数、轴的轴号、轴的转速等。另外，还需要检查同排的非啮合齿轮齿顶是否相互干涉。

5.传动零件的设计与校核5.1传动轴的设计与校核主轴的类型和直径、取决于加工工艺、刀具与主轴的联接结构、刀具所需的进给力和切削力以及扭矩大小。钻孔选用滚珠轴承主轴，主轴的直径在加工示意图部分的时候就初步选定了，传动轴的直径根据主轴的直径也可以初步选定，后期通过计算校核符不符合要求即可。根据公式2.5得出每根主轴的切削扭矩为13518.35，根据经验得中间传动轴的直径取50mm，中间的传动轴承受的总扭矩是最大的轴，由它驱动的有1-8所有主轴和液压泵轴9。主轴扭矩：=8×13518.35=108146.8N·mm液压泵轴的扭矩：查得R12-1A液压泵的最高压力为0.3MPa、排量为5.88ml/r。假设在理想无泄漏状态，即：(5.1)式中：P——液压泵的压力N/㎡q——液压泵的排量m3/sT——输入扭矩N·m——输入角速度rad/s单位换算：P=0.3MPa=0.3×106Pa=30=q=5.88×0.5=2.94ml/r=2.94×m3/s(5.2)=2×3.14×0.5(5.3)=3.14rad/s代入公式：2.94××0.3×106=3.14解得：T9=3560N·mm=T/i+T9/i(5.4)=108146.8/2.37+3560/3.5=46648.7N·mm根据d=B=2.316×=34.036mm<50mm因此传动轴所能承受的扭矩是符合选择要求的。5.2齿轮模数、齿数的确定与校核5.2.1齿轮模数齿数的确定齿轮模数m可以根据下式简单估算：(5.5)式中——齿轮传递的功率（电动机Y132-6功率4KW）——一对齿轮中小齿轮齿数n——小齿轮的转速，单位[6]所以多轴箱输入轴的齿轮模数取4。其余的齿轮也因为加工零件的尺寸过大，为了减少齿数也要取4，所以在整个多轴箱箱体内的齿轮模数均取的是4。同一个模数有利于多轴箱的内部结构设计简单。图5.1齿轮的最小壁厚为了保障齿轮齿根部强度符合要求，应使齿根处到孔壁或键槽的厚度，动力箱驱动轴的直径为d=45mm[6]，由《画法几何及机械制图》得出齿轮键槽的配合尺寸，如图2.9所示齿轮mm时，当时。驱动轴上最小的齿轮齿数为：(5.6)所以驱动轴上选的齿数要大于等于19.65为了使多轴箱的结构趋向简单，与驱动轴联接的传动轴直径取50mm.当，d=50mm时，齿轮t=53.8mm。传动轴上最小齿轮齿数为：所以传动轴上的齿轮齿数要大于等于20.9主轴1-8都由同一根传动轴带动钻孔，上文在加工示意图中选取的主轴悬伸出来的直径为40mm，查书得出多轴箱箱室内的直径为25mm当，d=25mm时，齿轮t=28.3mm。主轴上最小齿轮齿数为：所以主轴上的齿轮齿数要大于或者等于14.4多轴箱为了设计简单所有的齿轮的模数均取，主轴1-8由传动轴上的齿轮带动，传动轴上安装两个宽为32mm的齿轮，一个齿轮带动四根主轴。所有主轴要求的转速一致均为250，依据传动系统图先降速再升速以达到主轴的转速要求。动力箱驱动轴的转速为150，驱动轴上齿轮的齿数为24，与传动轴联接的齿轮齿数为34。所以传动轴的转速为:(5.7)106所以从驱动轴至传动轴为降速，降速的传动比为1.41。传动轴的转速计算出来为106。液压泵轴的直径为20mm，主轴上的齿轮齿数为20，与之联接的传动轴的齿轮齿数为70。=30由于前面选取了主轴传动部分的直径为25，齿轮齿数为30，与之联接的传动轴的齿轮齿数为70显然是升速传动，传动轴的转速为106，主轴的转速为250，经计算传动比为通用的齿轮有三种，即传动齿轮、动力箱齿轮以及电机齿轮。选取的齿轮均是在这三种齿轮中选取尺寸。齿轮的材料都为45钢，热处理为齿部高频淬火G54。本次设计的多轴箱齿轮的选用按照下表所示：表5.1多轴箱齿轮一览表齿轮种类宽度（mm）齿数模数（mm）孔径（mm）驱动轴齿轮3224445传动轴齿轮32（Ⅱ型）3470450主轴齿轮3230425液压轴齿轮12204205.2.2齿轮的校核多轴箱中驱动轴上的齿轮是需要着重考虑的，其承受载荷最大、是最易受损的。对此齿轮进行接触疲劳强度和弯曲疲劳强度的校核。齿轮的材料为45钢，表面淬火，布氏硬度HB=229～286，平均值取240HB。设使用寿命10年。齿轮Z=24、传动轴上Z=34、宽度均为B=32mm，传动比i=1.41注：在校核计算的过程中所要见的表和图在《机械设计》一书中，邱宣怀等编著，2003年高等教育出版社。校核计算：接触疲劳极限бHlim由参考文献[15]图12.17c得бHlim=410MPa齿轮的圆周速度vv===0.754m/s精度等级选9级精度使用系数KA由参考文献[15]表12.9得KA=1.1动载系数KV由参考文献[15]图12.9得KV=1.24齿间载荷分配系数KHα由参考文献[15]表12.10先求Ft=2T/d=2×108146.8/96=2253.06N(5.8)KAFt/b=1.1×2253.06/32=77.4N/mm<100N/mm(5.9)εα=[1.88－3.2×(+)]cosβ(β=0)=1.88－3.2×(+)=1.65(5.10)Zε===0.89由此得KHα===1.26(5.11)齿向载荷分布系数KHβ由参考文献[15]表12.11知KBβ=A+B[1+0.6·（）×2]（）×2+C·10-3b(5.12)=1.17+0.16×[1+0.6×(32/96)×2]×(32/96)×2+0.61×10-3×32=1.34载荷系数KK=KAKVKHαKHβ(5.13)=1.1×1.24×1.26×1.34=2.3弹性系数ZE由参考文献[15]表12.12ZE=189.8节点区域系数ZH由参考文献[15]图12.16（X1X2）/(Z1Z2)=0.005ZH=1.12接触最小安全系数SHmin由参考文献[15]表12.14SHmin=1.25总工作时间thth=10×365×8×0.39=11481.6h(5.14)应力循环次数NL1=60γnth=60×3×150×11481.6=3.1×108NL2=60γnth=60×1×106×11481.6=0.73×108(5.15)接触寿命系数ZN由参考文献[15]图12.18ZN1=1.14ZN2=1.24许用接触应力[σH][σH1]===373.92MPa(5.16)[σH2]===406.7MPa验算σH=ZE·ZH·Zε(5.17)=189.8×1.12×0.89×=359.95MPa<373.92MPa计算表明：接触疲劳强度是合适的，齿轮尺寸不需要调整。齿根弯曲疲劳强度验算重合度系数YεYε=0.25+0.75/εα=0.25+0.75/1.65=