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双面卧式攻丝组合机床设计（减速器箱盖后面螺纹） 1 目录 第 1 章 绪论2 1.1 本课题的研究背景及意义.2 1.2 本课题国内外研究概况3 1.3 本论文的主要工作及结构4 第 2 章 组合机床的总体设计5 2.1 组合机床工艺方案的拟定.5 2.2 确定组合机床工艺方案的基本原则.5 2.2.1 组合机床工艺方案的基本原则.5 2.2.2 备注5 2.2.3 组合机床工艺方案的拟订6 2.2.3.1 分析、研究加工要求和现场工艺6 2.2.3.2 定位基准和夹压部位的选择6 2.3 确定组合机床配置型式及结构方案应考虑的问题.6 2.4 工艺规程.7 2.5 加工工序图.7 2.6 加工示意图.8 2.6.1 技术分析9 2.6.2 刀具的选择9 2.6.3 攻丝靠模装置选择9 2.6.4 切削用量的选取.10 2.6.5 确定主轴类型、尺寸、外伸长度10 2.6.6 选择接杆、浮动卡头11 2.6.7 动力部件工作循环及行程的确定11 2.7 机床联系尺寸图.12 2.4.1 机床联系尺寸图作用和内容.12 2.7.2 绘制机床尺寸联系总图之前应确定的内容.12 2.7.3 机床分组14 2.8 机床生产率计算卡.15 第 3 章 多轴箱设计17 3.1 多轴箱的组成及表示方法17 3.1.1 多轴箱的组成17 3.1.2 多轴箱总图绘制方法特点17 3.2 多轴箱通用零件.17 3.2.1 通用箱体类零件18 3.2.2 通用主轴、通用传动轴、通用齿轮和套18 3.3 绘制多轴箱设计原始依据图.18 3.4 主轴、齿轮的确定及动力计算.19 3.5 多轴箱传动系统设计.22 3.6 多轴箱坐标计算检查图.27 第 4 章 夹具设计32 4.1 组合机床夹具概述.32 4.2 定位支承系统.32 福州大学本科毕业设计 2 4.3 夹紧机构.33 4.4 夹紧力计算.34 第 5 章 结论与展望36 第 6 章 谢辞38 第 7 章 参考文献39 全套图纸，加全套图纸，加 153893706153893706 双面卧式攻丝组合机床设计（减速器箱盖后面螺纹） 3 第第 1 1 章章 绪论绪论 1.1 本课题的研究背景及意义 随着现代化工业技术的快速发展，特别是随着它在自动化领域内的快速发 展，组合机床的研究已经成为当今机器制造界的一个重要方向，在现代工业运 用中，大多数机器的设计和制造都是用机床大批量完成的。现代大型工业技术 的飞速发展，降低了组合机床的实现成本，软件支持机制也使得实现变得更为 简单，因此，研究组合机床的设计具有十分重要的理论意义和现实意义。 在工业高速发展的现代化浪潮中，各种机械设计和制造业中，组合机床的 应用越来越广泛，越来越转化为生产力，从这个意义上讲，对组合机床的研究 具有重要的现实意义。组合机床是根据工件加工需要，以通用部件为基础，配 以少量专用部件组成的一种高效专用机床。组合机床是按系列化标准化设计的 通用部件和按被加工零件的形状及加工工艺要求设计的专用部件组成的专用机 床。由于通用部件已经标准化和系列化，可根据需要灵活配置，从而缩短了设 计和制造的周期，因此，组合机床兼有低成本和高效率的优点，在大批、大量 生产中得到了广泛的应用，并可用以组成自动生产线。 总体方案的设计主要包括制定工艺方案（确定零件在组合机床上完成工艺 内容及加工方法，选择定位基准和夹紧部位，决定工步和刀具种类及其结构形 式，选择切削用量等） 、确定机床配置形式、制订影响机床总体布局和技术性能 的主要部件的结构方案。总体方案的拟定是设计组合机床最关键的一步。方案 制定得正确与否，将直接影响机床能否达到合同要求，保证加工精度和生产率， 并且结构简单、成本较低和使用方便。对于同一加工内容，有各种不同的工艺 方案和机床配置方案，在最后决定采用哪种方案时，必须对各种可行的方案作 全面分析比较，根据工件的加工要求和特点，按一定的原则、结合组合机床常 用工艺方法、充分考虑各种影响因素，并经技术经济分析后拟订出先进、合理、 经济、可靠的工艺方案。 在组合机床诸多零件中，多轴箱和夹具与组合机床密切相关，是组合机床 的重要组成部件。它是选用通用零件“按专用要求设计的，所以是组合机床设计 过程中工作量较大的零部件，就多轴箱设计来说，工作量主要集中在传动系统 福州大学本科毕业设计 4 的设计上，轴的设计必须保证各轴的转速、旋向、强度和刚度，而且应当考虑 有无让刀，有无调位机构等。 夹具是组合机床的重要组成部件，是根据机床的工艺和结构方案的具体要 求而专门设计的。它是用于实现被加工零件的准确定位，夹压，刀具的导向， 以及装卸工件时的限位等作用的。组合机床夹具和一般夹具所起的作用看起来 好象很接近，但是其结构和设计要求却有着很显著的甚至是很根本的区别。组 合机床夹具的结构和性能，对组合机床配置方案的选择，有很大的影响。 因此，本课题基于使设计出的机床结构简单、使用方便、效率高、质量好 提出的要求，着重选择最佳的工艺方案，合适地确定机床工序集中程度，合理 地选择组合机床的通用部件，恰当的组合机床的配置型式，合理地选择切削用 量，以及设计高效率的夹具、工具、刀具及主轴箱就是本次设计主要内容。具 体的工作就是要制定工艺方案，进行机床结构方案的分析和确定，进行组合机 床总体设计，组合机床的部件设计和施工设计，使其具有工程意义，实现其在 实际应用中的价值。 1.2 本课题国内外研究概况 近 20 年来，组合机床自动线技术取得长足进步，自动线在加工精度、生 产效率、利用率、柔性化和综合自动化等方面的巨大进步，标志着组合机床自 动线技术发展达到了高水平。自动线的技术发展，刀具、控制和其他相关技术 的进步，特别是 CNC 控制技术发展对自动线结构的变革及其柔性化起着决定性 的作用。随着市场需求的变化，柔性将愈来愈成为抉择设备的重要因素。因此， 组合机床自动线将面临由高速加工中心组成的 FMS 的激烈竞争。 组合机床是一种专用高效自动化技术装备，目前，由于它仍是大批量机械 产品实现高效、高质量和经济性生产的关键装备，因而被广泛应用于汽车、拖 拉机、内燃机和压缩机等许多工业生产领域。其中，特别是汽车工业，是组合 机床最大的用户。如德国大众汽车厂在 Salzgitter 的发动机工厂，在大批量生 产的机械工业部门，大量采用的设备是组合机床。因此，组合机床的技术性能 和综合自动化水平，在很大程度上决定了这些工业部门产品的生产效率、产品 质量和企业生产组织的结构，也在很大程度上决定了企业产品的竞争力。 现代组合机床和自动线作为机电一体化产品，它是控制、驱动、测量、监 控、刀具和机械组件等技术的综合反映。近 20 年来，这些技术有长足进步，同 时作为组合机床主要用户的汽车和内燃机等行业也有很大的变化，其产品市场 寿命不断缩短，品种日益增多且质量不断提高。这些因素有力地推动和激励了 组合机床的不断发展。 组合机床是由大量的通用部件和少量的专用部件组成且工序集中的高效专 双面卧式攻丝组合机床设计（减速器箱盖后面螺纹） 5 用机床.由万能机床和专用机床发展而来.由于组合机床工序的高度集中，即在 一台机床上可同时完成一种或几种不同工序加工，因此适应了产量大、精度高 的生产要求，并且克服了万能机床结构复杂、劳动强度大、生产效率低、精度 不易保证的缺点，以及专用机床通用性差、不适应现代技术迅速发展、产品经 常更新的要求.所以，组合机床及其自动线已广泛应用到汽车、柴油机、电动机、 仪器仪表以及军工产品等的生产上，并显示出巨大的优越性。 1.3 本论文的主要工作及结构 本次设计工作将设计一台双面卧式攻丝组合机床（减速器箱盖后面螺纹） 。 因此，目的是使设计出的机床结构简单、使用方便、效率高、质量好。从而选 择最佳的工艺方案，合适地确定机床工序集中程度，合理地选择组合机床的通 用部件，恰当的组合机床的配置型式，合理地选择切削用量，以及设计高效率 的夹具、工具、刀具及主轴箱就是本次设计主要内容。具体的工作就是要制定 工艺方案，进行机床结构方案的分析和确定，进行组合机床总体设计，组合机 床的部件设计和施工设计。 摘要部分，指出了本课题的研究概况，本课题的研究方法，第 1 章是绪论， 主要介绍了本课题的研究背景及意义，指出本课题在国内外的研究概况，并给 出了本论文的主要工作及结构。 第 2 章是本论文的主体部分，主要给出了本次课题研究即攻减速器箱盖后 面螺纹的双面卧式攻丝组合机床的总体设计。 在接下去的几个部分分别给出了通过本课题的研究之后得出的结论，并对 此方向的课题进行展望，表达了对学院老师特别是导师的感谢，给出完成本论 文所需要的参考文献，最后，附上相关的设计图纸 7 张,及一张生产效率卡。 福州大学本科毕业设计 6 第第 2 2 章章 组合机床的总体设计组合机床的总体设计 2.1 组合机床工艺方案的拟定 工艺方案的拟订是组合机床设计的关键一步。因为工艺方案在很大程度上 决定了组合机床的结构配置和使用性能。因此，应根据工件的加工要求和特点， 按一定的原则、结合组合机床常用工艺方法、充分考虑各种影响因素，并经技 术经济分析后拟出先进、合理、经济、可靠的工艺方案。 2.2 确定组合机床工艺方案的基本原则 2.2.1 组合机床工艺方案的基本原则 1粗精加工分开原则 粗加工的切削负荷较大，切削产生的热变形、较大 夹压力引起的工件变形以及切削振动等，对精加工工序十分不利，影响加工尺 寸精度和表面粗糙度。因此，在拟订工件一个连续的多工序工艺过程时，应选 择粗精加工工序分开的原则。 2工序集中原则 组合机床运用多刀集中在一台机床上完成一个或多个工 件的不同表面的复杂过程，从而有效的提高生产率。因此，在拟订工艺方案时， 在保证加工质量和操作维修方便的情况下，应适当提高工序集中程度，以便减 少机床台数、占地面积和节省人力，取得理想的效益。本机床由于螺纹孔直径 较小，精度较高，要求主轴和机床刚度较好，所以工序应集中，并且十个孔的 相对位置精度要求较高所以工序集中加工。通过丝锥对孔进行一次性加工，从 而保证精度，质量，生产率。 2.2.2 备注 攻丝机床都是借助电动机正转进行攻丝，加工完了电动机反转使丝锥退出 工件。电动机的反向和停止是由攻丝行程控制机构来操纵的。为了确保攻丝电 动机的可靠反向和停止，在电气控制系统设计上，除了一般动作控制信号外， 还必须增设互锁保险开关。为了在丝锥退回原位电动机能及时停止，不因惯性 转动造成丝锥超程，破坏攻丝机构的原位状态，在电动机停转时，一般应采用 刹车机构以制动。当一个主轴箱上攻丝主轴少于 8 根时可以不用。对特大的攻 丝主轴箱有时还应设置两个或更多的刹车机构，以确保可靠的制动。本设计的 主轴箱的主轴只有 6 根，所以不需要 双面卧式攻丝组合机床设计（减速器箱盖后面螺纹） 7 2.2.3 组合机床工艺方案的拟订 2.2.3.1 分析、研究加工要求和现场工艺 根据分析、研究被加工零件减速器箱盖两端面螺纹孔，在箱体上分别加工， 技术要求及生产纲领。深入现场调查分析零件（或同类零件）的加工工艺方法， 定位和加紧，所采用的设备、刀具及切削用量，生产率情况及工作条件等方面 的现行工艺资料，以便制定出切合实际的合理工艺方案。 2.2.3.2 定位基准和夹压部位的选择 1由于实行多刀加工，切削负荷大，工件受力方向变化，加工零件为箱体， 所以采用一面两销定位，上面夹紧。 2组合机床的工艺方法及所能获得的加工精度；表面粗糙度和形位精度。 表 1-1 所列是组合机床加工螺纹孔的典型工艺过程。 表 1-1 螺纹孔加工典型工艺过程 螺纹孔类别工艺过程 一般紧固螺纹孔钻底孔，倒角，攻丝 较高精度螺纹孔钻底孔，扩至底孔尺寸，倒角，攻丝 在攻丝前最好在孔口倒角，以使丝锥容易进入空中，有利于准确的保证攻 丝深度。攻丝一般都采用一个工步一次加工出需要的深度。但当螺纹孔较深时， 可以利用二次进给的方法来攻丝。第一次攻到一段距离后，丝锥反转退回，但 不全部退出工件，然后丝锥又正转攻进，一直到需要的深度。这样可以减少因 切削阻塞使扭力矩增大，甚至使丝锥折断。这种分两次攻丝的进给运动，也是 通过特殊的攻丝行程控制机构自动控制的。其工作原理与通用的攻丝行程控制 机构类似。亦可以在通用的攻丝行程控制机构上增加两个行程开关和挡铁来实 现。 2.3 确定组合机床配置型式及结构方案应考虑的问题 根据工件的特点、工艺要求、生产率要求及工艺方案等，可大体确定采用 哪种基本配置型式的机床。配置方案不同对机床的复杂程度、通用化程度、结 构工艺性、加工精度、机床重新调整的可能以及经济性等都有不同的影响。因 此，确定机床配置型式和结构方案时应考虑以下主要问题。 在确定机床配置型式和结构方案时，首先要考虑如何稳定地保证零件的加工精 度。影响加工精度的主要因素有夹具误差和加工误差两方面。夹具误差：一般 精加工的夹具公差为零件公差的 1/31/5。固定式夹具单工位组合机床可达到 福州大学本科毕业设计 8 的加工精度很高。 2.4 工艺规程 工序 10：粗铣机盖下底面 工序 20：铣机盖上窥视孔表面 工序 30：半精铣、精铣机盖下底面 工序 40：粗铣机盖主轴孔附近凸台 工序 50：在机盖上底面左侧钻孔 2-11 惚孔 2-24 工序 60：在机盖底面右侧钻 2 个 7.8 孔，在左侧钻一个 7.8 孔 工序 70：攻机盖底面右侧的 M10-H7 的螺纹孔 工序 80：钻 100+0.0350与 80+0.0300（不到尺寸） 工序 90：镗主轴孔 100+0.0350与 80+0.0300（不到尺寸） 工序 100：精镗主轴孔 100+0.0350与 80+0.0300 工序 110：钻 6-13 惚平 30 的螺栓孔 工序 120：精铣机盖主轴孔附近凸台 工序 130：在组合机床上分别在机盖前后端面上钻 12-6.8 的孔 工序 140：在组合机床上分别在机盖前后端面上攻 12-M8-7H 的螺纹孔 工序 150：钻机盖上窥视孔 4-3.9 孔 工序 160：钻削为 2-8 的锥销孔 工序 170：在窥视孔上攻 4-M6-H7 的螺纹孔 工序 180：清洗去毛刺 工序 190：检查 2.5 加工工序图 被加工零件工序图具有直观的作用，此外，它还具有一些特定的要求。被 加工零件工序图是根据选定的工艺方案，表示在一台机床上或一条自动线上完 成的工艺内容，加工部位的尺寸及精度、技术要求、加工用定位基准、夹压部 以及被加工零件的材料、硬度和在本机床上加工前毛坯情况的图纸。它是在原 有的工件图基础上，以突出本机床或自动线加工内容，加上必要的说明绘制的。 它是组合机床设计的主要依据。也是制造使用时调整机床，检查精度的重要技 术文件。被加工零件工序图应包括下列内容： 1在图上应表示出被加工零件的形状，尤其是要设置中间导向时，应表示 出工件内部筋的布置和尺寸，以便检查工件装进夹具是否相碰，以及刀具通过 的可能性。 2在图上应表示出加工用基面和夹压的方向及位置，以便依此进行夹具的 双面卧式攻丝组合机床设计（减速器箱盖后面螺纹） 9 支承，定位及夹压系统的设计。 3在图上应表示出加工表面的尺寸、精度、光洁度，位置尺寸及精度和技 术条件（包括对上道工序的要求及本机床保证的部分） 。 4图中还应注明被加工零件的名称、编号、材料、硬度以及被加工部位的 余量。 此外，为了使被加工零件工序图清晰明了，能突出本机床的加工内容，绘 制时对本机床加工部位用粗实线表示，其尺寸打上方框，其余部位用细实线表 示。 本设计中，我设计的是攻减速器箱盖后面螺纹，采用一面两销定位，实现 完全定位。由于利用工件的底面作为基面，为了使夹紧可靠以及部件配置合理， 采用对工件的顶面进行夹紧。要求加工之后能满足尺寸的公差范围之内。整体 的定位及夹紧的位置可见下图所示。 2.6 加工示意图 加工示意图是组合机床设计的重要图纸之一，在机床总体设计中占有重要 地位。它是设计刀具、夹具、主轴箱以及选择动力部件的主要资料，同时也是 调整机床和刀具的依据。 加工示意图，要反映机床的加工过程和加工方法，刀具尺寸及加工尺寸， 福州大学本科毕业设计 10 主轴尺寸及伸出长度，主轴、刀具、工件间的联系尺寸等，根据机床要求的生 产率及刀具特点，合理地选择刀削用量，决定动力头的工作循环。 加工示意图应绘制成展开图，其绘制顺序是：首先按比例绘制工件的外形 及加工部位的展开图，加工示意图还要绘制出工件加工部位的图形。加工示意 图还要考虑一些特殊要求（如工件抬起、主轴定位、危险区等） 。决定动力头的 工作循环及行程。最后，选择切削用量及附加必要的说明。 综合考虑以上各种注意事项，可以看出加工示意图的绘制方法可以分为几 个步骤，即刀具的选择、工序间余量的确定等。 2.6.1 技术分析 螺纹孔M8 精度等级：7H 材料： HT200 硬度： HB190 盲孔 加工深度 L=15mm 2.6.2 刀具的选择 刀具的类型的选择决定于所切螺纹的性质、所切螺纹在工件上的位置、工 件的构造与尺寸及生产的批量。 查 10 P899 表 10-49 选用细柄机用丝锥 6-M8-H3 GB3464-83。 2.6.3 攻丝靠模装置选择 在组合机床上攻制螺纹多采用攻丝靠模装置。其原理仍然是“自引法”攻 丝。这种攻丝装置的进给运动，直接由靠模螺杆、螺母得到。常用的靠模装置 有：TO281 型攻丝靠模装置和 TO282 型靠模装置。 本设计中采用了通用的 TO281 型攻丝靠模装置 TO281 型攻丝靠模 这种靠模装置有攻丝靠模和攻丝卡头配合组成，并由攻丝装置配置成攻丝 组合机床。 动力由攻丝主轴通过双键传到攻丝靠模杆，再经平键传递给攻丝卡头上的 双面卧式攻丝组合机床设计（减速器箱盖后面螺纹） 11 min/99. 7 25 . 1 30 82 . 6 9 . 06 . 0 2 . 1 0 m pt dc v ym x v 丝锥。靠模螺母通过结合子和弹簧装在套筒内，套筒由压板压在靠模板谁上。 攻丝时，靠模杆边转动边向前移动，其进给量与丝锥引进量相同。压板的压力 要适当，以保证丝锥遇到故障不能前进，扭力增大，靠模杆与靠模螺母同时转 动，停止进给，避免破坏传动件或扭转丝锥。 这种装置易于调整，只要松开压板，则可方便的将攻丝靠模取出，且在变 动加工螺孔规格时，易装卸调换。 选用攻螺纹靠模规格 2。 2.6.4 切削用量的选取 由于组合机床有大量刀具同时工作，为了使机床正常工作，不经常停车换 刀，而达到较高的生产率。所选择的切削用量比一般通用机床的切削用量要低 一些。总体上说：在采用多轴加工的组合机床的切削用量和切削速度要低一些。 根据现有组合机床使用情况，多轴加工的切削用量比通用机床单刀加工的切削 用量约30%左右。 查阅 2 P51 表 2-17 攻丝切削速度 加工材料为铸铁 切削速度：v=48m/min 查 10 P1142 表 14-90 由公式计算得 (2-1) 取 v=8m/min 进给量为丝锥的导程 f=1.25mm/r 由公式：v=d n 得: 主轴转速 n=318/r/min 2.6.5 确定主轴类型、尺寸、外伸长度 主轴类型主要依据工艺方法和刀杆与主轴的联结结构进行确定。主轴轴颈 及轴端尺寸主要取决于进给抗力和主轴刀具系统结构。 通用攻螺纹主轴有两种(1)滚锥轴承攻螺纹主轴(2)滚针轴承攻螺纹主轴。 2.6.5.1 主轴类型 查9 表 4-2 选用滚锥轴承攻螺纹主轴 2.6.5.2 主轴尺寸 根据公式：d=6.2 (2-2) 4 10T 福州大学本科毕业设计 12 可算出本设计中攻螺纹主轴的大致直径 式中：d主轴直径（mm） T转矩（Nm） D螺距大径（mm） P螺距（mm） 加工铸铁时 T=0.195DP (2-3) 4 . 15 . 1 由于本设计中 D=8mm，P=1.25mm，所以 查9中表 3-5 攻螺纹主轴直径的确定，得螺纹 M8 的主轴直径 d=17mm 转矩 T=5 Nm 查9表 3-6 和 4-2 主轴直径 d=20mm 外伸尺寸 L=120mm。 2.6.6 选择接杆、浮动卡头 加工螺纹时，常采用攻螺纹靠模装置和攻螺纹卡头及相配套的攻螺纹接杆， 丝锥用相应的弹簧夹头装在攻螺纹接杆上。 查9中图 8-1 选用用于夹持 M6M30 的机用丝锥弹簧夹头。 查9中图 8-6 选用攻螺纹卡头及攻螺纹接杆。 2.6.7 动力部件工作循环及行程的确定 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，又返回到原位的动作过程。 2.6.7.1 工作进给长度的确定L工 双面卧式攻丝组合机床设计（减速器箱盖后面螺纹） 13 (2-4)=+LLLL 切12 ：工作进给长度 ：切入长度 ：加工长度 ：切出长度L切L1LL2 =15+8=23mm L工 切入长度一般为 510mm，取 8mm。 切出长度为 0。 2.6.7.2 快速引进长度确定 快速引进是指动力部件把刀具送到工作进给位置，其长度由具体情况确定。 本工序选取快速引进长度为 75mm。 2.6.7.3 动力部件总行程的确定 动力部件总行程为快退行程和前后备量之和。总行程为 630mm 前备量为 40mm，后备量为 515mm。 2.7 机床联系尺寸图 2.4.1 机床联系尺寸图作用和内容 机床联系尺寸图是以被加工零件工序图和加工示意图为依据，并按初步选 定的主要通用部件以及确定专用部件的总体结构而绘制的。是用来表示机床的 配置形式、主要构成及各部件安装位置、相互关系、运动关系和操作方位的总 体布局图。 机床联系尺寸总图表示的内容： 1表示机床的配置形式和总布局。 2完整齐全的反映各部件之间的主要装配关系和联系尺寸、专用部件的主要 轮廓尺寸、运动部件的运动极限位置及滑台工作循环总的工作行程和前后备量 尺寸。 3标注主要通用部件的规格代号和电动机型号、功率及转速，并标出机床分 组编号及组件名称，全部组件应包括机床全部通用及专用零部件。 4标明机床验收标准及安装规程。 2.7.2 绘制机床尺寸联系总图之前应确定的内容 2.7.2.1 选择动力部件 动力部件的选择主要是确定动力箱和动力滑台。根据已定的工艺方案和机 床配置形式并结合使用及修理因素，确定机床为卧式双面单工位液压传动组合 福州大学本科毕业设计 14 机床，液压滑台实现工作进给运动，选用配套的动力箱驱动多轴箱攻丝主轴。 动力箱规格与滑台要匹配，其驱动功率主要依据是根据多轴箱所传递的 切屑功率来选用。确定攻丝电机功率，应考虑丝锥钝化的影响，一般按计算功 率的 1.52.5 倍选取。 （轴数少时取大值，轴数多时取小值） (2-5) 切削 主轴箱 P P 式中：消耗于各主轴的切削功率的总和，单位为 kw； 切削 P 主轴箱的传动效率，加工黑色金属时取 0.80.9，加工有色金 属时取 0.70.8，主轴数多、传动复杂时取小值，反之取大 值。 查组合机床设计简明手册表 6-20 则： (2-6)kw D vPD D Tv p w 1636 . 0 89740 825 . 1 8195 9740 195 9740 5 . 14 . 15 . 14 . 1 =6x0.1636/0.8=1.09kw 切削 P 1.09x2=2.18kw 查9表 5-39 本机床左右多轴箱均采用 1TD25-IB 型动力箱（=1420r/min;电动机选 q n Y100L1-4 型，功率为 2.2KW） 。 (2-7)NHBDfF231446.597320025 . 1 82626 6 . 08 . 06 . 08 . 0 NFF38867.35839231446.597366 总 根据选定的切削用量，计算总的进给力，根据所需的最小进给速度、工作 行程、结合多轴箱轮廓尺寸，考虑工作稳定性，选用 HY63-I 型液压滑台，以 及相配套的侧底座（1CC631 型） 。查9P91 表 5-1 滑鞍宽度： 630mm 滑鞍长度： 1250mm 行 程： 630mm 滑座长度： 1920mm 高 度： 400mm 工进速度：6.5-250mm/min 快进速度：5m/min。 2.7.2.2 确定机床装料高度 H 装料高度是指工件安装基面至地面的垂直距离。考虑上述刚度结构功能和 双面卧式攻丝组合机床设计（减速器箱盖后面螺纹） 15 使用要求等因素选取计算： 最低孔高度 h2=204.5mm 滑台高度 h3=400mm 侧底座高度 h4=630mm 取 H=1250mm。 2.7.2.3 确定夹具轮廓尺寸 主要确定夹具底座的长、宽、高尺寸。 初取长为 1000mm,宽为 600mm，高为 850mm。 2.7.2.4 确定中间底座尺寸 中间底座尺寸在长度和宽度上满足夹具的安装要求。他在加工方向上的尺 寸，实际已由加工示意图确定。 2.7.2.5 确定多轴箱轮廓尺寸 标准通用多轴箱厚度是一定的、卧式 325mm。因此，确定多轴箱，主要是 确定多轴箱的宽度 B 和高度 H 及最低主轴高度 h1。 B=b+2 (2-8) 1 b H=h+ (2-9) 11 bh 式中 b工件在宽度方向相距最远的两孔的距离 b=245mm b1最边缘主轴中心至箱体壁距离 b170100mm 取 b1=75mm h工件在高度方向相距最远的两孔距离 h=35mm h1最低轴高度 B=245+2x75=395mm h1=h2+H-（0.5+h3+h4）=25+1100-（0.5+400+630）=94.5mm H=35+100+94.5=229.5mm 查9，P135 表 7-1 选取多轴箱体规格尺寸 400 x400。联系尺寸图如下图所示 福州大学本科毕业设计 16 2.7.3 机床分组 为了便于设计和组织生产，组合机床各部件和装置按不同功能划分编组。 本机床编组如下： 第 10 组 左侧床身 第 20 组 夹具 第 11 组 右侧床身 第 12 组 中间底座 第 30 组 电气装置 第 40 组 传动装置 第 50 组 润滑装置 第 60 组 刀具 第 61 组 工具 第 71 组 左多主轴箱 第 72 组 右多主轴箱 2.8 机床生产率计算卡 根据加工示意图所确定的工作循环及切削用量等，就可以计算机床生产率并 编制生产率计算卡。生产率计算卡是反映机床生产节拍或实际生产率和切削用 量、动作时间、生产纲领及负荷率等关系的技术文件。它是用户验收机床生产 效率的重要依据。 2.8.1 理想生产率 Q 理想生产率是指完成年生产纲领 A 所要求的机床生产率。与全年工时 tk 总数有关，单班制取 2350h A=5000 x(1+2%+2%)=5200 件 (2-10) Q=A/tk=5200/2350=2.21 件/h (2-11) 2.8.2 实际生产率 Q1 实际生产率是指设计机床每小时实际可生产的零件数量。 Q1=60/T单 (2-12) 式中 T单生产一个零件所需的时间（min）, 可按下式计算： T单=t切+t辅=（L1/vf1+ L2/vf2+t停）+（L快进+L快退）/vfk+ t移+ t装 （2-13） L1、L2刀具第一、第二工作进给长度，单位为 mm； 双面卧式攻丝组合机床设计（减速器箱盖后面螺纹） 17 vf1 vf2刀具第一、第二工作进给量，单位为 mm/min; t停通常刀具在加工终了时无进给状态下旋转 510 转所需的时间，单 位为 min;取 0.1min,即 6s. vfk动力部件快速行程速度。 本次采用的是液压动力部件, 为 5m/min。 t移回转工作台进行一次工位转换时间，一般取 0.1 min;此道工序可 忽略。 t装工件装、卸的时间（包括定位或撤消定位、夹紧或松开、清理基面 或切屑及调运工件等的时间）通常.取 0.5-1.5min.取 1.5min . 把数值带入（2-13）中： 得到：T单=23/397.5+23/397.5+0.1+0.075/5+0.075/5+1.5 =1.7456min; 所以 Q1=60/T单=60/1.71=34.32 件/小时 则 Q1Q 所以满足生产率要求 2.8.3 机床负荷率 当 Q1Q 时，机床负荷率为二者之比。 即 负= Q/ Q1 (2-14) =2.21/34.32 =6.4% 2.8.4 编制生产率计算卡 福州大学本科毕业设计 18 第第 3 3 章章 多轴箱设计多轴箱设计 3.1 多轴箱的组成及表示方法 多轴箱按结构特点分为通用（即标准）和专用多轴箱两大类。前者结构典 型，能利用同用的箱体和传动件；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，故专用主轴箱通常指“刚性主轴箱” ，即 采用不需要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。通用主轴箱则采用标准主轴，借助导向套引导刀具来保证被加工孔的位置 精度。 本设计中所采用的就是通用主轴箱。 3.1.1 多轴箱的组成 多轴箱由通用零件如箱体、主轴、传动轴、齿轮和附加机构等组成。其基 本结构中，箱体、前盖、后盖、上盖、侧盖等为箱体类零件；主轴、传动轴、 传动齿轮、动力箱和电动机齿轮等为传动类零件；分油器、注油标、排油塞、 和防油套等为润滑及防油元件。 在多轴箱箱体内腔，可安排两排 32mm 宽的齿轮或三排 24mm 宽的齿轮；箱 体后壁与后盖之间可安排一排（后盖用 90mm 厚时）或两排（后盖用 125mm 厚时） 24mm 宽的齿轮。 本多轴箱考虑到实际情况，在箱体体内安排了三排 24mm 宽的齿轮和一排 32mm 宽的齿轮。 3.1.2 多轴箱总图绘制方法特点 1主视图 用点划线表示齿轮节圆，标注齿轮齿数和模数，两啮合齿轮相 切处标注罗马字母，表示齿轮所在排数。标注各轴轴号及主轴和驱动轴、液压 双面卧式攻丝组合机床设计（减速器箱盖后面螺纹） 19 泵轴的转速和方向。 2展开图 每根轴、轴承、齿轮等组件只画轴线上边或下边（左边或右边） 一半，对于结构尺寸完全相同的轴组件只画一根，但必须在轴端注明相应的轴 号；齿轮可不按比例绘制，在图形一侧用数码箭头标明齿轮所在排数。 3.2 多轴箱通用零件 多轴箱的通用零件的编号方法如下： T07 或 1T07 系指与 TD 或与 1TD 系列动力箱配套的主轴箱同用零件，其标 记方法详见9中表 4-1、表 4-2、表 4-4、表 4-5 和第七章相应的配套零件表。 顺序号和零件顺序号表示的内容随类别号和小组号的不同而不同。例如： 800630T0711-11，表示宽 800mm，高 400mm 的主轴箱体；30T0731-42，表示 有排齿轮，用圆锥滚子轴承、直径为 40mm 的传动轴；34040T0741-41 表示模数为 3、齿数为 40、孔径为 20mm 和宽度为 32mm 的齿轮。 3.2.1 通用箱体类零件 多轴箱的通用箱体类零件配套表详见组合机床设计简明手册中表 7- 4；箱体材料为 HT200，前、后、侧盖等材料为 HT150。多轴箱体基本尺寸系列 标准（GB3668.1-83）规定，9 种名义尺寸用相应滑台的滑鞍宽度表示，多轴箱 体宽度和高度是根据配套滑台的规格按规定的系列尺寸（9中表 7-1）选择； 多轴箱后盖与动力箱法兰尺寸见9中表 7-2，其结合面上联接螺孔、定位销孔 及其位置与动力箱联系尺寸相适应（参见9中表 5-40） ；通用多轴箱体结构尺 寸及螺孔位置详见9中表 7-1 及表 7-3。 多轴箱的标准厚度为 180mm，用于卧式主轴箱的前盖厚度为 55mm，用于立 式的因兼作油池用，故加后到 70mm，基型后盖的厚度为 90mm，变形后盖厚度为 50mm，100mm 和 125mm 三种，应根据多轴箱的传动系统安排和动力部件与多轴 箱的连接情况合理选用。 福州大学本科毕业设计 20 3.2.2 通用主轴、通用传动轴、通用齿轮和套 本设计中，通用主轴、通用传动轴的传动结构，配套零件及联系尺寸，详 见9中第七章第二节。 多轴箱通用齿轮有：传动齿轮、动力箱齿轮和电机齿轮三种（见9表 4- 5） ，其结构型式、尺寸参数及制造装配要求详见9表 7-247-23。 多轴箱用套和防油套综合表参阅9表 7-24、表 7-23。 3.3 绘制多轴箱设计原始依据图 多轴箱设计原始原始依据图，是根据“三图一卡”整理编绘出来的。其内 容及注意事项如下： 1 根据机床联系尺寸图，绘制多轴箱外形图，并标注轮廓尺寸及动力箱驱动 轴的相对位置尺寸。 2 根据联系尺寸图和加工示意图，标注所有主轴位置尺寸及工件与主轴、主 轴与驱动轴的相关位置尺寸。 3 根据加工示意图标注各主轴转速及转向主轴逆时针转向。 4 列表标明各主轴的工序内容、切削用量及主轴外伸尺寸。 5 标明动力件型号及其性能参数。 多轴箱原始依据图如下图所示 3.4 主轴、齿轮的确定及动力计算 双面卧式攻丝组合机床设计（减速器箱盖后面螺纹） 21 主轴的型式和直径，主要取决于加工工艺方法、刀具主轴联接结构、刀具 的进给抗力和切削转矩。 攻螺纹类主轴按支承型式分为两种：1前后支承均为圆锥滚子轴承主轴。 2 前后支承均为推力球轴承和无内环滚针轴承的主轴。 3.4.1 主轴型式的确定 本设计中根据加工工艺要求，采用了第一种前后支承均为圆锥滚子轴承主 轴。其装配结构、配套零件及联系尺寸详见组合机床设计简明手册中第七 章第二节。 主轴材料采用了 40Cr 钢，热处理 C42。 数量：6 根。 3.4.2 主轴直径的确定 根据被加工零件工序图和加工示意图中的要求，是采用标准高速钢丝锥， 对减速器箱盖后面的 6 个 M81-7H 的螺纹孔进行攻丝。 根据公式：d=6.2 (3-1) 4 10T 可算出本设计中攻螺纹主轴的大致直径 式中：d主轴直径（mm） T转矩（Nm） D螺距大径（mm） P螺距（mm） 加工铸铁时 T=0.195DP，由于本设计中 D=8mm，P=1.25mm，所以 4 . 15 . 1 查9中表 3-5 攻螺纹主轴直径的确定，得螺纹 M8 的主轴直径 d=17mm 转矩 T=5N.mm 查9中表 4-2 得 主轴直径 d=20mm。 3.4.3 主轴位置的确定 由于是 6 根主轴同时对 6 个 M8 的螺纹孔进行攻丝加工，所以 6 根主轴的相 对位置应与 6 个螺纹孔的相对位置保持一致。 3.4.4 齿轮模数 齿轮模数 m 一般用类比法确定。 福州大学本科毕业设计 22 318-250 =(0.0300.018)0.0180.028 400318 PKW 空 多轴箱中的齿数模数常用 2、2.5、3、3.5、4 几种。为便于生产，同一多 轴箱中的模数规格最好不要大于两种。 本设计齿轮模数选 2 和 3。 3.4.5 多轴箱所需动力的计算 多轴箱的动力计算包括多轴箱所需要的功率和进给力两项。 3.4.5.1 传动系统确定之后，多轴箱所需要的功率按下列公式计算 (3-2) 111 nnn iii PPPPPPP 切切切切切切切切切切 式中 切削功率，单位为 KWP 切切 空转功率，单位为 KWP 切 与负荷成正比的功率损失，单位为 KWP 切 每根主轴的切削功率，由选定的切削用量按公式计算或查图表获得；每根 主轴的空转功率按9P62 表 4-6 确定；每根主轴上的功率损失，一般取所传递 功率的 1%。 3.4.5.2 主轴切削功率 =0.1636KWPDTv9740/ =6P=6x0.1636=0.9821KWP 切切 3.4.5.3 空转功率 由于主轴直径为 20mm，根据9P62 表 4-6： 主轴转速为 n=318r/min，根据插值法： (3-3) =6x0.028=0.168KWP 切 3.4.5.4 功率损失 每根轴上的功率损失，一般可取所传递功率的 1% =(0.9821+0.168)x1%=0.0115KWP 切 111 0.9821 0.1680.01151.1616 nnn iii PPPPPPPKW 多箱切削空失切削空失 双面卧式攻丝组合机床设计（减速器箱盖后面螺纹） 23 (3-4) 3.4.5.5 多轴箱所需进给力计算F切切 (3-5) i i=1 =F n F 切切 式中 各主轴所需的轴向切削力，单位为 N i F F=5973.23N (3-6) 6 . 08 . 0 26HBDf 6 . 08 . 0 20025 . 1 826xxx =6F=6x5973.23=35839.39N i F 3.5 多轴箱传动系统设计 多轴箱传动系统设计，是根据动力箱驱动轴位置和转速、各主轴位置及其 转速要求，设计传动链，把驱动轴与各主轴连接起来，使各主轴获得预定的转 速和转向。 3.5.1 对多轴箱传动系统的一般要求 1在保证主轴的强度、刚度、转速和转向的条件下，力求使传动轴和齿轮 的规格、数量为最少。因此，应尽量用用一根中间传动轴带动多根主轴，并将 齿轮布置在同一排上。当中心距不符合标准时，可采用变位齿轮或略微改动传 动比的方法解决。 2尽量不用主轴带动主轴的方案，以免增加主轴负荷，影响加工质量。遇 到主轴分布较密，布置齿轮的空间受到限制或主轴负荷较小、加工精度要求不 高时，可用一根强度较高的主轴带动 12 根主轴的传动方案。 3为使结构紧凑，主轴箱内齿轮副的传动比一般要大于 1/2（最佳传动比 为 11/1.5） ，后盖内齿轮传动比允许取至 1/31/3.5；尽量避免用升速传动。 当驱动轴转速较低时，允许先升速后再降一些，使传动链前面的轴、齿轮转速 较小，结构紧凑，但空转功率损失随之增加，故要求升速传动比小于等于 2； 为使主轴上的齿轮不过大，最后一级经常采用升速传动。 4用于粗加工主轴上的齿轮，应尽可能设置在第排，以减少主轴的扭曲 变形；精加工主轴上的齿轮，应设置在第排，以减少主轴的弯曲变形。 5多轴箱内具有粗精加工主轴时，最好从动力箱驱动轴齿轮传动开始，就 分两条加工路线，以免影响加工路线。 6驱动轴直接带动的传动轴数不能超过两根，以免给装配带来困难。 3.5.2 拟订多轴箱传动系统的基本方法 福州大学本科毕业设计 24 拟订多轴箱传动系统的基本方法是：先把全部主轴中心尽可能的分布在几 个同心圆上，在各个同心圆的圆心上分贝设置中心传动轴；非同心圆分布的一 些主轴，也宜设置中间传动轴（如一根传动轴带两根或三根主轴） ；然后根据已 选定的各中心传动轴再取同心圆，并用最少的传动轴带动这些中心传动轴；最 后通过合拢传动轴与动力箱驱动轴连接起来。 3.5.2.1 主轴分布类型 多组同心圆分布。对这类主轴，可在同心圆处分别设置中心传动轴，由其 上的一个或几个（不同排数）齿轮来带动各主轴。 采用一根传动轴带动 3 根主轴的方案。 此方案传动轴、齿轮数最少，用一根传动轴带动多根主轴。主轴齿轮规格 相同。 3.5.2.2 传动系统的设计计算 1 各齿轮参数的设计计算：齿轮齿数和传动轴转速的计算公式如下： u = = (3-7) 从 主 z z 主 从 n n A = = (3-8) 从主 zz m 2 z S m 2 (3-9) 主 从 从主 从 z z nn u n = (3-10) 从 主 主主从 z z nunn= (3-11) ）（ ）（ 从 主 从从 um Au n n m A z m A z + = + = 1 2 1 22 (3-12) u Am n n m A z m A z + = + = 1 2 1 22 ）（ 主 从 主从 式中 u啮合齿轮副传动比； S 啮合齿轮副齿数和； z z、z分别为主动和从动齿轮齿数； 主从 n、n分别为主动和从动齿轮转速，单位为 r/min； 主从 双面卧式攻丝组合机床设计（减速器箱盖后面螺纹） 25 A齿轮啮合中心距，单位为 mm； M齿轮模数，单位为 mm。 已知：主轴转速 n=785r/min，主轴直径 d=20mm，主轴齿轮模数 m=2。 取驱动轴齿轮的模数 m=3，齿数=23（数量 1 个，设在第排） 。Z驱 2 传动轴 1 即轴 4 的齿轮参数计算设计 = 1 z从3739.3623 3 59.902 1 231 371.61 u m=3 （数量 1 个，设在第排） 转速 23 785488 /min 37 nr 传动轴1 3 传动轴 2 即轴 5 的齿轮参数计算设计 =z从24023 3 46.952 2 231 401.739 u m=3 （数量 1 个，设在第排） 转速 23 785451 /min 40 nr 传动轴2 4 主轴 1、2、3 即轴 1、3、2 的齿轮参数计算设计 取传动轴齿轮的模数 m=2，齿数=24（数量 2 个，分别设在第、排） 。Z 2 60 2436 2 z 主轴1、2、3 241 361.5 u m=2 转速 123 2324 785325 /min 3736 nr 主轴 主轴 1、3 即轴 1、2（数量各 1 个，设在第排） 。 主轴 2 即轴 3（数量 1 个，设在第排） 。 5 主轴 4、5、6 即轴 6、8、7 的齿轮参数计算设计 取传动轴齿轮的模数 m=2，齿数=21（数量 2 个，分别设在第、排） 。z 2 50 2129 2 z 主轴4、5、6 211 291.38 u M=2 转速 456 2321 785326 /min 4029 nr 主轴 主轴 4、6 即轴 1、2（数量各 1 个，设在第排） 。 福州大学本科毕业设计 26 主轴 5 即轴 8（数量 1 个，设在第排） 。 3.5.2.3 润滑油泵的安置 油泵轴的位置要尽可能靠近油池，离油面高度不大于 400500 毫米；油泵 轴的转速，须根据工作条件而定，主轴数目多，油泵转速应选的高些。当用 R12-1 型叶片泵时，油泵转速可在 400900 转/分范围内选择。当箱体宽度大于 800 毫米，主轴数多于 30 根时，最好采用两个油泵，以保证充分润滑。 本主轴箱内采用了一个 R12-1 型叶片泵，为了便于维修，油泵齿轮布置在 了第一排。油泵的安置要使其回转方向保证进油口到排油口转过 270。转速 为 902r/min。 3.5.2.4 手柄轴的安置 多轴箱一般设手柄轴，用于对刀、调整、或装配检修时检查主轴精度。手 柄轴转速尽量高些，其周围应有较大空间。 本设计手柄轴的转速为 722r/min。 3.5.2.5 验算和校核 1 验算各主轴转速 2.52，完全满 足疲劳强度要求。因此所取齿轮模数满足使用及性能要求。 3 轴的强度校核 从上述可知，各轴所能承受的扭矩： 轴 d=20mm 1 1100.Mkg mm 通过计算各轴所承受载荷的情况： ,所以夹紧力足够，且夹紧力是由两个液压缸同时提供，因此更 K W 可保证夹紧的可靠性。 因此，本次设计所设计的夹具能够提供足够的夹紧力，为保证加工精度提 供了有利的保证。同时液压装置的运用也降低了工人的劳动强度，体现了人性 化的设计。 本设计采用前法兰式油缸 T5016带滚子楔铁夹紧机构。 夹具装配图如下图所示 双面卧式攻丝组合机床设计（减速器箱盖后面螺纹） 37 第第 5 5 章章 结论与展望结论与展望 随着现代化工业技术的快速发展，特别是随着它在自动化领域内的快速发 展，组合机床的研究已经成为当今机器制造界的一个重要方向，在现代工业运 用中，大多数机器的设计和制造都是用机床大批量完成的，即已经规格化了的， 通常由机械软件 CAD 设计画图而成并且用机床来实现。现代大型工业技术的飞 速发展，降低了组合机床的实现成本，软件支持机制也使得实现变得更为简单， 因此，研究组合机床的设计具有十分重要的理论意义和现实意义。 本课题基于使设计出的机床结构简单、使用方便、效率高、质量好提出的 要求，着重选择最佳的工艺方案，合适地确定机床工序集中程度，合理地选择 组合机床的通用部件，恰当的组合机床的配置型式，合理地选择切削用量，以 及设计高效率的夹具、工具、刀具及主轴箱就是本次设计主要内容。具体的工 作就是要制定工艺方案，进行机床结构方案的分析和确定，进行组合机床总体 设计，组合机床的部件设计和施工设计，使其具有工程意义，实现其在实际应 用中的价值。 虽然组合机床的应用越来越广泛，随之，各种各样组合机床的设计也经常 见于报道，经过本次毕业设计，对资料的查阅和研读，可以得出结论，对各种 福州大学本科毕业设计 38 组合机床的设计的研究方向随着自动化技术的飞速发展而趋于这样一种研究方 向，即组合机床及其自动线方向。 它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。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 B E 配和试漏等技术。 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。 近几十年来组合机床在汽车、拖拉机、柴油机、电机、机械、航空及军工 等部门已获得了广泛的使用，一些中小批量生产的部门也开始推广使用。除了 组合机床及其自动线方向外，还有以下几个发展方向为： 1、提高生产率 2、扩大工艺范围 3、提高加工精度 4、提高自动化程度 5、创制超小型组合机床 6、发展专能组合机床及自动线 以上这些问题在理论上和实际实现上都将有一定的难度，它们都是机械设 计及其自动化方面值得进一步探讨、需要解决的问题，也是今后努力的一个方 向，欣喜的是越来越多的人开始关注这个问题并为之作出不懈的努力，相信不 久的将来它们一定能得到较好的解决! 双面卧式攻丝组合机床设计（减速器箱盖后面螺纹） 39 第第 6 6 章章 谢辞谢辞 首先感谢我的导师孙晓林副教授，这篇论文是在他的悉心指导和亲切关怀 下完成的。在我完成毕业设计的三个月期间，导师给予了亲切的关怀和谆谆的 教导，使我能正确对待学习中遇到的困难和挫折，导师给了大力的支持和鼓励。 导师严谨认真的治学态度、求实的工作作风、丰富的科研经验、科学的思维方 式和正直的人格都令我非常敬佩，并将多我产生深远的影响。在此论文完成之 际，谨向我的导师表示诚挚的谢意和深深的敬意! 其次，感谢福州大学机械工程与自动化学院全体老师的
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