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I 摘要摘要 本设计介绍了犁刀变速齿轮箱体多轴箱的设计，其中包含了零件加工工艺的确定， 设计中首先要了解工件的加工工艺路线及工序的计算，确定攻螺纹主轴的直径，初步 选用电机型号及机床各部分部件。编制三图一卡（被加工零件工序图，加工示意图， 机床联系尺寸图，机床生产率计算卡） 。在多轴箱设计中，确定传动系统，计算主轴坐 标，传动部件的校核及主轴箱的总图绘制。 本设计将钻孔、攻丝两工艺结合为一体，降低了机器成本，而且节省了加工时间， 提高了工作生产效率。 关键词关键词： 齿轮箱体 组合机床 总体设计 攻丝多轴箱 全套图纸，加全套图纸，加153893706 II Abstract The design on the Lidao Biansuchilun Box axlebox more than the design, which includes parts of the processing technology of identification, design is first necessary to understand the workpiece in the processing line and process of calculation to determine Tapping the spindle diameter, the initial choice of motor Model and some parts of the machine. Figure 1 of the three cards (the processing parts process map, diagram processing, machine tools Contact size map, machine tool productivity calculation card). In multi-axle box design, drive system established to calculate coordinates spindle, transmission parts of the spindle box and check the total mapping. This design will be drilling, tapping combination of the two as one and reduce the cost of machinery, processing and save time, improve the work efficiency of production. Key words: Gear Box The Combination of Machine Tools Design multi-axle Box Tapping III 目录目录 摘要I Abstract.II 第一章 组合机床概述.1 第二章 犁刀变速齿轮箱体工艺分析.5 2.1 被加工零件的功用5 2.2 编制工艺规程及分析5 2.2.1 被加工零件的技术要求.5 2.2.2 计算生产纲领.5 2.2.3 毛坯的选用.6 2.3 零件加工工艺路线的拟定7 2.3.1 工件定位.7 2.3.2 定位基准的选择.8 2.3.3 工序的集中和分散.8 2.3.4 加工工序的设计.9 2.3.5 热处理的安排.9 2.3.6 初步拟定工艺规程.9 2.4 攻丝切削用量的选择10 第三章 钻孔、攻丝组合机床的结构设计.11 3.1 组合机床的配置形式的选择11 3.2 动力部件的选择11 3.3 通用部件选择12 3.3.1 主轴箱的轮廓尺寸的确定.12 3.3.3 侧底座.13 3.3.4 中间底座.14 3.3.5 动力部件工作行程及循环的确定.14 3.3.7 初步确定装料高度.15 第四章 绘制“三图一卡”.16 4.1 绘制被加工零件工序图16 4.2 绘制被加工零件加工示意图16 4.3 机床联系尺寸图的绘制18 IV 4.4 专用机床生产率计算卡的编制18 4.4.1 生产率的计算.18 4.4.2 编写生产率计算卡.20 第五章 组合机床攻螺纹多轴箱设计21 5.1 攻螺纹概述21 5.2.1 内容及注意事项.21 5.2.2 主轴外伸尺寸及切削用量.22 5.3 主轴齿轮的确定及计算 发22 5.3.1 主轴形式和直径，齿轮模数的确定.22 5.3.2 多轴箱所需动力计算.23 5.4 多轴箱的传动设计24 5.4.1 对多轴箱的传动系统的一般要求.25 5.4.2 拟订多轴箱传动系统的方法.25 5.5 主轴、传动轴坐标计算28 5.5.1 加工基准坐标系 xoy，计算主轴驱动轴坐标.28 5.5.2 验算中心误差.30 5.5.3 制坐标检查图31 5.6 对传动零件进行校核32 5.6.1 轴的挍核.32 5.6.2 齿轮的挍核.33 5.7 攻螺纹装置的设计35 5.7.1 攻螺纹靠模机构及卡头.35 5.7.2 攻螺纹装置.35 5.7.3 攻螺纹行程的控制.36 5.8 多轴箱总图及零件图的绘制37 5.8.1 主视图.37 5.8.2 展开图.37 5.9 多轴箱技术条件38 第六章 结论.40 参考文献41 附录.42 致谢.43 V 1 第一章第一章 组合机床概述组合机床概述 本设计是对齿轮箱体钻孔、攻丝组合机床总体及攻螺纹多轴箱设计。通过本次设 计掌握组合机床的工作原理，设计方法和了解组合机床的发展史及未来的发展前景。 动力箱 、各种工艺切削头和动力滑台是组合机床完成切削主运动或进给运动的动 力部件，是组合机床通用部件中最基本的部件。其中还有能同时完成切削主运动和进 给运动的动力头。而只能完成进给运动的动力部件称为动力滑台。 固定在动力箱上的主轴箱是用来布置切削主轴，并把动力箱输出轴的旋转运动传 递给各主轴的切削刀具。由于各主轴的位置与具体被加工零件有关，因此主轴箱必须 根据被加工零件进行设计。不能制造成完全通用的部件，但其中很多零件（如主轴、 中间轴齿轮和箱体等）是通用的。 组合机床在目前被广泛应用。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，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，攻丝，铰孔，车削，镗削，磨 削及液压等工序。组合机床结构稳定，工作可靠，使用和维修方便，有可重新改装的 优越性。其通用零部件可以多次重复使用。它可以同时从几个方向采用多把道具，对 几个工件进加工，大大提高了生产率，而且他还具有设计制造周期短，占地面积小等 特点。所以组合机床越来越广泛的被广泛的被应用到各行各业。 组合机床一般采用多轴、多刀、多工序、多面或多工位同时加工的方式，生产效 率比通用机床高几倍至几十倍。由于通用部件已经标准化和系列化，可根据需要灵活 配置，能缩短设计和制造周期。 组合机床的通用部件有：床身（侧底座） 、底座（包括中间底座和立柱底座） 、立 柱、动力箱、动力滑台、各种工艺切削头等。对于一些按顺序加工的多工位组合机床， 还具有移动工作台和回转工作台。 因此，组合机床兼有低成本和高效率的优点，在大批、大量生产中得到广泛应用， 并可用以组成自动生产线。 图 1-1 为各种组合机床配置方案示意图 13 . 2 图 1-1 各种组合机床配置方案示意图 组合机床一般用于加工箱体类或特殊形状的零件。加工时，工件一般不旋转，由 刀具的旋转运动和刀具与工件的相对进给运动，来实现钻孔、扩孔、锪孔、铰孔、镗 孔、铣削平面、切削内外螺纹以及加工外圆和端面等。有的组合机床采用车削头夹持 工件使之旋转，由刀具作进给运动，也可实现某些回转体类零件(如飞轮、汽车后桥半 轴等)的外圆和端面加工。 近年来组合机床的主要用户汽车制造厂为了提高产品质量和加强竞争力，对加工 设备提出了一些新的要求，如高生产率、缩小加工尺寸的分散度、高可靠性、高利用 率和柔性化；此外要求组合机床价格低，交货期短，售后服务好。这对组合机床行业 是一种新的挑战，其中有一些要求相当苛刻的。在不断革新和采用新技术以及一些有 关工业及配套件厂的共同努力下，有不少要求已得到满足，在技术上取得了一些新的 进展。例如，在对组合机床高生产率方面，要求单线（不采用并联线）加工大件（指 缸体、缸盖、变速箱体、变速器壳）的生产率达到 120-182 件/h （100%负荷时） ，也 就是节拍时间为 20-30s 或更短。又如，车削活塞变椭圆裙部的数控专门化车床，转速 高达 5000r/min，生产率可达 500 件/h。它采用了新颖的往复运动刀架（直线伺服电动 机驱动、采用计算机磁盘驱动和定位原理，以及滚动导轨铝质套筒形密封结构）和高 抗振性聚合物人造花岗岩床身等新技术；其加工的外圆公差可达 0.0013mm，仅为图纸 要求公差的 1/2，可以不必再分组的办法进行选择装备，便可做到互换装配，从而减少 零件的库存量和分组、保管、配对等手续和管理上的麻烦，更加便于实现“准时制生 3 产” 。对于组合机床来说达到完全互换装配的加工精度尚有些距离，如精镗汽缸孔的精 度目前还只能达到 0.02mm，如能达到 0.012-0.015mm 就可以达到完全互换装配了，在 高可靠性和利用率方面，部分组合机床自动线可达到三班制常年生产（利用班休间隔 进行换刀） 。 当前不但有一个国家内各组合机床制造厂之间存在着竞争，同时还在各国著名机 床厂之间也出现了竞争。如美国较著名的组合机床厂 Cross 公司及其参加的 Kearney Cross 联营公司由于连年亏损，于 1991 年被 Giddings Lcwis 公司收购而消失了。美 国是汽车工业发达、需要组合机床及其自动线较多的国家。近年来，德国、意大利的 几个较著名的组合机床制造厂纷纷打入美国市场，1991、1992 两年输入美国的组合机 床及其自动线价钱金额达 2.8 亿美元。 由于柔性制造设备和技术的发展和广泛应用，特别是加工箱体件柔性制造单元和 柔性制造系统的应用，取代了一部分单一品种生产用的组合机床及其自动线，预计 90 年代组合机床在机床市场中所占的比例将继续降低。一份 1990 年发表的美国机床市场 调查及预测报告（表 1-1）表明，组合机床在机床市场中所占的份额（金额计算） ，从 80 年代中期的平均占 15%，将到 989 年的 9.3%，预计 90 年代前半期还将继续下降到 7.7%。而加工中心所占比例将上升 3 个百分点（由 18%升至 21%） 。另一份报告（美国 Manufacturing Eninineering.1991.102.No1:18）指出，1990-1997 年美国柔性制造系 统和柔性制造单元的产值将从 7.69 亿美元增至 17 亿美元。美国组合机床市场会进一 步缩小，也是一种必然的趋势。各国情况不同，但适应市场对产品多样化的要求，利 用柔性较大的设备进行多品种生产和易于实现产品的更新换代则是一种必然的趋势， 虽然组合机床也在向柔性化发展，但其柔性毕竟不及柔性制造系统，其应用总是受到 一定限制，组合机床市场的缩小将会程度不同地出现。 美国组合机床（其包括内容与我国比较接近）的产值在金切机床产值中占的比例 较高，大多数年份都在 20%以上，表明美国组合机床行业是比较发达的。从单台（条） 的平均价值金额看，美国较高，表明美国组合机床自动线的产量较多。意、法两国组 合机床的产量和产值虽然较少，但其在金切机床年产值中的比例却高于德国和日本， 表明这两国重视组合机床的生产。美国组合机床的常量很少，所占比例较低，未受重 视。 4 表 1-1 美国金属切削机床市场情况及预测 组合机床的更新情况，可以每隔几年一次机床拥有量普查中有关各类机床役龄的 统计及其所占百分比的数据中推算出来。美国是机床普查工作进行得比较好的国家， 其分类及役龄统计都比较完整。美国 1968-1989 年进行了 5 次机床普查。组合机床 （包括自动线）的拥有量、构成比及役龄的百分比表明组合机床的构成比有些变化， 但变化不大；70 年代后期构成比最大，80 年代又逐渐减少，可以认为 70 年代后期组 合机床在美国的应用达到高潮。从役龄的百分比来分析组合机床的更新情况是，1983 年和 1989 年的 0-4 年役龄的各占 16%和 14%，而调查是每五年进行一次，大约每年有 3%的 新组合机床投入使用，总量变化不大，可以认为其更新率约为 3%。从其他几个役龄上 看，5-9 年役龄的增加了 10%，20 年以上役龄的减少了 16%，组合机床的役龄是更年轻 化了。这种情况可以认为有比较普遍的意义。 5 第二章第二章 犁刀变速齿轮箱体工艺分析犁刀变速齿轮箱体工艺分析 2.12.1 被加工零件的功用被加工零件的功用 箱体的功用箱体零件是机械制造中加工工序较多，劳动量较大的，精度要求高的 典型零件。 变速箱体是专用机床的关键零件，箱体的质量直接影响到机床的使用功能，箱体 内装有许多零件，所以箱体上相应部件作为零件的装配部件的基础，它们之间的相对 位置基本上是由箱体来保证的，所以箱体的加工表面的尺寸、形状、位 精度都有非常 严格的要求。 2.22.2 编制工艺规程编制工艺规程及分析及分析 2.2.12.2.1 被加工零件的技术要求被加工零件的技术要求 犁刀变速齿轮箱体材料为HT200。该材料有较高的强度、耐磨性、耐热性及减振 性，适用承受教大应力、要求耐磨的零件。 该零件主要加工表面为N面、R面、Q面和2-80H7孔。N面的平面度为0.05mm， 直接影响旋耕机与拖拉机变速箱的接触精度及密封。 2-80H孔的同轴度0.04mm，与N面的平行度0.07mm，与R面及Q面的垂直度 0.1mm以及R面相对Q面的平行度0.005mm，直接影响犁刀传动对N面的平行度及犁刀 传动齿轮的啮合精度、左臂壳及右臂壳体孔轴线的同轴度。因此，再加工他们时，最 好能在一次装夹下将两孔或两面同时加工出来。 2-10F9孔的两孔距尺寸精度（140.05）mm以及（140.05）mm对R面及N面的 平行度0.06mm，影响旋耕机与变速箱连接时的正确定位，从而影响犁刀与变速箱倒挡 齿轮的啮合精度。 2.2.22.2.2 计算生产纲领计算生产纲领 犁刀变速齿轮箱体，该产品年生产量为50000件，设其备品率为16%，机械加工废 品率为2%，现制定该零件的机加工工艺规程技术要求： （1） 铸件消除内应力。 6 （2） 未注明铸造圆角为R2R3。 （3） 铸件表面不得有粘砂、多肉、裂纹等缺陷。 （4） 允许有非聚集的孔眼存在，其直径不大于5mm，深度不大于3mm，相距不小 于30mm,整个铸件孔眼不多于10个。 （5） 未注明倒角为0.545。 （6） 所有螺孔锪90锥孔至螺纹外径。 （7） 去毛刺，锐边倒角。 （8） 同一加工平面上允许有直径不大3mm，深度不大于15mm，总数不超过5个孔 眼，两孔之间不小于3mm。 （9） 涂漆按NJ226-31执行。 计算犁刀变速齿轮箱体年产量N： N=Qn(1+a%+b%)=5000011+16%+2%) （21） =59000件/年 该零件的质量为7kg。根据生产类型与生产纲领的关系。查表3-3生产类型可确定 1 为大量生产。 2.2.32.2.3 毛坯的选用毛坯的选用 根据零件材料HT200确定毛坯为铸件，又已知零件生产纲领为59000件/年，该零件 约为7kg，可知，其生产类型为大批量生产。毛坯的制造方法选用砂型机器造型。又由 于箱替零件的内腔及2-80mm的孔须铸出。故还应安放型芯。此外，为消除残余应力， 铸造后安排人工时效。 （1）铸件尺寸公差分为16级，由于是大量生产，毛坯制造方法采用砂型机器造型。 由工艺人员手册查得，铸件尺寸公差等级为CT10级，选取铸件箱值为1.0mm。 （2）铸件机械加工余量 对成批大量的铸件加工余量由工艺人员手册查得，选取 MA为G级，各表的总 3 余量见表21。由工艺人员手册可查得铸件主要尺寸公差见表22。 表 21 各加工表面总余量/mm 加工表面基本尺寸加工余量等级加工余量数值说明 R 面 Q 面 N 面 168 168 168 G H G 4 5 5 底面，双侧加工（取下行数据） 顶面降一级，双侧加工 侧面，单侧加工（取上行数据） 7 凸台面 孔 2-80 106 80 G H 4 3 侧面单侧加工 孔降一级，双侧加工 表 22 主要毛坯尺寸及公差/mm 主要面尺寸零件尺寸总余量毛坯尺寸公差 CT N 面轮廓尺寸 N 面轮廓尺寸 N 面距孔80 中心尺寸 凸台面距孔80 中心尺寸 孔 2-80 168 168 46 100+6 80 4+5 5 4 3+3 168 177 51 110 70 4 4 2.8 3.6 3.2 2.32.3 零件加工工艺路线的拟定零件加工工艺路线的拟定 2.3.12.3.1 工件定位工件定位 工件在夹具中定位的主要任务是：使同一工序中的一批工件都能在夹具中占据正确 的位置。工件位置的正确与否，用加工要求来衡量。能满足加工要求的为正确，反之 不正确。一批工件逐个在夹具上定位时，各个工件在夹具中占据的位置不可能完全一 致，也不必要求其完全一致，但各个工件的位置变动量必须控制在加工要求所允许的 范围内。工件定位定则（六点定则）： 在空间直角坐标系中，工件可以沿 X、Y、Z 轴有不同的位置，称工件沿 XYZ 轴的 位置自由度，用、表示；也可以绕 X、Y、Z 轴有不动的位置，称工件绕X Y Z X、Y、Z 轴的角度自由度，用、表示。用于描述工件不确定性的 X A Y A Z A ，称为工件的六个自由度。XYZXYZ AAA 用于限制工件自由度的固定点，称为定位支承点，简称支承点。 用合理分布的六个支承点限制工件六个自由度的法则，称为六点法则。 对六个自由度的限制可分为以下几类定位： （1） 工件在夹具中定位，若六个自由度都被限制时，称为完全定位。 （2） 工件在夹具中定位，若六个自由度没有被全部限制时，称为部分定位（不 完全定位） 。 在工件定位时，以下情况允许不完全定位： 8 加工通孔或通槽时，沿贯通的位置自由度可不限制。 毛坯（本工序加工前）是轴对称时，绕对称轴的角度自由度可不限制。 加工贯通的平面时，除可不限制沿两个贯通的位置自由度外，还可不限制绕垂 直加工表面的角度自由度 3 . （3） 工件在夹具中定位时，若实际定位支撑点或实际限制的自由度个数少于工 序加工要求应予限制的自由度个数，则工件定位不足，称为欠定位。 （4） 工件在夹具中定位，若几个支撑点重复限制同一个或几个自由度时，称为 重复定位。 2.3.22.3.2 定位基准的选择定位基准的选择 （1） 精基准的选择。犁刀变速齿轮箱体的N面和2-10F9孔既是装配基准，又是 设计基准，用它们作为精基准，能使加工遵循“基准重合”原则，实现箱体零件“一 孔二面”的典型定位方式；其余各面和孔的加工也能用它定位，这样工艺路线遵循了 “基准统一”的原则。此外，N面的面积较大，定位比较稳定、加紧方案也比较简单、 可靠，操作方便。 （2） 粗基准的选择。考虑到以下几点要求，选择箱体零件的重要孔（2-80mm 孔）的与箱体内壁作为粗基准 保证各加工表面均有加工余量的情况下，使重要孔的加工余量尽量均匀； 装入箱内的旋转零件（如齿轮、轴套等）与箱体内壁有足够的间隙； 能保证定位夹紧可靠。 2.3.32.3.3 工序的集中和分散工序的集中和分散 （1） 集中工序的特点： 减少设备的数量，减少了操作工人和生产面积。 减少工序的数目，减少运输工作量，简化了生产计划工序缩短了生产 周期。 减少装夹次数不仅有利于提高生产率，而且由于在一次装夹加工许多表面，也 易于保证这些表面间的位置精度。 因为采用的专用设备和专用工艺装备数量多而复杂，因此机床的工艺 装备的调整维修也很费事，生产准备工作量很大。 （2） 分散的特点： 9 采用比较简单的机床和工艺装备，调整容易。 对工人的技术要求低或只经过较短时间的训练。 生产准备工作量小，易于变换产品。 设备数量多，生产面积大。 综上所述攻箱体螺纹可采用集中攻螺纹，即箱体上大量螺纹工序集中在一台机床 上加工，并与钻床工序分开。这样便于考虑统一的润滑、简化多轴箱传动 2.3.42.3.4 加工工序的加工工序的设计设计 确定工序尺寸的一般方法是，由于加工表面的最后工序往前推算，最后工序的尺 寸只与工序的加工余量有关。有基准转换时，工序尺寸用工艺尺寸链解算。 2.3.52.3.5 热处理的安排热处理的安排 变速箱体是形状复杂的铸件，必须消除内应力，防止加工和装配以后产生变形， 必须合理安排时效处理工序，采用自然或人工时效处理。 2.3.62.3.6 初步拟定工艺规程初步拟定工艺规程 工艺规程：把工艺过程的操作方法按一定的格式用文件的形式规定下来。 通过对箱体的工艺分析和箱体的技术要求来制定箱体的加工路线，由于箱体的年 产量为 59000 台/年，为大批量生产，尽量选用专用机床加工，提高生产率。 拟订的加工工艺: 序号工序内容简要说明 铸造 时效消除内应力 涂底漆防止生锈 10粗铣N面先加工基准 面 20钻扩铰2-10F9至2-9F7，孔口倒角145。钻孔4 - 13 留精铰余量 30粗铣R面及Q面先加工面 40铣凸台面 50 精镗孔2-80，孔口倒角145 后加工孔粗 加工结束 10 60精铣N面精加工开始 70精铰孔2-10F9至2-10F7（工艺要求）提高工艺精 准度 80精铣R面及Q面先加工面 90精铰孔2-80H7后加工孔 100钻20。扩铰球形孔S30H9,钻4-M16螺纹底孔，孔 口倒角145，攻螺纹4-M6-6H 次要加工面 在后面加工 110锪平面4-22 120 钻8-M12螺纹底孔，空口倒角145，钻铰孔2- 8N8，孔口倒角145 130攻螺纹8-M12-6H工序分散平 衡节拍 140检验 150入库 2.42.4 攻丝切削用量的选择攻丝切削用量的选择 查机械加工工艺手册选取所需刀具，选用 M12 细柄机用丝锥。 3 攻螺纹切削转矩： 1.51.4 195T PD T-切削转矩（Nmm） D-主轴直径（mm） -工件螺距（mm）P 由已知得螺纹直径 D=12mm ，取 =1.75mmP 则=14600Nmm 1.51.4 195 1.7512 T 切削功率 P D TV 9740 （22） T 切削转矩（Nmm） V 切削速度（m/min） 由螺纹直径和螺距查机械制造工艺设计手册表3-63得切削速度V=8.88m/min 转速。查机床设计手册表6-19知：高速钢丝锥 1000v1000 8.88 =235.7 /min d3.14 12 nr 11 攻螺纹切削速度为48m/min(加工材料为铸铁)，即转速较大，取实际转速n=200r/min， 则实际切削速度v=nd/1000=7.54m/min P1000=0.3KW 14.6 7.54 974012 第三章第三章 钻孔、攻丝组合机床的结构设计钻孔、攻丝组合机床的结构设计 3.13.1 组合机床的配置形式的选择组合机床的配置形式的选择 本设计是对犁刀齿轮箱体钻孔、攻丝的组合机床设计。根据犁刀齿轮箱体结构和 大批量生产采用双面加工的组合机床和液压自动加紧结构以便提高生产效率。 图 3-1 机床总体布置图 其总体布置如图 31 所示。 3.23.2 动力部件的选择动力部件的选择 动力部件的选择主要是确定动力箱和动力滑台。已经确定为卧式双面齿轮传动组 合机床，选用配套的动力箱驱动多轴箱攻螺纹主轴。 动力箱规格要与滑台匹配，其驱动功率主要依据多轴箱所传递的切削功率来选用。 P （31） 多轴箱 切削 P P 消耗主轴的切削功率总和 切削 多轴箱的传动功率 机床共有四根主轴加工工件，故 PP4 切削 12 0.341.2kw 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；主轴传动复 杂时取小值，反之取大值。故本设计取 0.8。 P1.5kw 多轴箱 1.2 0.8 据组合机床简明手册表 539 选用动力箱： 2 1TD32IV 电动机型号 Y100L-6,电动机功率 1.5kw 电动机转速 n=940r/min,输出转 速 n=470r/min, L =320mm。 3 3.33.3 通用部件选择通用部件选择 选择通用部件，主要是确定动力部件的驱动方式和规格（即大小） ，其他如床身、 立柱、挡铁等部件根据动力部件的规格，按通用部件配套表选用 13 . 3.3.13.3.1 主轴箱的轮廓尺寸的确定主轴箱的轮廓尺寸的确定 标准通用钻、镗类多轴箱的厚度是一定的、卧式为 325mm, 立式为 340mm。因此， 确定多轴箱尺寸的宽度 B 和高度 H 及最低主轴高度 h1。如图 32 所示： b b2b1 h1 b h2 被加工零件轮廓以点画线表示，多轴箱尺寸用实线表示，多轴箱宽度 B、高 图 32 多轴箱尺寸确定 13 度 H 的大小主要与被加工零件孔的分布有关，多轴箱轮的宽度 B 和高度 H 通常按下式 确定： B=b1+b+b2 （32） H=h+h1+h2 （33） b1=100mm, b2=100mm, b=156.3mm h1=124.5mm, h2=160mm, h=131.1mm B=100+156.3+100=256.3mm H=124.5+160+131.1=415.6mm b 工件在宽度方向相距最远的两孔距离 b1、b2 最边缘主轴中心至箱体外壁距离 h 工件在高度方向相距最远的两孔距离 h1 最低主轴高度 h2 最低孔高度 B 和 h 为已知尺寸。为保证多轴箱内有足够安排齿轮的空间，推荐70-100mm。 1 b 多轴箱最低主轴高度必须考虑与工件最低孔位置、机床装料高度 H、滑台总高度 1 h 2 h 、侧底座高度等尺寸之间的关系而确定。实例中=24.4mm，H=1000mm，查表 3 h 4 h 2 h 5-3 知滑台高度=280mm，侧底座高度=560mm。实例、B、H 的计算如下： 3 h 4 h 1 h =+H-（0.5+）=24.4+1000-（0.5+280+560+5）mm=138.9mm 1 h 2 h 3 h 4 h 取=100mm，则可求出多轴箱的轮廓尺寸： 1 b H=h+=131.1+138.9+100=370mm 1 h 1 b B= b+2=156.3+2100=365.3mm 1 b 上述计算值，按通用箱体系列尺寸标准，最后确定多轴箱轮廓尺寸为 B H=500500mm。 3.3.23.3.2 液压滑台选择液压滑台选择 液压滑台的结构特点是： 采用双矩型导轨结构型式，以单导轨两侧面导向，导向的长宽比较大，导向性 好。 滑座体为箱形框架纳构，滑座底面中间增加了结合面，结构刚度高。 导轨淬火，硬度高，使用寿命长。 液压缸活塞和后盖上分别装有双间单向阀和缓冲装置，可减轻滑台换向和退至 14 终点时的冲击。 滑台分普通级、精密级和高精度级三个精度等级，可按要求选用，提高经济性。 已知电机型号，由组合机床简明手册查得液压滑台型号： 2 1HY32IA,台面宽 320mm，台面长度 630mm，行程 400mm，最大进给力 12500N，工进速度 20650mm/min,快速移动速度 10m/min。 3.3.33.3.3 侧底座侧底座 侧底座用于卧式专用机床，其上面安装滑台，侧面与中间底座相连接时可用键或 锥销定位。侧底座的长度与滑台相适应，即滑台行程有几种规格，侧底座就有几种规 格。 侧底座有普通级和精密级两种精度等级，与相同的精度等级的滑台配套使用。由 液压滑台选出侧底座型号为：1CC321。 3.3.43.3.4 中间底座中间底座 中间底座其顶面安装夹具或输送部件，侧面可与侧底座或立柱底座相连接，并通 过端面键或定位销定位，根据机床配置形式不同，中间底座有多种形式，如双面卧式 专用机床的中间底座，两侧面都安装测底座；三面卧式专用机床的中间底座为三面安 装侧底座立式回转工作台式专用机床，除安装立往外，还需安装回转工作台。总之， 中间底座的结构、尺才需根据工件的大小、形状以及专用机床的配置形式等来确定。 根据设计要求选宽度为 800mm 的中间底座长度根据设计而定。 3.3.53.3.5 动力部件工作行程及循环的确定动力部件工作行程及循环的确定 动力部件的总行程除了满足工作循环向前和向后所需的行程外，还要考虑因刀具 磨损或补偿制造、安装误差，动力部件能够向前调节的距离(即前备量)和刀具装卸以及 刀具从接杆中或接扦连同刀具一起从主轴孔中取出时，动力部件需后退的距离(刀具退 离夹具导套外端面的距离应大于接扦插入主轴孔内或刀具插入接扦孔内的长度，即后 备量)。 （1）工作进给长度 L 的确定 由于本工序的加工孔的攻螺纹深度为 22mm，而钻孔深 度为 28mm,则 L2=0， 取 L1=8mm， 则工作进给长度 L=L1+L2+L 深=8+0+22=30(mm) （2）快速引进长度的确定 快速引进是指动力部件把刀具送到工作进给位置，其长 15 度按具体情况确定。在加工双层或多层壁孔径相同的同轴孔系时，可采用跳跃进给循 环进行加工，即在加工完一层壁后，动力部件在次快速引进到位，在加工第二层壁孔， 以缩短加工时间。在本次设计中，根据加工的零件选去快进的长度为 120mm。 （3）工退的确定 攻丝结束后刀具需要退出工件，其长度等于工进长度，即 30mm. （4）快速退回长度的确定 本工序的快退的长度为 120mm。 （5）动力部件总行程的确定 动力部件的总行程除了满足工作循环向前和向后所需 的行程外，还需考虑刀具的磨损或补偿制造、安装误差，动力部件能够向前调节的距 离（即前备量）和刀具装卸以及刀具从接杆中或连同接杆一起从主轴孔中取出时，动 力部件所需后退的距离（刀具退离夹具导套外端面的距离应大于接杆插入主轴孔内或 刀具插入接杆孔内的长度，即后备量） 。因此，动力部件的总行程为快退行程、工退与 前后备量之和。在本次设计的前备量为 30mm，后备量为 220mm，得出，动力部件的总 行程为 400mm。死挡铁停留，选用压力继电器。 3.3.63.3.6 工作台的确定工作台的确定 因 BH=500500,又因为两工作台间的距离为 280mm，查简明手册表 5-44， 选用多工位移动工作台 1AYU50。其联系尺寸为：台面宽 500mm，台面长 500mm，行程 1000mm 3.3.73.3.7 初步确定装料高度初步确定装料高度 装料高度一般指工件安装基面至地面的垂直距离。在确定机床装料高度时，首先 要考虑工人操作的方便性，对于流水线要考虑车间运送工件的滚道高度；对于自动线 要考虑中间底座的足够高度，以便允许内腔通过随行夹具返回系统或冷却排屑系统。 其次是机床内部结构尺寸限制和刚度要求。 装料高度范围是 8501060mm，根据实际加工条件确定装料高度 H=1000mm。 16 第四章第四章 绘制绘制“三图一卡三图一卡” 4.14.1 绘制被加工零件工序图绘制被加工零件工序图 （1）作用： 被加工零件工序图是根据制订的工艺方案，表示所设计的组合机床上完成的工艺 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，夹压部 位以及被加工零件的材料、硬度和在本机床加工前的加工余量，毛坯或半成品情况的 图样。除了设计研制合同外，它是专用机床设计的具体依据，也是制造、使用、调整 和检验机床精度的重要文件。被加工零件工序图是在被加工零件图基础上，突出本机 床或自动线的加工内容，并作必要的说明而绘制的。 （2）内容： 被加工零件的形状和主要轮廓尺寸以及与本工序机床设计有关部位结构形状和 尺寸。 本工序所使用的定位基准，夹压部位以及夹紧方向。 本工序加工表面的尺寸、精度、表面粗糙度和形位公差等技术要求以及对上道 工序的技术要求。 注明被加工零件的名称、编号、材料、硬度以及加工部位的余量。 （3）技术要求 本机床加工前应保证： 除方框内尺寸的所有尺寸； 两定位销为 8 级精度，表面粗糙度 3.2mm。 本机床应保证： 所加工中心位置度不大于 0.5，并按最大实体原则要求；保证方框内尺寸。 17 4.24.2 绘制被加工零件加工示意图绘制被加工零件加工示意图 （1）作用： 加工示意图是在工艺方案和机床总体方案初步确定的基础上绘制的。它是表达工 艺方案具体内容的机床工艺方案图。它是设计刀具、辅具、夹具、多轴箱和液压、电 气系统以及选择动力部件，绘制机床总联系尺寸图的主要依据；它是对机床总体布局 和性能的原始要求；它也是调整机床和刀具所必需的重要技属文件。 （2）内容 机床的加工方法，切削用量，工作循环和工作行程。 工件、刀具及导向、托架及多轴箱之间的相对位置及其联系尺寸。 主轴结构类型、尺寸及外伸长度。 刀具类型、数量和结构尺寸。 接杆（包括镗杆）、浮动卡头、导向装置攻螺纹靠模装置等结构尺寸。 刀具、导向套间的配合，刀具、接杆、主轴之间的连接方式及配合尺寸等 （3）加工示意图的绘制 刀具的选择原则 首选标准刀具，为提高工序集中程度或满足精度要求，可以采用复合刀具；选择 刀具应考虑工件材质加工精度，表面粗糙度，排屑及生产率等工艺要求。 本道工序选择：标准细柄机用柄丝锥 M12 作为刀具； M12： L=89mm l=29mm。 导向机构的选择： 导向装置的作用是：保证刀具相对工件的正确位置；保证各刀具相互间的正确位 置；提高刀具系统的支承刚性。 选择导向机构为攻螺纹靠模机构。攻螺纹靠模装置用于同一方向纯攻螺纹工序。 由攻螺纹多轴箱和攻螺纹靠模头组成。靠模螺母和靠模螺杆是经过磨制并精细研配的， 因而螺孔加工精度较高。靠模结构简单，制造成本低，并能在一个攻螺纹装置上方便 的攻制不同规格的螺纹，而且可各自选用合理的切削用量。 （4）主轴、接杆结构确定 主轴类型主要依据工艺方法和刀杆与主轴联接结构进行确定。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。 主轴直径 查表 3-5，4-2由螺纹直径 M12 可得 2 , 18 D/d1=40/20, 主轴直径 25mm，攻丝靠模机构规格代号 3，主轴外伸尺寸 L=120mm。 接杆的选择 除刚性主轴外，专用机床主轴与刀具间常用接杆连接，因多轴箱各主轴的外伸长 度和刀具长度都为定值，为保证多轴箱上各刀具能同时到达加工终了位置，须采用轴 向可调整的接杆来调整各轴的轴向长度，以满足同时加工完成各孔的要求。 （5） 切削用量的选择 组合机床上攻螺纹，是主轴系统带动丝锥实现主运动和进给运动，即螺纹每转一 转的同时，丝锥向前进给一个螺距 P丝，当丝锥攻入螺孔 12 个扣之后，丝锥便自行引 进，主运动和进给运动之间严格的相对运动关系由自身保证。所以主轴进给速度 V (mm/min)为： f V nf （42） f n 转速 m/min f 每转进给量 mm/min V 2001.75350mm/min f 4.34.3 机床联系尺寸图的绘制机床联系尺寸图的绘制 （1） 机床联系尺寸图的作用 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 主要通用部件的总体结构而绘制的。 它是用来表示机床的配置形式，主要构成及各部件安装位置，相互联系，运动关 系和操作方位的总体布局图。 它用以检验各部件相对位置及尺寸联系能否满足加工要求和通用部件选择是否合 适。 它为多主轴箱。夹具等专用部件设计提供重要依据。 它可以看成是机床总体外观简图，由其轮廓尺寸，占地面积，操作方式等可以 检验是否适应用户现场使用环境。 （2）机床联系尺寸图的作用 机床联系尺寸图表示了机床的结构形式。 机床联系尺寸图表示了所选动力部件，配套部件型号及规格。 机床联系尺寸图反映部件间的动态和静态的联系尺寸。 19 机床联系尺寸图反映专用部件的外形尺寸。 机床联系尺寸图反映主要动力的型号，功率，转速。 机床联系尺寸图反映总行程。 机床联系尺寸图表示部件的分组及编号。 4.44.4 专用机床生产率计算卡的编制专用机床生产率计算卡的编制 4.4.14.4.1 生产率的计算生产率的计算 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。 （1）理想生产率 Q 理想生产率是指完成年生产纲领 A（包括废品率）所要求的机床生产率。 Q=A/T （44） K Q 理想生产率 A 年生产纲领 T 全年工时总数 K 一般情况下，单班制 T取 2350h,两班制取 4600h，A=59000。本设计取为单班制 K T2350h。 K 计算得出 Q=25.1 件/小时 （2）实际生产率 实际生产率 Q1是指所设计机床每小时实际可生产的零件数量。 即 Q1=60/T单 T单=t切 T单生产一个零件所需时间（min） T单=t切+t辅=（L1V +t停）+（L快进+L快退）/VF r +t移+t装 （45） f L1 刀具工作进给长度（mm） V 刀具工作进给速度 (mm/min) f 20 t停 滑台在死挡铁上停留时间，通常指刀具在加工终了时无进 给状态下旋 转 5-10 转所需时间 (min) L 快进，L 快退 动力头快进和快退行程长度 (mm) VFr 动力部件快进行程速度，用机械动力部件时取 5-6m/min， 用液压动力部件时取 3-10m/min (m/min) t移工作台进行一次工位转换时间，一般取 0.1min (min) t装 工件装卸时间，通常取 0.5-1.5min (min) 本设计是和组合钻床作为同一道工序，工件不拆卸用移动滑台来转换工位。故计 算生产率计算卡需考虑两者的情况。 钻孔用时 取 L1=70mm, V =117mm/min, t停=1s=0.01min, L快进=110mm, L快退=180mm,VFr f =10m/min, t移=0.1min, t装=0.5min T=1.247min/件 钻 攻丝用时 取 L130mm，V 350mm/min，t停 0.01min, L快进 =120mm, L快退 = f 120mm VFr=10mm/min。 t卸=0.5min T= 0.719min/件 攻 T= T+ T=1.966min/件 总钻 攻 实际生产率 Q1 30.518 件/小时 （3） 机床负荷率 当 Q1Q 时，机床负荷率 为二者之比 即 = Q/ Q1，=25.1/30.472=82.25 组合机床负荷率一般为 0.750.90，自动线负荷率为 0.60.7。由此计算得出实 2 际生产率满足理想生产率的要求。 4.4.24.4.2 编写生产率计算卡编写生产率计算卡 编写生产率计算卡（见附录） 21 第五章第五章 组合机床攻螺纹多轴箱设计组合机床攻螺纹多轴箱设计 5.15.1 攻螺纹概述攻螺纹概述 在组合机床上攻螺纹，根据工件加工部位分布情况和工艺要求，常有攻螺纹动力 头攻螺纹、攻螺纹靠模装置攻螺纹和活动攻螺纹模板攻螺纹三种方法。 攻螺纹动力头用于同一方向纯攻螺纹工序。利用丝杠进给，攻螺纹行程较大，结 构复杂，传动加工螺纹精度较低（一般低于 7H 级）目前极少应用。 攻螺纹靠模装置用于同一方向纯攻螺纹工序。 由攻螺纹主轴箱和攻螺纹靠模头组 成。靠模螺母和靠模螺杆是经过磨制并精细研配的，因而螺孔加工精度较高。靠模装 置结构简单，制造成本低，并能在一个攻螺纹装置上方便地攻不同规格的螺纹，且可 各自选用合理的切削用量，目前应用很广泛。 若一个主轴箱在完成攻螺纹的同时还要完成钻孔等工序时，就要采用攻螺纹模板 攻螺纹，即只需在主轴箱的前面附加一个专用的活动攻螺纹模板，便可完成攻螺纹工 作 7 . 5.25.2 绘制多轴箱设计原始依据图绘制多轴箱设计原始依据图 该图是根据“三图一卡”绘制的。 5.2.15.2.1 内容及注意事项内容及注意事项 22 （1） .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） 根据机床联系尺寸图，加工示意图，标注所有主轴位置尺寸及工件与主轴，主 轴与主轴的相关位置尺寸。在绘制主轴位置时，要特别注意：主轴和被加工零件是面 对面安放的，因此，多轴箱主视图上的水平方向与零件工序图上的水平方向尺寸正好 相反；其次，多轴箱上的坐标尺寸基准和零件工序图上的基准经常不重合，应根据多 轴箱与加工零件的相对位置找出同一基准，并标出其相对位置关系尺寸，然后根据零 件分工序图各孔位置尺寸，算出多轴箱上各主轴坐标值。 （3） 根据加工示意图标注各主轴转速（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等。 （5）标明动力部件型号及其性能参数 图 51 所示为双面卧式攻丝组合机床左多轴箱设计原始依据图 被加工零件名称：犁刀变速齿轮箱 图 51 双面卧式攻丝组合机床多轴箱设计原始依据图 23 材料及硬度：铸铁 HT200 HBS180220HBS 5.2.25.2.2 主轴外伸尺寸及切削用量主轴外伸尺寸及切削用量 主轴外伸尺寸及切削用量如表 51 所示 表 51 主轴外伸尺寸及切削用量 主轴外伸尺寸切削用量 轴号 D/d （mm） L (mm) 工序内容 n (r/min) v (m/min) f (mm/r) 备注 1440/20120 攻 M12 螺 纹 2007.541.75 5.35.3 主轴齿轮的确定及计算主轴齿轮的确定及计算 发发 5.3.15.3.1 主轴形式和直径，齿轮模数的确定主轴形式和直径，齿轮模数的确定 （1） 主轴的形式和直径，主要取决于工艺方案，刀具主轴连接结构，刀具的进给 力和切削转矩，通常攻丝的主轴有两种： 前后支撑均为圆珠滚子轴承主轴。 前后支撑均为推力球轴承和无内环滚针轴承的主轴。 在本次设计中，考虑到加工方法和零件的具体结构，我们采用支承形式：前后均 为圆锥滚子轴承的主轴 ，主轴的外伸长度为 120mm 的长主轴。径向力、轴向力由一 对圆锥滚子轴承来承担。 （2） 主轴直径的确定： 根据有前面计算求得的数据： 攻 M12 螺纹时：T=14.6Nm 又考虑到尽量避免选用直径为 15mm 的主轴。所以选直径为 25mm 的主轴。 齿轮模数的估算可按公式估算，也可用类比法确定。 公式估算：即： m （51） 3 (30 32)/P ZN P 齿轮所传递的功率（kw） Z 对啮合齿轮中的小齿轮数 N 小齿轮的转速（r/min） 24 由前面已知： P=0.3kw ; Z=24（主轴上的小齿轮）; n=200r/min（主轴转速） 我们应选择转速较低，齿数最小的齿轮估算： m=1.2 3 0.3 (30 32) 24 200 但是在设计过程中，由于主轴转速的要求和被加工零件孔的位置在结构上的限制； 但是处于对整体方按的考虑，我们选择主轴上齿轮模数为 3，用提高材质和齿轮热处理 的方法来提高小齿轮的强度。 5.3.25.3.2 多轴箱所需动力计算多轴箱所需动力计算 多轴箱动力的计算包括多轴箱所需的功率和进给力两项传动系统确定之后，可按 下列方法计算： 多轴箱所需功率的计算 P多轴箱 = P切削+P空转+P损失 = （52） n i i n i i n i i PPP 111 损失空转切削 P切削 切削功率（kw） P空转 空转功率（kw） P损失 与负荷成正比的功率损失，单位：kw 由前面的计算得： 切削功率为：攻 M12 螺纹孔：N 切=0.3kw P切削4N 切 =40.3 1.2 查表 4-6得：P 空转（用插值法求得） 2 攻 M12 螺纹孔：N 空转=0.022kw P空转 =0.0224 =0.088kw 损失功率： 选择功率损失最大的主轴计算，主轴 1，2，3，4 每根轴所传递的功率相每根轴上 25 的损失功率可按其所传递功率的 1取值。 2 Pi = 0.31 0.003kw 则功率损失为： P损失 =0.0034 =0.012kw P多轴箱 = P切削+P空转+P损 = 1.2+0.088+0.012 =1.3kw 所以所选择的电机参数满足该机床的要求。 5.45.4 多轴箱的传动设计多轴箱的传动设计 多轴箱的传动设计就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，把驱动轴和各主轴连接起来，使主轴获得预定的转速和转向。 5.4.15.4.1 对多轴箱的传动系统的一般要求对多轴箱的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规 格，数量最少。 （2）尽量不用主轴带主轴的方案，以免增加主轴负荷，影响加工质量。 （3）为使结构紧凑，多轴箱内齿轮副的传动比一般要大于 1/2，后盖内齿轮传动比允 许取 1/31/3.5，尽量避免升速传动。当驱动轴转速较低时允许先升速后在降速，使 传动链前面的轴、齿轮转距较小，结构紧凑，但空转损失功率随之增加，故要求升速 传动比小于等于 2；为使轴上的齿轮不过大，最后一级通常采用升速传动。 （4） 用于粗加工的主轴齿轮，尽可能设置在第一排，以减少主轴的扭转变形， （5） 多轴箱内具有粗精加工主轴时，最好从动力箱驱动齿轮开始，就分两条路线传 动，以免影响加工精度 （6） 刚性镗孔主轴上的齿轮，其分度圆直径要尽可能大于被加工孔的直径， 以减少振动，提高运动的平稳性。 （7）驱动轴直接带动不能超过两根，以免给装配带来困难。 5.4.25.4.2 拟订多轴箱传动系统的方法拟订多轴箱传动系统的方法 26 将全部主轴的中心尽可能分布在几个同心圆上，在各个同心圆的圆心上分别设置 中心传动轴，然后根据以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，最后用合拢传动轴与动力箱驱动轴连接起来。 （1） 确定主轴分布类型 将主轴划分为各种分布类型，被加工零件上加工孔的位置是多种多样的，但大致 可规纳为：同心圆分布、直线分布和任意分布三种类型。本设计为直线分布和同心圆 分布相结合。 同心圆分布：可在同心圆处分别设置中心传动轴，由其上一个或两个齿轮来带动 各主轴，直线分布：可在两主轴中心连线的垂直平分线上设置传动轴，由其上一个或 几个齿轮来带动。 直线分布：可在同心圆处分别设置中心传动轴，其上的一个或几个（不同排数） 齿轮来带动各主轴。 （2）确定驱动转速，转向及在主轴箱上的位置 驱动轴的转速按动力箱型号选定；当采用动力滑台时，驱动轴旋转方向可任 意选择。 查动力部件：动力箱的参数可知：TD32的驱动轴转速为：470 r/min 转向根据主轴转向定为：面向动力箱方向顺逆均可，再由动力箱和主轴上的联系 尺寸可知，驱动轴到主轴底部的尺寸是 124.5mm，驱动轴布置在多轴箱宽度方向的
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