钻扩铰三孔组合机床设计说明书

目 录摘要 iAbstract ii1 绪论 1 1.1 组合机床及其特点 1 1.2 组合机床的分类 1 1.3 组合机床的工艺范围 3 1.4 组合机床的发展方向 32 组合机床总体设计 52.1 CA6140机床后托架的工艺分析 52.1.1 CA6140机床后托架的技术要求 5 2.1.2 确定各表面加工方案 6 2.1.3 确定定位基准 6 2.1.4 确定组合机床配置形式 7 2.2 选择切削用量 7 2.2.1 三杠孔加工余量 7 2.2.2 三杠孔切削用量 8 2.3 组合机床的总体设计 8 2.3.1 被加工零件工序图 8 2.3.2 加工示意图 9 2.3.3 机床联系尺寸总图 13 2.3.4 机床生产率计算卡 143 多轴箱设计 16 3.1 绘制多轴箱原始依据图 16 3.2 主轴、齿轮的确定 183.3 主轴箱传动设计 18 3.3.1 主轴1传动链 18 3.3.2 主轴2、3传动链 20 3.3.3 主轴箱所需动力的计算 22 3.3.4 主轴箱各轴位置的确定、绘制坐标检视图 233.4 绘制多轴箱总图及零件图 24 3.4.1 多轴箱总图设计 24 3.4.2 多轴箱零件设计 254 多轴箱零件的校核 264.1 轴的校核 26 4.1.1 主轴的校核 26 4.1.2 传动轴的校核 29 4.1.3 轴承的校核 30 4.1.4 齿轮的校核 40结论 43致谢 45参考文献 4691 绪论1.1 组合机床及其特点组合机床是由大量的通用部件和少量专用部件组成的工序高度集中的高效专用机床。它能够对一种（或多种）零件进行多刀、多轴、多面、多工位加工。在组合机床上可以完成钻孔、扩孔、铰孔、镗孔、攻丝、车削、铣削、磨削及滚压等工序，生产效率高，加工精度稳定。组合机床与通用机床、其他专用机床比较，具有以下特点：1、组合机床上的通用部件和标准零件约占全部机床零、部件总量的70-80%，因此设计和制造的周期短，投资少，经济效果好。2、由于组合机床采用多刀加工，并且自动化程度高，因而比通用机床生产效率高，产品质量稳定，劳动强度低。3、组合机床的通用部件是经过周密设计和长期生产实践考验的，又有专门厂成批制造，因此结构稳定、工作可靠，使用和维修方便。4、在组合机床上加工零件时，由于采用专用夹具、刀具和导向装置等，加工质量靠工艺装备保证，对操作工人的技术水平要求不高。5、当被加工产品更新时，采用其他类型的专用机床时，其大部分部件要报废。用组合机床时，其通用部件和标准零件可以重复利用，不必另行设计和制造。6、组合机床易于联成组合机床自动线，以适应大规模的生产需要。组合机床虽然有很多优点，但也还有缺点：1、组合机床的可变性较万能机床低，重新改装时有10%-20%的零件不能重复利用，而且改装时劳动量较大。2、组合机床的通用部件不是为某一种机床设计的，它是具有较广的适应性。这样，就使组合机床的结构较专用机床稍为复杂些。1.2 组合机床的分类组合机床的通用部件有大型和小型两大类。它们不仅在体积和功率上有大小之别，而且在结构和配置型式等方面也有很大差异。这里主要说明大型组合机床的配置型式。大型组合机床的配置型式可分为三大类：1、单工位组合机床这类组合机床夹具和工作台都固定不动。动力滑台实现进给运动，滑台上的动力箱实现切削主运动。根据动力箱和多轴箱的安置方式不同，又可分为以下几种：(1)卧式组合机床（动力箱水平安装）；(2)立式组合机床（动力箱垂直安装）；(3)倾斜式组合机床（动力箱倾斜安装）；(4)复合式组合机床（动力箱具有上述两种以上的安装状态）。2、多工位组合机床多工位组合机床的工作台，按照一定的节拍时间作间歇移动或转动，使工位得到转换。这类机床的配置型式，常见的有以下四种。(1)具有移动工作台的机床 这类机床的夹具和工件可作直线往复移动。(2)具有回转工作台的机床 这种机床的夹具和工件可绕垂直轴线回转，在回转工作台上每个工位通常都装有工件。(3)回转鼓轮式机床 这种机床的夹具和工件可绕水平轴线回转。此种机床一般为卧式单面或卧式双面，而较少采用三面配置。此外也有辐射式的，它除了安装卧式动力部件外，还在垂直于鼓轮回转的平面上安装动力部件。(4)中央立柱式机床 这种机床具有台面直径较大的环形回转工作台。在工作台中央安装立柱，立柱上安装动力部件，而在工作台的周围还安装有卧式动力部件，工件和夹具则安装在回转工作台上，这种机床一般都是复合式的。3、转塔多轴箱式组合机床转塔多轴箱式组合机床分为两类：单轴转塔动力头式组合机床和多轴转塔头式组合机床。前者转塔头的每个结合面可安装一个刚性主轴。后者转塔头的每个结合面可安装一个多轴箱。这种机床一般配置型式有：(1)转塔式多轴箱只实现切削运动，被加工零件安装在滑台上，由滑台实现进给运动；(2)转塔式多轴箱安装在滑台上，转塔式多轴箱既实现切削主运动又实现进给运动。其中，转塔多轴箱式组合机床可能组成双面式或三面式，同时对工件的两、三个平面进行加工。除上述各种配置形式外，还采用可调式组合机床，以适应几种工件的轮番生产；采用自动换刀式和自动更换主轴箱式组合机床，以适应孔数较少和孔数较多外形尺寸较大的工件；采用工件在机床上多次安装与采用多工位回转工作台式或移动工作台相结合的方式的组合机床，使一台组合机床能对工件进行多次加工；还可采用将若干加工工艺相近似的工件合并加工的成组加工组合机床，以增大中批量生产的加工能力。1.3 组合机床的工艺范围 组合机床可完成的工艺有铣平面、刮平面、车端面、钻孔、扩孔、镗孔、铰孔、攻丝、倒锪窝、钻深孔、切槽等。随着综合自动化技术的发展，组合机床可完成的工艺范围也在不断扩大，除了上述工艺外，还可完成车外圆、车锥面、车弧面、切削内外螺纹、滚压孔、拉削内外圆柱面和平面、磨削、抛光、珩磨，甚至还可以进行冲压、焊接、热处理、装配、自动测量和检查等。1.4 组合机床的发展方向 近几年组合机床在汽车、拖拉机、柴油机、电机、仪器、缝纫机、自行车、阀门、矿山机械、冶金、航空、纺织机械及军工等部门已获得广泛的使用，一些中小批量生产部门也开始推广使用。我国在组合机床及其自动线上将获得较快的发展，其发展方向为：1、提高通用部件的水平 衡量通用部件水平的主要标准是：品种规格齐全，动、静态性能参数先进，工艺性好，精度高和精度保持性好。目前应注意开发适应强力铣削的大功率动力滑台，高精度镗削头和高精度滑台，以及适应中、小批生产的快调、速换动力部件和支承部件。机械驱动的动力部件具有性能稳定，工作可靠等优点。目前，机械驱动的动力部件应用了交流变频调速电机和直流伺服电机等，使机械驱动的动力部件增添了新的竞争能力。动力部件采用镶钢导轨、滚珠丝杠、静压导轨、静压轴承、齿形皮带等新结构，支承部件采用焊接结构等。由于提高了部件的精度和动、静态性能，因而使被加工的工件精度明显提高，表面粗糙度减小。2、提高生产率 目前组合机床及其自动线的生产率不断提高，循环时间一般是1-2分钟，有的只用10-30秒。提高生产率的主要方法是改善机床布局，增加同时加工的刀具，减少加工余量，提高切削用量，提高工作可靠性以及缩短辅助时间等。为了减少自动线的停车损失，提高自动线的柔性，采用电子计算机进行自动线的管理。3、扩大工艺范围 现在组合机床及其自动线一般已不是完成一个工件的某几道工序，而常常是用于完成工件的全部加工工序。除过去完成平面铣削、钻孔、扩孔、锪孔、攻丝、粗镗孔外，现在已扩大到能完成车削、磨削、拉削、精镗以及非切削加工（如检查、自动装配、清洗、试验以及打印分类等）工序。4、提高加工精度 现在在组合机床及其自动线上又纳入了很多精加工工序，如进行1级精镗，保证孔加工位置度在0.02毫米。为了使自动线能稳定地保证加工精度，已广泛采用自动测量和刀具自动补偿技术，保证调刀不停车。5、提高自动化程度 目前组合机床及其自动线发展十分迅速，越来越多的组合机床用于组成自动线，组合机床本身则是全自动方向发展的。为此，重点是解决工件夹压自动化和装卸自动化。6、提高组合机床及其自动线的可调性 为了提高中小批生产的一些箱体件的生产率，近几年来发展了可调的多工序多刀具的组合机床及其自动线，它们大多采用数字程序控制。除早期发展的多品种、成组加工的组合机床及其自动线外，还创造了自动换刀和自动更换多轴箱的组合机床，还有用于加工中小批生产箱体零件的可自动更换对多轴箱的组合机床。用一台这样的机床就能完成一种工件的全部工序加工，能起到一条流水线的作用。特别是数字程序控制的发展，为发展这种机床创造了更有利的条件。7、创制超小型组合机床 为了适应仪器仪表工业小箱体加工需要，创制超小型组合机床是必需的。这种机床多由超小型气动液压头配置而成，体积小，效率高，并能达到高的加工精度。8、发展专用组合机床及其自动线 随着组合机床技术的发展，过去一直被认为需按具体加工对象专门设计，而是可以作为通用品种进行成批生产的，用户根据自己加工产品的需要，配上刀具及工艺装备，即可组成加工一定对象的高效机床。2 组合机床总体设计2.1 CA6140机床后托架的工艺分析CA6140机床后托架的是CA6140机床的一个重要零件，因为其零件尺寸较小，结构形状也不是很复杂，但侧面三杠孔和底面的精度要求较高，此外还有顶面的四孔要求加工，但是对精度要求不是很高。后托架上的底面和侧面三杠孔的粗糙度要求都是，所以都要求精加工。其三杠孔的中心线和底平面有平面度的公差要求等。因为其尺寸精度、几何形状精度和相互位置精度，以及各表面的表面质量均影响机器或部件的装配质量，进而影响其性能与工作寿命，因此它的加工是非常关键和重要的。一个好的结构不但要应该达到设计要求，而且要有好的机械加工工艺性，也就是要有加工的可能性，要便于加工，要能够保证加工质量，同时使加工的劳动量最小；而设计和工艺是密切相关的，又是相辅相成的；设计者要考虑加工工艺问题；工艺师要考虑如何从工艺上保证设计的要求。2.1.1 CA6140机床后托架的技术要求其加工面有底面、侧面三杠孔、顶面的四个孔、左视图上的两个孔及拉油槽。1、以底面为主要加工的表面，有底面的铣削加工，其底面的粗糙度要求是，平面度公差要求是0.03。2、以顶面为主加工面的四个孔，分别是以和为一组的阶梯孔，这组孔的表面粗糙度要求是，以及以和的阶梯孔，其中是装配铰孔，其中孔的表面粗糙度要求是，是装配铰孔的表面粗糙度的要求是。3、侧面的三孔，分别为，其表面粗糙度要求 要求的精度等级分别是，。4、左视图两孔，一个为油孔，另一个为M6螺纹孔。5、孔内需拉油槽，深2mm，长46mm。6、后托架毛坯的选择金属型浇铸，因为生产率很高。单边余量一般在1-3mm，结构细密，能承受较大的压力，占用生产的面积较小。因为CA6140机床后托架的重量只有3.05kg,而年产量是50000件，为大批量生产。2.1.2 确定各表面加工方案1、平面的加工 底面的加工方案为底平面：粗铣半精铣精铣（），粗糙度为3.2-1.6，一般不淬硬的平面，表1.4-81，精铣的粗糙度可以较小。2、孔的加工10mm孔、13mm（20mm）阶梯孔1和10mm（13mm）阶梯孔、13mm（20mm）阶梯孔2分别使用组合机床钻孔加工；侧面三杠孔，使用组合机床钻扩铰（），表1.4-71，精度可以达到；孔和M6孔可分别使用摇臂钻床钻孔。3、孔内拉油槽，使用车床，用车刀拉出2mm深油槽。4、锪平R22 使用摇臂钻床和锪钻，锪深2mm。拟订工艺路线如下工艺路线如下：表1-1 后托架零件加工工艺过程工序号 工 序 内 容简要说明010020030040050060070080090100110120130铸造时效涂底漆粗铣半精铣精铣底面钻10mm和13mm（20mm）阶梯孔1钻10mm和13mm（20mm）阶梯孔2钻、扩、铰25.5mm、30.2mm、40mm孔钻6mm油孔钻5mm底孔，攻螺纹M6拉油槽锪平R22去毛刺检验、入库消除内应力防止生锈先面后孔，加工精基准使用组合机床使用组合机床使用组合机床Z3025Z3025Z30252.1.3 确定定位基准精基准的选择：后托架零件的下底面既是装配基准又是设计基准，用它作为精基准，能使加工遵循“基准重合”的原则。本课题主要研究钻、扩、铰25.5mm、30.2mm、40mm孔，使用典型的一面两孔定位方法，可以满足本工序的加工要求。即：下底面使用支承板定位，限制三个自由度；中间13mm孔使用圆销定位，限制两个自由度；端部13mm孔使用菱形销定位，限制一个自由度，则工件为完全定位。夹紧方案，选用勾形压板，夹紧工件顶面，结构请参阅附图 2 被加工零件工序图。2.1.4 确定组合机床配置形式 根据后托架零件的结构特点、工艺要求、工艺方案，初步选定为回转式夹具四工位组合机床，分别为钻孔工位、扩孔工位、铰孔工位、装卸工位；以及使用钻套导向。2.2 选择切削用量CA6140机床后托架的铸造采用的是铸铁制造，其材料是HT150，硬度HB为150-200，生产类型为大批量生产，采用金属型铸造毛坯。2.2.1 三杠孔加工余量表1.4-72，可以查得：钻孔的精度等级：，表面粗糙度；扩孔的精度等级：，表面粗糙度；铰孔的精度等级：， 表面粗糙度。查阅表1-82，可以查得：孔，公差=+0.03-0=0.03mm=IT8；孔，公差=+0.02-0=0.02mm=IT7；孔，公差=+0.025-0=0.025mm=IT7。根据工序要求，加工分为钻孔、扩孔、铰孔三个工序完成，及侧面三孔的公差要求，表2.3-81和表1-1803，各工序余量如下：钻孔：孔，其余量值为11.75mm；孔，其余量值为14.125mm；孔，其余量值为19mm。扩孔：孔，其余量值为0.9mm；孔，其余量值为0.875mm；孔，其余量值为0.875mm。铰孔：孔，其余量值为0.1mm；孔，其余量值为0.1mm；孔，其余量值为0.125mm。2.2.2 三杠孔切削用量 本工序选用高速钢钻头，表6-114、表6-134、表6-144，切削用量初步确定为：钻孔：孔，进给量f为0.2mm/r，切削速度为22m/min；孔，进给量f为0.22mm/r，切削速度为22m/min；孔， 进给量f为0.3mm/r，切削速度为22m/min。扩孔：孔，进给量f为0.25mm/r，切削速度为15m/min；孔，进给量f为0.26mm/r，切削速度为15m/min；孔，进给量f为0.29mm/r，切削速度为15m/min。铰孔：孔，进给量f为1.0mm/r，切削速度为4m/min；孔，进给量f为1.1mm/r，切削速度为4m/min；孔，进给量f为1.4mm/r，切削速度为4m/min。2.3 组合机床的总体设计组合机床的总体设计，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，进行组合机床总体方案图样文本设计。内容包括：绘制被加工零件工序图，加工示意图，机床联系尺寸总图和编制生产率计算卡。2.3.1 被加工零件工序图 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加工余量，毛坯或半成品情况的图样。被加工零件工序图主要包括下列内容：(1)被加工零件的形状和轮廓尺寸及与机床设计有关部位的结构形状及尺寸。(2)加工用定位基准，夹压部位及夹紧方向。以便依此进行夹具的定位支承、定位，夹紧和导向等机构设计。(3)本工序加工表面的尺寸、精度、表面粗糙度、形状公差及技术要求以及对上道工序的技术要求。(4)必要的文字说明。如被加工零件名称、编号、材料、硬度、重量及加工部位的余量等。 后托架零件加工工序图，详见附图2。 2.3.2 加工示意图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。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；是对机床总体布局和性能的原始要求；也是调整机床和刀具所必需的重要技术文件。加工示意图的内容有：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（直径和长度）；接杆、导向装置等结构尺寸；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。(1)刀具的选择表1-1803、表1-1943，表1-2153，及2.2.1 三杠孔加工余量初步选择刀具：莫氏锥柄麻花钻（GB/T1438.1-1996）（单位：mm）d=23.50，l1=155，l=276，3号锥度；d=28.25，l1=175，l=296，3号锥度；d=38.00，l1=200，l=349，4号锥度。锥柄扩孔钻（GB/T4256-2004）（单位：mm）d=25.30，l1=165，l=286，3号锥度；d=30.00，l1=175，l=296，3号锥度；d=39.75，l1=200，l=349，4号锥度。锥柄机用铰刀（GB/T1132-2004）（单位：mm）d=25.50，l=70，L=273，3号锥度；d=30.20，l=75，L=285，3号锥度；d=40.00，l=82，L=333，4号锥度。本课题主要负责钻孔加工，经分析d=28.25mm和d=23.5mm麻花钻长度不够，需要加长，表1-1813选用d=28.25mm，l1=230mm，l=351，3号锥度的莫氏锥柄长麻花钻（GB/T1438.2-1996）和查阅表1-1823选用d=23.5mm，l1=240mm，l=360，3号锥度的莫氏锥柄加长麻花钻（GB/T1438.3-1996）。(2)导向结构的选择本工序采用刚性主轴加工，零件上孔的位置精度同时还靠钻套的来保证。本组合机床设计使用固定式钻套来导向。固定钻套结构形式，一般由中间套、可换导套和压套螺钉组成，中间导套的作用是在导套磨损后，可以较为方便地更换，并不会破坏钻模体上的孔，有利于保持导向精度，如图2-1所示。图2-1 导向结构但是，后托架零件三杠孔的孔间距均为63mm，相对于孔径孔间距过小，设置中间导套后28.25mm、38mm两孔的中间导套发生干涉，结构受到限制，同时本工序选用四工位回转工作台，不频繁更换导套，综合以上几点情况考虑，不设置中间套，直接将钻套与钻模板按过应配合安装，这样还减少了一层误差，提高了孔的位置精度。表8-44通用导套的尺寸规格和表8-54各种导向的布置，则：钻孔，导向长度l1=（1-2.5）d，小直径取大值，大直径取小值，综合考虑并具体问题具体分析，选取38mm中型导套，l=12mm、L=55mm，则导向长度为67mm；选取28.25mm中型导套，l=10mm、L=55mm，则导向长度为65mm；由于25.5mm孔相对于另外两孔工件端面到钻模板距离大15mm，故选取23.5mm长型导套，l=10mm、l2=20、L=55mm，则导向长度为45mm。扩孔，采用单导向，导向长度l1=（2-4）d，小直径取大值，大直径取小值，综合考虑并具体问题具体分析，选取39.75mm中型导套，l=12mm、L=55mm，则导向长度为67mm；选取30mm中型导套，l=10mm、L=55mm，则导向长度为65mm；选取25.3mm长型导套，l=10mm、l2=20、L=55mm，则导向长度为45mm。铰孔同扩孔。(3)确定主轴类型、尺寸、外伸长度表6-204，组合机床切削力，切削转矩及切削功率为：，钻38mm孔钻28.25mm孔钻23.5mm孔表3-44，刚性主轴，取，则初定主轴直径为：考虑便于生产管理，适当简化规格，综合考虑加工精度和具体工作条件以及三孔间距均为63mm，间距比较小，表3-64和表4-34选定主轴I外伸长度L=135mm，外径D=67mm，内径d1=48mm的滚锥轴承主轴，配套的刀具接杆为4号莫氏锥度，主轴直径为40mm；主轴II外伸长度L=115mm，外径D=50mm，内径d1=36mm的滚锥轴承主轴，配套的刀具接杆为3号莫氏锥度，主轴直径为30mm的滚锥轴承主轴；主轴III外伸长度L=115mm，外径D=50mm，内径d1=36mm，配套的刀具接杆为3号莫氏锥度，主轴直径为30mm.(4)选择接杆表8-14，选取A48/4接杆一根，A36/3接杆两根。(5)动力部件工作循环及行程的确定工作循环包括快速引进、工作进给和快速退回1）工作进给长度的确定 工作进给长度等于加工部位长度（多轴加工时按最长孔计算）与刀具切入长度和切出长度之和。如图2-2所示：图2-2 工作进给长度切入长度一般为5-10mm，后托架零件端面的误差较小，取切入长度为6mm。切出长度由表3-74，钻孔时为1/3d+（3-8），取38mm孔切出长度为16mm，28.25mm孔切出长度为13mm，23.5mm孔切出长度为12mm。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，其长度按具体情况确定。3）快速退回长度的确定 快速退回的长度等于快速引进和工作进给长度之和。一般在固定式夹具钻孔或扩孔的机床上，动力部件快速退回的行程，只要把所有刀具都退至导套内，不影响工件的装卸就可以了。 4）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杆连同刀具一起从主轴孔中取出时，动力部件需退后的距离（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与前后备量之和。后托架零件加工示意图，详见附图3。2.3.3 机床联系尺寸总图机床联系尺寸总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的专用部件的总体结构而绘制的。（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。动力箱驱动多轴箱所需传递的功率主要依据多轴箱的切削功率来选用。即：，取0.9，则：表5-394，1TD32-1TD80动力箱性能，多轴箱选用1TD32-III型动力箱驱动（n=720r/min,电动机选Y112M-4型，功率为4kW）。动力箱由液压滑台驱动做直线进给运动，由选定的切削用量，总进给力F为：结合工作行程，动力箱轮廓尺寸，考虑工作稳定性，表5-14，1HY系列液压滑台的主要技术性能，选用1HY40I型液压滑台，最大进给力为20000N，工进速度为12.5-500mm/min，快速移动速度为8m/min；表5-24，1HY系列液压滑台与附属部件、支撑部件配套表，选用1CC401侧底座。（2） 确定机床的装料高度H装料高度一般是指工件安装基面至地面的垂直距离。考虑工人操作的方便性以及机床内部结构尺寸限制和刚度要求，工件最低孔位置h2=35mm，多轴箱允许的最低主轴高度h1，h1要保证润滑油不致从主轴衬套处泄漏到箱外，一般h185-140mm, 和通用部件，中间底座及夹具，底座基本尺寸的限制，且本课题为回转工作台，取H=1.1m。（3） 确定夹具轮廓尺寸工件的轮廓尺寸和形状是确定夹具底座轮廓尺寸的基本依据。详见附图3.（4） 确定中间底座尺寸回转工作台表5-414，1AHY系列回转工作台的主要技术性能，表5-424，1AHY系列回转工作台的联系尺寸，选择1AHY80型回转工作台，此型回转工作台高250mm，则中间底座高度为840mm，直径为900mm，其与液压滑台侧底座联接螺栓分度圆直径为850mm，详见附图3.（5） 确定多轴箱轮廓尺寸确定多轴箱尺寸，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+b1，其中，b为工件在宽度方向上相距最远的两空距离，则b=126mm；b1为最边缘主轴中心到箱体外壁距离，为保证多轴箱内有足够安排齿轮的空间，一般b170-100mm,故B=126+2100=326mm，取B=400mm。H=h+h1+b1，其中h为工件在高度方向上相距最远的两孔距离，本课题中h=0，h1为最低主轴高度，其必须考虑与工件最低孔h2，机床装料高度H，滑台总高h3，侧底座高度h4等尺寸之间的关系而确定。本课题中h2=35mm，H=1100mm，h3=320mm，h4=560mm，则h1=h2+H-（0.5+h3+h4）=254.5mm，H=h1+h+b1=354.5mm，由此按通用箱体系列尺寸标准选定多轴箱轮廓尺寸BH=400mm400mm。由以上数据绘制机床联系尺寸总图，详见附图3。2.3.4 机床生产率计算卡生产率计算卡是反应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，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Q（单位为件/h）是指完成年生产纲领A（包括备品及废品率）所要求的机床生产率，本课题A=4万件。它与全年工时总数tk有关，一般单班制tk取2350h，则（2） 实际生产率Q1实际生产率Q1（单位为件/h）是指所设计机床每小时实际可生产的零件数量。即 式中：则：即Q1Q,故机床实际生产率能满足理想生产率的要求。（3）机床负荷率，组合机床生产率计算卡如表2-2所示。表2-2 生产率计算卡被加工零件图号831001毛坯种类名称后托架零件毛坯重量材料HT150硬度150-200HBS工序名称钻、扩、铰三杠孔工序号序号工歩名称被加工零件数量加工直径（mm）加工长度（mm）工作行程（mm）切削速度（m/min）每分钟转速（r/min）进给量（mm/r）进给速度（mm/min）工时（min）机加工时间辅助时间共计1装卸工件11.51.52动力部件滑台快进0.00850.0085多轴箱工进38608222.51850.30561.4641.46428.25608222.52560.22561.4641.46423.5458221.82940.19561.4641.464滑台快退80000.01880.0188备注装卸工件时间取决于操作者熟练程度，本机床计算时取1.5min总计3.0min单件工时3.0min机床生产率20件/h机床负荷率85%3 多轴箱设计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。多轴箱由通用零件如箱体、主轴、传动轴、齿轮和附加机构等组成。多轴箱一般设计方法的顺序是：绘制多轴箱设计原始依据图；确定主轴结构，轴颈及齿轮模数；拟定传动系统；计算主轴，传动轴坐标；绘制坐标检视图，绘制多轴箱总图；零件图及编制组件明细表。3.1 绘制多轴箱原始依据图多轴箱设计原始依据图是根据“三图一卡”绘制的。由于：F1=8588.6N，F2=4982.0N，F3=3685.7N，为使进给抗力尽量和液压滑台轴线重合，即与多轴箱中轴线重合，以使液压滑台进给平稳。 建立力学模型如图-3所示：图3-1 主轴位置力学模型则：F1=（63-x）-F2x-F3(63+x)=0 可得：x=19mm即将三根主轴向轴3方向平移19mm。 由以上数据绘制多轴箱设计原始依据图，并标出主轴相对位置关系尺寸，如图3-2所示：图3-2 多轴箱设计原始依据图注：1、被加工零件编号及名称：831001后托架零件。材料及硬度：HT150，150-200HBS。 2、主轴外伸尺寸及切削用量，如表3-1所示：表3-1主轴外伸尺寸及切削用量轴号主轴外伸尺寸（mm）切削用量备注D/dL工序内容n(r/min)v(m/min)f(mm/r)167/48135钻3818522.50.30250/36115钻28.2525622.50.22350/36115钻23.529421.80.19 3、动力部件1TD321III，1HY40IA。3.2 主轴、齿轮的确定主轴的形式和直径，主要取决于工艺方法，刀具主轴联接结构，刀具的进给抗力和切削转矩，根据具体工况设轴承参数，本课题采用滚锥轴承主轴。主轴的直径在2.3.2中已初步确定。即：d1=40mm，d2=35mm，d3=30mm。齿轮模数m，采用类比法确定，按公式估算： 式中 P-齿轮所传递的功率，单位为kW； z-一对啮合齿轮中的小齿轮齿数； n-小齿轮的转速，单位为r/ min。 则：鉴于驱动轴上齿轮模数为3mm，为便于生产，同一多轴箱中的模数规格最好不要多于两种，故取m1=3mm，m2=2mm，m3=2mm。3.3 多轴箱传动设计多轴箱传动设计，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。本课题中，三根主轴按直线分布。3.3.1 主轴1传动链传动轴4带动主轴1的传动轴4，初选轴径d4=30mm，齿数Z4=18，考虑轴1与轴2间距只有63mm，将轴1齿轮安排在第排，为使齿轮与轴2不发生干涉，初选轴1齿轮齿数Z1=25，则传动轴4的转速为：所传递的转矩为：由于其为传动轴，表3-4【4】轴4的转矩，B=5.2，则轴径为：, 故合适。考虑传动轴4第排齿轮分度圆直径尽量大，以提高传动比，且其不与主轴1发生干涉，取。传动轴5 初选轴径d5=25mm，齿数Z5=18，其转速为：所传递的转矩为：由于其为传动轴，表3-44轴能承受的转矩，B=5.2，则轴径为： 故合适。考虑传动轴5第排齿轮分度圆直径尽量大，以提高传动比，且其不与传动轴4发生干涉，取。传动轴6 初选轴径d6=25mm，齿数Z6=18，其转速为：所传递的转矩为：由于其为传动轴，表3-44轴能承受的转矩，B=5.2，则轴径为： 故合适。考虑传动轴6第排齿轮与动力箱驱动轴，即0轴上齿轮啮合，且n0=720r/min, 则,圆整后取。0轴为驱动轴，则主轴1传动链各轴的转速为：轴6：，轴5：，轴4：，轴1：，主轴1的实际转速为185r/min,与计算转速188r/min误差很小，故合适。3.3.2 主轴2、3传动链主轴2和主轴3所需功率之和与主轴1相近，可将主轴2和主轴3用一根传动轴7带动，以简化传动系统。同时由于主轴2和主轴3间距只有63mm，为解决此问题，联系上一节主轴1上齿轮安排在第排，可将主轴2上齿轮安排在第排，主轴3上齿轮安排在第I排，这样既解决了三主轴间距过小的问题，又不至于影响机床的加工精度。为使主轴2、3上齿轮不与其它轴发生干涉，初选Z2=34，Z3=36。传动轴7初选轴径d7=25，其上第排齿轮齿数取，其转速为：则其上第排齿轮齿数为： 圆整后驱Z7=28。所传递的转矩为：由于其为传动轴，表3-44轴能承受的转矩，B=5.2，则轴径为： 故合适。考虑传动轴6上已有第排和第排齿轮，为节约齿轮空间且第排齿轮分度圆直径较大，可提高传动比，将第排作为主轴3传动链上的惰轮，其齿数Z7=28。传动轴8 初选轴径d8=25mm，齿数Z8=23，其转速为：所传递的转矩为：由于其为传动轴，表3-44轴能承受的转矩，B=5.2，则轴径为： 故合适。考虑传动轴8第排齿轮分度圆直径尽量大，以提高传动比，且其不与传动轴7发生干涉，取。传动轴9 初选轴径d9=25mm，齿数Z9=23，其转速为：所传递的转矩为：由于其为传动轴，表3-44轴能承受的转矩，B=5.2，则轴径为： 故合适。考虑传动轴9第排齿轮与动力箱驱动轴，即0轴上齿轮啮合，且n0=720r/min, 则：，圆整后取取。0轴为驱动轴，则主轴2、3传动链各轴的转速为：轴9：，轴8：，轴7：，轴3：，轴2：，主轴2的实际转速为256r/min,与设计转速254r/min误差很小，故合适；主轴3的实际转速为294r/min,与设计转速295r/min误差很小，故合适。手柄轴10多轴箱一般设置手柄轴，用于对刀、调整或装配检修时检查主轴精度。手柄轴转速应尽量高些，其周围应有较大空间，以方便检修及调整机床加工精度。初选轴径d10=30mm，齿数Z10=18，其转速为：=560=840r/min油泵轴11 多轴箱采用叶片泵润滑，油泵供油至分油器经油管分送各润滑点。油泵轴齿轮安排在第排，以便维修。图7-114液压泵传动轴组件、图7-124叶片式液压泵结构及安装尺寸，选ZIR12-2叶片液压泵，其上齿轮为Z11=24，m=2，此齿轮安排与传动轴6上齿轮在第I排齿轮啮合，同时又要保证液压泵转速n=550-800r/min，且液压泵安装后不与传动轴6上圆螺母干涉，以及传动轴6上第I排齿轮不与传动轴5发生干涉，综上所述，初选传动轴6上第排齿轮齿数Z6=42,则其转速为：=420=735r/min。3.3.3 主轴箱所需动力的计算主轴箱的动力计算包括主轴箱所需的功率和进给力两项。传动链确定后主轴箱所需功率按下列公式计算：式中 P切削-切削功率，单位为kW； P空转-空转功率，单位为kW； P损失-与负荷成正比的功率损失，一般取所传递功率的1%，单位为kW。则：表4-64轴的空转功率P空（kW）使用插值法可得各轴空转功率和损失功率如表3-2所示：表3-2 各轴空转、损失功率表轴号轴1轴2轴3轴4轴5轴6P空转0.0430.0450.0460.0320.0320.035P损失0.0150.0080.0070.0160.0170.018轴号轴7轴8轴9轴10轴11P空转0.0320.0360.0390.0580.025P损失0.0180.0180.01900由上表可得P空转=0.423kW,P空转=0.136kWP多轴箱=P切削+P空转+P损失=3.434+0.423+0.136=3.993kW 本课题选用的是1TD32III型动力箱，电动机为Y112M-4型，其额定功率为4.0kW。满足驱动多轴箱的要求。多轴箱所需的进给力F多轴箱可按下式计算：，式中，Fi-各主轴所需的轴向切削力，单位为：N；则：本课题选用的1HY40I型液压滑台，其最大进给力为20000N，足以克服加工时的进给抗力和滑台移动引起的摩擦阻力。3.3.4 主轴箱各轴位置的确定、绘制坐标检查图选择加工基准坐标系XOY，计算各轴坐标。为便于加工多轴箱，设计时采用直角坐标系XOY，坐标原点选在定位销孔上，这样使用立式镗床加工箱体孔系较为方便。主轴箱主轴传动链确定后，根据设计需要，尽量使主轴箱传动系统结构紧凑，由坐标系即可通过作图确定各轴在主轴箱里面的空间位置。轴空间位置坐标值如表3-3所示： 表3-3 各轴位置坐标值坐标销O1驱动轴O主轴1主轴2主轴3传动轴4传动轴5X017521915693280.479288.754Y094.5224.5224.5224.5204.99144.05坐标传动轴6传动轴7传动轴8传动轴9手柄轴10油泵轴11X260.354131.222137.632103.69855.968213.685Y89.5173.167122.57284.5132.23136.169根据绘制的坐标检视图，由各零件在空间的相对位置逐排（轴）检查有无碰撞干涉现象，并再次复查主轴与被加工孔的位置是否一致。相邻非啮合轴齿轮间、齿轮与轴套间间隙很小似碰非碰时，画出齿顶圆做细致检查，以验证是否发生碰撞。3.4 绘制多轴箱总图及零件图3.4.1 多轴箱总图设计通用多轴箱总图设计包括绘制主视图，展开图，编制装配表，制定技术条件等四部分。（1） 主视图 主要表明多轴箱主轴位置及齿轮传动系统，齿轮齿数、模数及所在排数，润滑系统等。因此，绘制主视图就是在设计的传动系统图上标出各轴编号，画出润滑系统，标注主轴、油泵轴、驱动轴的转速、油泵轴转向、驱动轴转向及坐标尺寸、最低主轴高度尺寸及箱体轮廓尺寸等。并标注部件号。（2） 展开图 各主轴和传动轴及轴上的零件大多是通用化的，且是有规律排列的。一般采用简化的展开图并以装配表相配合，表明多轴箱各轴组件的装配结构。展开图主要表示各轴及轴上零件的装配关系。包括主轴、传动轴、驱动轴、手柄轴、油泵轴及其上相应的齿轮、隔套、防油套、轴承或油泵等机件形状和安装的相对位置。图中各零件的轴向尺寸和径向尺寸（齿轮除外）要按比例画，轴向距离和展开顺序可以不按传动关系绘制，但必须注明齿轮排数、轴的编号及直径规格。本课题中三根主轴距离较近，故按实际间距绘制相关轴的成套组合件，以便能直观地检查是否有碰撞现象。对结构相同的同类型主轴、传动轴可只画一根，在轴端注明相同轴的轴号即可。对于轴向装配结构基本相同，只是齿轮大小及排列位置不同的两根或两组轴，可以合画在一起，即轴心线两边各表示一根或一组轴。展开图上应完整标注多轴箱的三大箱体厚度尺寸及箱壁和内腔有关联系尺寸、祝贺走外伸长度等。总图上还应有局部剖视表明动力箱与后盖及前盖与箱体间的定位结构。（3） 主轴和传动轴装配表 把多轴箱中每根轴上齿轮套等基本零件的型号规格、尺寸参数和数量及标准件、外购件等，按轴号装配，用装配表表示。这样使图对照清晰易看，节省设计时间，方便装配。（4） 多轴箱技术条件 多轴箱总图上应注明多轴箱部要求。 1） 多轴箱制造和验收技术条件：多轴箱按ZBJ58011-89组合机床多轴箱制造技术条件进行制造，按ZBJ58012-89组合机床多轴箱验收技术条件进行验收。 2） 主轴精度：按表7-124JB3043-82组合机床多轴箱精度标准进行验收。 详图请参照附图53.4.2 多轴箱零件设计多轴箱总图设计中，大多数零件是选用通用件、标准件和外购件；对于补充加工主轴等专用零件，则应设计零件图；对于多轴箱体类通用件，必须绘制补充加工图。（1） 专用零件工件图 本课题中三根主轴间距过小，使得防油套无法安装，则需要按一般零件工作图规格，参照同类通用零件图，结合专用要求设计绘图。详见主轴补充加工图。（2） 补充加工图 多轴箱体、前盖、后盖等通用零件，应根据多轴箱总图要求，绘制出需要补充加工的部位（如多轴箱体主轴承孔、传动轴承孔、油泵及其轴孔、定位销孔、后盖窗口扩大部位结构等），通常习惯用粗实线画出补充加工部位的结构，其尺寸、形位公差、表面粗糙度等均按机械制图国际规定格式标记；通用铸件的原有部分的轮廓等一律用细实线表示。详见附图6、7、8。4 多轴箱零件的校核4.1 轴的校核在多轴箱零件中轴的作用占有很大比例，只有首先满足轴的强度要求才能进行生产加工。4.1.1 主轴的校核在3.2章节中计算的主轴轴径d1=39.7mm，d2=32.4mm，d3=28.8mm；初定的主轴轴径d1=40mm，d2=35mm，d3=30mm。比较三根主轴轴径，主轴1的轴径余量最小，现取主轴1校核其强度。 （1）作轴的力学模型轴所受的载荷是从轴上零件传来的。计算时，常将轴上的分布载荷简化为集中力，其作用点取为载荷分布段的中点，即齿轮轴向的中心面。把轴当作置于铰链支座上的梁，支反力的作用点与轴承的类型和布置方式有关。有关的力学模型如图4-1所示：图4-1 主轴力学模型 （2）作弯矩图 作用在主轴1齿轮上的圆周力为： 径向力为：水平面的支反力：水平弯矩为：取绘出水平弯矩图，如图4-2所示；垂直面的支反力：垂直弯矩为：取绘出垂直弯矩图，如图4-2所示；图4-2扭矩弯矩图综上所述，总弯矩为：（3）作扭矩图 作用在主轴1上的扭矩为： 则扭矩图如图4-2所示；（4）校核轴的强度对主轴的轴径进行校核。式15-55 式中 ca-轴的计算应力，单位为MPa； M-轴所受的弯矩，单位为Nmm； T-轴所受的扭矩，单位为Nmm； W-轴的抗弯截面系数，实心轴时：W0.1d3，空心轴时：W0.1d3（1-4）， =d/D，单位为mm3； -弯扭折合系数，单向回转，扭转切应力为脉动循环应力时，取0.6； -1-对称循环变应力时轴的许用弯曲应力， 40Cr的许用弯曲应力-1=70MPa;1）对主轴1的轴径进行校核：由上可知ca=15.6MPa-1=70MPa, 主轴1选用的40mm轴径满足加工强度的要求。2） 对主轴1的外伸端补充加工后危险截面进行校核：建立力学模型，危险截面视作T型轴，小直径d1=50mm，大直径D=67mm，大头厚l=5mm，为使T型轴大头不致被压溃，现校核其强度。剪切应力为：扭转切应力为：按第三强度理论，计算应力：由上可知ca=22.3MPa-1=70MPa, 主轴1补充加工后其T型截面满足加工强度的要求。（5） 综上所述主轴1在设计时虽然所选轴径余量很小，但是经校核后表明，其安全使用的余量其实很大，完全能够满足加工强度的要求。类比，主轴2、主轴3不需再进行校核即可肯定其能够满足加工强度