多工位钻—攻组合机床设计

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1、江苏技术师范学院毕业设计说明书（论文）多工位钻攻组合机床设计序 言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。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

2、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

3、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。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、刀具、主轴箱和液压系统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

4、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。第1章 课题分析1.1 机床设计的目的、内容、要求1.1.1 设计的目的机床设计毕业设计，其目的在于通过机床主运动机械变速传动系统的结构设计，使我们在拟定传动和变速的结构方案过程中，得到设计构思、方案的分析、结构工艺性、机械制图、零件计算、编写技术文件和查阅资料等方面的综合训练，树立正确的设计思想，掌握基本的设计方法，培养基本的设计方法，并培养了自己具有初步的结构分析、结构设计和计算能力。1.1.2 设计内容（1）运动设计 根据给定的被加工零件，确定机床的切削用量，通过分析比较拟定传动方案和传动系统图，确定传动副的传动比及齿轮的齿数，并计

5、算主轴的实际转速与标准的相对误差。（2）动力设计 根据给定的工件，初算传动轴的直径、齿轮的模数；确定动力箱；计算多轴箱尺寸及设计传动路线。完成装配草图后，要验算传动轴的直径，齿轮模数否在允许范围内。还要验算主轴主件的静刚度。（3）结构设计 进行主运动传动轴系、变速机构、主轴主件、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。（4）编写设计说明书1.1.3 设计要求评价机床性能的优劣，主要是根据技术经济指标来判定的。技术先进合理，亦即“质优价廉”才会受到用户的欢迎，在国内和国际市场上才有竞争力。机床设计的技术经济指标可以从满足性能要求、经济效益和人机关系等方面进行分析。1.2 机

6、床的设计步骤1.2.1 调查研究研究市场和用户对设计机床的要求，然后检索有关资料。其中包括情报、预测、实验研究成果、发展趋势、新技术应用以及相应的图纸资料等。甚至还可以通过网络检索技术查阅先进国家的有关资料和专利等。通过对上述资料的分析研究，拟订适当的方案，以保证机床的质量和提高生产率，使用户有较好的经济效益。1.2.2 拟定方案通常可以拟定出几个方案进行分析比较。每个方案包括的内容有：工艺分析、主要技术参数、总布局、传动系统、液压系统、主要部件的结构草图、实验结果及技术经济分析等。在制定方案时应注意以下几个方面：（1）当使用和制造出现矛盾时，应先满足使用要求，其次才是尽可能便于制造。要尽量用

7、先进的工艺和创新的结构；（2）设计必须以生产实践和科学实验为依据，凡是未经实践考验的方案，必须经过实验证明可靠后才能用于设计；（3）继承与创造相结合，尽量采用先进工艺，迅速提高生产力，为实现四个现代化服务。注意吸取前人和国外的先进经验，并在此基础上有所创造和发展。1.2.3 工作图设计首先，在选定工艺方案并确定机床配置形式、结构方案基础上，进行方案图纸的设计。这些图子包括：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，统称“三图一卡”设计。并初定出主轴箱轮廓尺寸，才能确定机床各部件间的相互关系。其次，绘制机床的总装图、部分部件装配图、液压系统图。然后，整理机床有关部件与主要零件的

8、设计计算书，编制各类零件明细表，编写机床说明书等技术文件。最后，对有关图纸进行工艺审查和标准化审查。第2章 组合机床的总体设计2.1 组合机床方案的制定2.1.1 制定工艺方案零件加工工艺将决定组合机床的加工质量、生产率、总体布局和夹具结构等。所以，在制定工艺方案时，必须计算分析被加工零件图，并深入现场了解零件的形状、大小、材料、硬度、刚度，加工部位的结构特点加工精度，表面粗糙度，以及定位，夹紧方法，工艺过程，所采用的刀具及切削用量，生产率要求，现场所采用的环境和条件等等。并收集国内外有关技术资料，制定出合理的工艺方案。图2-1零件图图2-2 零件三维图根据被加工被零件（汽车转向器）的零件图（

9、图2-1），制定加工四个螺纹孔和一个通孔的工艺过程。（1）加工孔的主要技术要求。加工1个18的孔（钻孔深17）和4个M10*1.25螺纹孔（钻孔深16）。螺纹孔的位置度公差为0.3mm。工件材料为QT450，HB159235。要求生产纲领为（考虑废品及备品率）年产量4万件，单班制生产（2）工艺分析加工该孔时，孔的位置度公差为0.1mm根据组合机床用的工艺方法及能达到的经济精度，可采用如下的加工方案。第一工位：装夹，第二工位：一次性加工孔，孔径为18（钻孔深17），第三工位：一次性加工螺纹底孔，孔径为8.5（钻孔深16），第四工位：一次性加工螺纹，孔径为M10*1.25（攻螺纹深12）。（3）定

10、位基准及夹紧点的选择加工此转向器的孔，以基准面限制三个自由度，位于中间的心轴限制两个自由度，下方的孔以菱形销限制一个自由度。2.1.2 确定组合机床的配置形式和结构方案（1）被加工零件的加工精度被加工零件需要在组合机床上完成的加工工序及应保证的加工精度，是制造机床方案的主要依据。4个螺纹底孔的精度要求不高，可采用钻孔组合机床，工件各孔间的位置精度为0.1mm,它的位置精度要求不是很高，安排加工时可以在下一个安装工位上对所有孔进行最终精加工。为了加工出表面粗糙度为Ra3.2um的孔。采取提高机床原始制造精度和工件定位基准精度并减少夹压变形等措施就可以了。为此，机床通常采用尾置式齿轮动力装置，进给

11、采用液压系统，人工夹紧。被加工零件三维图如图2-2所示。（2）被加工零件的特点这主要指零件的材料、硬度加工部位的结构形状，工件刚度定位基准面的特点，它们对机床工艺方案制度有着重要的影响。此零件的材料是QT450、硬度HB159235，孔的直径为8.5mm。采用多孔同步加工，零件的刚度足够，工件受力不大，振动，及发热变形对工件影响可以不计。一般来说，孔中心线与定位基准面平行且需由一面或几面加工的箱体宜用卧式机床，立式机床适宜加工定基准面是水平的且被加工孔与基准面垂直的工件，而不适宜加工安装不方便或高度较大的细长工件。对大型箱体件采用单工位机床加工较适宜，而中小型零件则多采用多工位机床加工。2.2

12、 确定切削用量及选择刀具2.2.1 确定工序间余量为使加工过程顺利进行并稳定的保证加工精度，必须合理地确定工序余量。生产中常用查表给出的组合机床对孔加工的工序余量，由于在本钻床上钻孔后重新安装或在其他多工位机床上加工下道工序，应适当加大余量，以消除转、定位误差的影响。2.2.2 选择切削用量确定了在组合机床上完成的工艺内容了，就可以着手选择切削用量了。因为所设计的组合机床为多轴同步加工在大多数情况下，所选切削用量，根据经验比一般通用机床单刀加工低30%左右多轴主轴箱上所有刀具共用一个进给系统，通常为标准动力滑台，工作时，要求所有刀具的每分钟进给量相同，且等于动力滑台的每分钟进给量（mm/min

13、）应是适合有刀具的平均值。因此，同一主轴箱上的刀具主轴可设计成不同转速和不同的每转进给量（mm/r）与其适应。以满足不同直径的加需要，即：=式中： 各主轴转速（r/min） 各主轴进给量（mm/r） 动力滑台每分钟进给量（mm/min）转向器螺纹孔的加工精度、工件材料、工作条件、技术要求都是相同的。按照经济地选择满足加工要求的原则，采用查表的方法查得：第二工位：钻头直径D=18mm,铸铁QT450，HB159235、进给量f=0.2mm/r、切削速度v=15m/min，第三工位：钻头直径D=8.5mm,进给量f=0.15mm/r、切削速度v=15m/min，第四工位丝锥直径D=10mm，进给量

14、f=1.25mm/r。2.2.3 确定切削力、切削扭矩、切削功率根据选定的切削用量（主要指切削速度v及进给量f）确定切削力，作为选择动力部件（滑台）及夹具设计的依据；确定切削扭矩，用以确定主轴及其它传动件（齿轮，传动轴等）的尺寸；确定切削功率，用以选择主传动电动（一般指动力箱）功率，通过查表计算如下：布氏硬度：HB = HBmax(HBmaxHBmin) （2-1） =235(235159) =200第二工位 钻18孔：轴向力：=26 （2-2） =2618 =3417.44 N切削扭矩：=10 （2-3） =10 =17720Nmm切削功率：= （2-4） =1172015/(97403.1

15、418) =0.319 kw第三工位 钻8.5螺纹底孔：轴向力：=26 =268.5 =1282 N切削扭矩：=10 =10 =2083.8Nmm切削功率：= =2083.815/(97403.148.5) =0.138kw第四工位 攻M10螺纹切削速度：v=2.55m/min 取v=5m/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=160/r/minT=0.195DP = 6.85 Nm 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(Nmm) V切削速度（m/min） P切削功率(kw)2.2.4 选择刀具结构

16、汽车转向器的布氏硬度在HB159235，第二工位孔径D为18mm，第三工位孔径D为8.5mm，刀具的材料选择高速钢钻头（W18Cr4V），为了使工作可靠、结构简单、刃磨简单，选择标准18mm的莫式锥柄麻花钻，第三工位钻孔倒角一次性加工完成，选择钻孔倒角复合刀具；第四工位：选择M10高速钢丝锥，为了孔加工刀具的长度应保证加工终了时刀具螺旋槽尾端与导向套之间一般有3050mm的距离，以便排出切屑和刀具磨损后有一定的向前的调整量。2.3 钻孔组合机床总设计“三图一卡”的编制前面对多工位组合机床工艺方案及配置型式、结构方案确定的有关问题，它是钻床总体设计的重要内容。下面就以钻床加工转向器总体设计的另一

17、个问题，既总体设计方案的图纸表达形式“三图一卡”设计，其内容包括：绘制被加工零件工序图、加工示意图、机床联系尺寸图、编制生产率卡。2.3.1 被加工零件工序图1、被加工零件工序图的作用及内容被加工零件工序图是根据选定的工艺方案，表示一台组合机床完成的工艺内容，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、夹具部位及被加工零件的材料、硬度、重量和在本道工序加工前毛坯或成品状况的图纸，它不能用用户提供的图纸代替，而是在原零件图基础上，突出本机床的加工的内容，加上必要的说明绘制成的。它是组合机床设计的主要依据，也是制造、使用、检验和调整机床的重要技术文件。汽车转向器用钻孔组合机床的被

18、加工零件工序图如23所示。图上主要内容：（1）被加工零件的形状，主要外廓尺寸和本机床要加工部位的尺寸、精度、表面粗糙度、形位精度等技术要求，以及对上道工序的技术要求等。（2）本工序所选定的定位基准、夹紧部位及夹紧方向。（3）加工时如需要中间向导，应表示出工件与中间向导有关部位结构和尺寸，以便检查工件、夹具、刀具之间是否相互干涉。（4）被加工零件的名称、编号、材料、硬度及被加工部位的加上余量等。2、绘制被加工零件工序图的注意事项（1）为了使被加工零件工序图清晰明了，一定要标出被本机床的加工内容。绘制时，应按一定的比例，选择足够的视图及剖视图，突出加工部位（用粗实线），并把零件轮廓及与机床、夹具设

19、计有关部位（用细实线）表清楚，凡本道工序保证的尺寸、角度等，均应在尺寸数值下方面用粗实线标记。如图23中4M10*1.25加工用定位基准，机械夹压位置及方向，辅助支承均须用规定的符号表示出来。图23 被加工零件工序图（2）加工部位的位置尺寸应由定位基准注起，为便于加工及检查，尺寸应采用直角坐标系标出，而不采用极坐标，但有时因所选定位基准与设计基准不重合，则须对加工部位要求位置尺寸精度进行分析换算。2.3.2 加工示意图图24加工示意图1、加工示意图的作用和内容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

20、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。图24为转向器上多工位卧式组合机床加工示意图。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、夹具、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、绘制加工示意图之前的有关计算（1）刀具的选择 刀具选择考虑加工尺寸精度、表面粗糙度、切削的排除及生产率要求等因

21、素。刀具的选择前已述及，此处就不在追述了。（2）导向套的选择 在组合机床上加工孔，除用刚性主轴的方案外，工件的尺寸、位置精度主要取决于夹具导向。因此正确选择导向装置的类型，合理确定其尺寸、精度，是设计组合机床的重要内容，也是绘制加工示意图时必须解决的内容。1）选择导向类型 根据刀具导向部分直径d=10mm和刀具导向的线速度v=15m/min，选择固定式导向。2）导向套的参数 根据刀具的直径选择固定导向装置，如图25所示： 图25 固定导向装置固定导向装置的标准尺寸如下表：表21 固定导向装置的标准尺dDH182616101516固定装置的配合如下表：固定导向装置的布置如图25所示导向装置的布置

22、如表22所示：表22 导向装置的参数(mm)尺寸项目l1l2l3与直径d的关系(23)d加工铸铁dd/3+(38)计算值36186+4=10计算值3d=301010/3+8=12其后根据夹具设计统一调整固定导套长度为40mm.距离加工表面l2 为25mm。图26 固定导向装置的布置（3）初定主轴类型、尺寸、外伸长度因为轴的材料为40Cr，剪切弹性模量G=81.0GPa,刚性主轴取14（0）m,所以B取2.3，根据刚性条件计算主轴的直径为：第二工位：d2B=2.3=26.53mm 第三工位：dB=2.3=15mm第四工位：d6.2 =20mm 式中：d轴直径（mm） T轴所承受的转矩（Nmm）B

23、系数本设计中第二工位主轴直径取d=30mm,主轴外伸长度为：L=115mm，D/为50/36，内孔长度为：l1 =77mm，第三工位主轴直径取d=15mm,主轴外伸长度为：L=115mm，D/为25/16，内孔长度为：l1 =77mm.第四工位主轴直径取d=20mm,主轴外伸长度为： L=120mm, D/为30/14。（4）确定加工示意图的联系尺寸从保证加工终了时主轴箱端面到工件端面间距离最小来确定全部联系尺寸，加工示意图联系尺寸的标注如图24所示。其中最重要的联系尺寸即工件端面到多轴箱端面之间的距离,它等于刀具悬伸长度、螺母厚度、主轴外伸长度与接杆伸出长度（可调）之和，再减去加工孔深度和切

24、出值。（5）工作进给长度的确定 如图27工作进给长度应等于工件加工部位长度L与刀具切入长度和切出长度之和。切入长应应根据工件端面误差情况在510mm之间选择，误差大时取大值，切出长度,在采用一般简单刀具时，钻孔时的确定，=1/3d+(3-8), 因此第二工位取=8mm，取10，所以=17+8+10=35mm，第三工位取=7mm，所以=16+7=23mm. 第四工位取=11mm，所以=12+11=23mm。（6）快进长度的确定 考虑实际加工情况，在未加工之前，保证工件表面与刀尖之间有足够的工作空间，也就是快速退回行程须保证所有刀具均退至夹具导套内而不影响工件装卸。第二工位：这里取快速退回行程为1

25、55mm，快退长度等于快速引进与工作工进之和，因此快进长度15535=120mm.第三工位：这里取快速退回行程为153mm，快退长度等于快速引进与工作工进之和，因此快进长度15323=130mm.第四工位：这里取快速退回行程为153mm，快退长度等于快速引进与工作工进之和，因此快进长度15323=130mm. 图27 工作进给长度2.3.3 机床联系尺寸图图28 机床联系尺寸图1、联系尺寸图的作用和内容一般来说，组合机床是由标准的通用部件动力箱、动力滑台、立柱、立柱底座加上专用部件多轴箱、刀、辅具系统、夹具、液、电、冷却、润滑、排屑系统组合而成。联系尺寸图用来表示机床各组成部件的相互装配和运动

26、关系，以检验机床各部件的相对位置及尺寸联系是否满足要求，通用部件的选择是否合适，并为进一步开展主轴箱、夹具等专用部件、零件的设计提供依据。联系尺寸图也可以看成是简化的机床总图，它表示机床的配置型式及总体布局。如图28所示，机床联系尺寸图的内容包括机床的布局形式，通用部件的型号、规格、动力部件的运动尺寸和所用电动机的主要参数、工件与各部件间的主要联系尺寸，专用部件的轮廓尺寸等。2、选用动力部件选用动力部件主要选择型号、规格合适的动力滑台、动力箱。（1）滑台的选用 通常，根据滑台的驱动方式、所需进给力、进给速度、最大行程长度和加工精度等因素来选用合适的滑台。1）驱动形式的确定 由资料可以得到下面的

27、机械滑台和液压滑台性能特点对比如表2-3所示：表2-3 机械滑台和液压滑台性能的特点对比滑台类型优 点缺 点机械滑台1 进给量稳定，慢速无爬行。高速无振动。可以降低工件的表面粗糙度。2 具有较好的抗击性能3 运行安全可靠，调整维修方便4 没有液压驱动的管路漏油，噪声和液压占地问题。1只能有级变速，变速比较麻烦2 一般没有可靠的过载保护，快进转工进时转位精度低。液压滑台1 液压滑台在相当大的范围内进给量可以无级调速；2 可以获得较大的进给力；3 由于液压驱动零件磨损小，使用寿命长；4 工艺上要求多次进给时通过液压换向阀很容易实现；5 过载保护简单可靠；6 由行程调速阀来控制滑台的快进转工进转位精

28、度高，工作可靠。1进给量由于载荷的变化和温度的影响而不够稳定；2 液压漏油现象影响工作环境，能源浪费；3调整维修比较麻烦。由于工件的材料为QT450，硬度比较高，大批量生产要求机床加工精度有持久的稳定性和较高的生产率。由于液压驱动零件磨损小使用寿命长，经济性好，液压滑台使用方便，自动化程度高，工作可靠。所以选取了HY型液压滑台。2）确定轴向进给力 滑台所需的进给力第二工位：=3417.44N第三工位：=41282=5128N第四工位：= 式中：各主轴加工时所产生的轴向力由于滑台工作时，除了克服各主轴的轴的向力外，还要克服滑台移动时所产生的摩擦力。因而选择滑台的最大进给力应大于 。3）确定进给速

29、度 液压滑台的工作进给速度规定一定范围内无级调速，对液压滑台确定切削用量时所规定的工作进给速度应大于滑台最小工作进给速度的0.51倍;液压进给系统中采用应力继电器时，实际进给速度应更大一些。本系统中进给速度，第二工位：=nf=53mm/min，第三工位：=nf=84.3mm/min第四工位：=nf=200mm/min，所以第二工位和第三选择选HY25I液压滑台，工作进给速度范围32800mm/min，快速速度12m/min，最大进给力是8000N,第四工位选择HY50液压滑台，工作进给速度范围10350mm/min，快速速度6.3m/min，最大进给力是32000N。4）确定滑台行程 滑台的行

30、程除保证足够的工作行程外，还应留有前备量和后备量。前备量的作用是动力部件有一定的向前移动的余地，以弥补机床的制造误差以及刀具磨损后能向前调整。本系统第二工位前备量为20mm，后备量的作用是使动力部件有一定的向后移动的余地，为方便装卸刀具，这是取70mm,所以滑台总行程应大于工作行程，前备量，后备量之和，同理，第三工位前备量取30，后备量取60，第四工位前备量取40，后备量取70。即：第二工位：行程L1155+20+70=245mm；第三工位：行程L1153+20+70=243mm，；第四工位：行程L2153+30+60=243mm，L1=液压动力滑台型号HY25I, L1250mm。台面宽25

31、0mm,台面长500mm,行程长250，导轨为铸铁材料，滑台及滑座总高250mm,滑座长为790; L2=液压动力滑台型号HY50, L2400mm。（2）由下式估动力箱的选用 动力箱主要依据多轴所需的电动机功率来选用，在多轴箱没有设计之前，可算第二工位：0.3190.80.39875KW第三工位：40.1380.80.69KW第四工位：=4x0.1116/0.8=0.559kw 2= 0.559x2=1.12kw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。式中：多轴箱传动效率，加工黑色金属时0.80.9；有色金属时0.70.8，本系统加工QT450，取0.8动

32、力箱的电动机功率应大于计算功率，并结合主轴要求的转速大小选择。因此，第二工位选用电动机型号为Y90S-6，第三、四工位选用电动机型号为Y100L6的1TD25IA型动力箱，动力箱输出轴至箱底面高度为125mm。表23 主要技术参数 工位动力箱型号主电机传动型号转速范围（r/min）主电机功率（）电机转速输出转速第二工位Y90S-69106000.75第三工位1TD25IAY100L-69405201.5第四工位1TD25IAY100L-69405201.52、确定装料高度装料高度指工件安装基面至机床底面的垂直距离，在现阶段设计组合机床时，装料高度可视具体情况在H5801060mm之间选取，在绘

33、制过程机床联系尺寸图过程中，联系滑台高度、侧底座高度等，取装料高度为874。3、回转工作台的确定联系滑台高度、侧底座高度、装料高度等，选取1AHY80液压回转工作台，工作台直径为800mm。4、确定多轴箱轮廓尺寸本机床配置的多轴箱宽度和高度按标准尺寸中选取。多轴箱的宽度B和高度H的大小主要与被加工零件孔的分布位置有关，可按下式确定： B=b+2b1=83+2100=283 （2-5） H=h+h1+b1 =48+120+100=268 （2-6）式中 b工件在宽度方向相距最远的两孔距离，单位为mm; b1 最边缘主轴至箱体外壁距离，单位为mm; h工件在高度方向距离最远的两孔距离，单位为mm;

34、 h1最低主轴高度，单位为mm; 计算时，多轴箱的宽度B和高度H可确定为：B=320 H=250根据上述计算值，按主轴箱轮廓尺寸系列标准，最后确定主轴箱轮廓尺寸BH=320250mm。2.3.4 生产率计算卡生产率计算卡是反映所设计机床的工作循环过程、动作时间、切削用量、生产率、负荷率等技术文件，通过生产率计算卡，可以分析拟定的方案是否满足用户对生产率及负荷率的要求。计算如下：第二工位：切削时间： T切= L/vf+t停 （2-7） = 35/53215/600 =0.710min第三工位：切削时间： T切= L/vf+t停 = 23/84.3215/520 =0.331 min第四工位：切削

35、时间： T切=2* L/vf+t停 =2* 23/200215/520 =0.288min式中：T切机加工时间（min） L工进行程长度（mm） vf 刀具进给量（mm/min） t停死挡铁停留时间。一般为在动力部件进给停止状态下，刀具旋转515 r所需要时间。这里取15r第二工位 快进、快退时间 T = = （120155）/6300 =0.0389min第三工位 快进、快退时间 T = = （130153）/6300 = 0.0449min第四工位 快进、快退时间 T = = （130130）/12000 =0.0217min 式中：L3、L4 分别为动力部件快进、快退长度（mm） vfk

36、 快速移动速度（mm/min）考虑到每个工位完成后存在时间差，算得第二工位工作行程时间最长，所以第三、四工位工作行程时间与第一工位相同，装夹总时间也与第二工作行程时间相同。机床理想生产率 Q= 60/T单 （2-8） = 60/（T切+T辅） = 60/（4(T切+T + t移 +t装)） =60/3.1984 =18.76 件/h t移 工作台移动时间（min）,一般为0.050.13min,取0.05 min t装 装卸工件时间（min）一般为0.51.5min,取1min机床负荷率按下式计算 = Q1 /Q100% （2-9） = Q1tk/A100% =40000/3000/17.68

37、100% =75.41% 式中：Q机床的理想生产率（件/h） A年生产纲领（件） tk年工作时间，单班制工作时间tk =3000h表25 生产率计算卡被加工零件图号1601A-093毛坯种类铸件名称汽车转向器毛坯重量2KG材料QT450硬度HB159-235工序名称钻孔18，钻8.5螺纹底孔，攻M10*1.25螺纹工序号工时/min序号工步名称工作行程/mm切速/（mmin-1）进给量/（mmr-1）进给量/（mmmin-1）工进时间辅助时间1按装工件0.252工件定位夹紧0.253工作台旋转0.054钻孔滑台快进12063000.0195工进35150.2530.6606死挡铁停留0.057

38、快退15563000.02068工作台转位0.059钻小孔滑台快进13063000.020610工进23150.1584.30.27311死挡铁停留0.05812快退15363000.024313工作台转位0.0514攻螺纹滑台快进130120000.010815攻螺纹工进2351.252000.11516死挡铁停留0.05817攻螺纹工退2351.252000.11518快退153120000.012819工作台转位0.0520工件松开0.2521卸下工件0.25备注1、钻削头主轴转速600r/min，钻螺纹底孔主轴转速520 r/min，攻螺纹主轴转速520 r/min。2、一次安装加工完

39、一个工件单件总工时3.1984机床生产率17.68件/h理论生产率16件/h负荷率85.29%第3章 多轴箱的设计3.1 绘制多轴箱设计原始依据图多轴箱设计原始依据图是根据“三图一卡”绘制的如图31所示图中多轴箱的两定位销孔中心连线为横坐标，工件加工孔对称，选择箱体中垂线为纵坐标，在建立的坐标系中标注轮廓尺寸及动力箱驱动轴的相对位置尺寸。主轴部为逆时针旋转（面对主轴看）。图31 四轴头多工位同步钻床多轴箱原始依据图主轴的工序内容，切削用量及主轴尺寸及动力部件的型号和性能参数如表所示表31 主轴外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)

40、Vf(mm/min)1、2、3、425/16115钻8.5562150.1584.33.2 主轴、齿轮模数的选择本组合机床第三工位主要用于钻孔，因此采用滚珠轴承主轴。齿轮模数m可按下式估算：m=(3032)=30=1.49 （3-1） 式中：m估算齿轮模数P齿轮所传递率（kw）Z对啮合齿中的小齿轮数N小齿轮的转速（r/min）齿轮模数取m2=1.53.3 多轴箱所需动力的计算多轴箱所需功率可按下列公式计算： （3-2）查表可得：kw；kw；kw ；。 3.4 多轴箱的传动设计 图32转向器上钻孔多轴箱传动系统的传动树形图（1）拟定传动路线 将主轴1、4作为一组，看成直线分布，在两主轴中心连线的

41、垂直平分线上布置中心传动轴5,同样把主轴2、3作为一组,由转动轴6带动。油泵轴7用中心传动轴5驱动。然后，将传动轴6、7与驱动轴O连接起来，形成多轴箱的传动系统如图32所示。（2）根据原始依据图，画出驱动轴、主轴坐标位置。如下表：表32 驱动轴、主轴坐标值坐标销O1驱动轴O主轴1主轴2主轴3主轴4X135041.541.541.541.5Y0951381389090（3）确定传动轴位置及齿轮齿数1）最小齿数的确定为保证齿轮齿根强度，应使齿根到孔壁或键槽的厚度a2m,驱动轴的直径为d=20mm,有机械零件设计手册知，如图33所示齿轮t=22.3mm,当m1=1.5时。驱动轴上最小齿轮齿数为： 图

42、33 齿轮的最小壁厚2（t/m1+2+1.25）d0/m1 （3-3） =2(22.3/1.5+2+1.25)20/1.5 =22.9所以驱动轴齿数要大于等于23。为减小传动轴的种类，所有传动轴的直径取15mm.当m=1.5，d=15时，齿轮t=16.3mm。主轴上最小齿轮齿数为：2（t/m+2+1.25）d0/m2 =2（16.3/1.5+2+1.25）15/1.5 =17所以主轴齿数要大于等于17。2）确定传动轴5、6与主轴1、4；2、3间的齿轮副齿数在设计齿轮传动装置时，常采用的传动比分配原则有：等效传动惯量最小原则、质量最小原则和输出轴转角误差最小原则三种。对于钻床要求运转平稳、启动频

43、繁和动态性能好的降速传动链，可按等效传动惯量最小原则设计。由于主轴1、4；2、3关于Y轴对称，传动轴在主轴1、4的连线的中垂线上，取传动轴5的坐标为（35，105），取驱动轴与传动轴5的轴心距为A0-5=A0-6=35.54mm,传动轴5与主轴1、2的轴心距为A5-1=A5-2=26.61mm，A6-2=A6-3=A5-1。总传动比：i总=520/562=0.925根据等效传动惯量最小原则 则：A0-5=m/2(Z0+Z5) Z5/Z0=1.0936 解得： Z0=23 Z5=24又因为Z从=2A/m-Z主，m=1.5，所以传动轴5与主轴1或4间传动轴副的齿数和为36，i5-1=i总/i0-5

44、=0.925/1.0936=0.847解得：Z5+Z1=36Z1/Z5=0.847Z1=17Z5=193) 确定油泵轴7的确定油泵轴7直接由传动轴5上的18齿的齿轮驱动。R121A液压泵推荐转速为n=550800r/min,中心传动轴转速n5=i5-1n1=0.847562=476.014r/min.因此传动轴比i5-7=476.014/(550800)= 0.6490.865. 则：油泵轴齿轮齿数为Z7=Z5i5-7=19（0.6490.945）=11.6917.95 取Z7=18油泵的理论转速为n7=n5Z5/Z7=476.01419/18=502.495r/min油泵轴7与传动轴5的轴距

45、为A5-7=m(Z5Z7)/2=1.5(19+18)/2=27.75mm液压泵轴也安排在中心轴1、4的连线的中垂线上，与传动轴5、6在同一截面，则液压泵轴7的坐标轴为（20，105）。各传动轴的坐标见表所示表33 传动轴的坐标值传动轴编号轴5轴6轴7（Xi,Yi）(-30,95)(30,95)(-3,95)各传动副的中心距及其齿轮齿数见表表34 传动副的中心距（mm）及其齿轮齿数轴距代号A0-5、A0-6A5-1、A5-4、A6-2、A6-3A5-7中心距值35.5426.6127.75主动轮Z231919从动轮Z241718各传动齿轮的尺寸如表所示表35 各齿轮的尺寸(单位mm)齿数Z齿底圆

46、直径df分度圆直径d齿顶圆直径da第排Z5、61924.75 28.531.5 Z1、2、3、41721.7525.528.5Z71823.252730第排ZO2330.7534.537.5Z5、62432.253639注：所有传动齿轮宽度为24mm4）验算主轴的转速 使各主轴转速的相对转速损失在5%以内。n1、2、3、4=520=557r/min 损失率=0.8%3.5 绘制传动系统图传动系统图是表示传动关系是示意图，即用以确定的传动轴将驱动轴和各主轴连接起来，绘制在多轴箱轮廓内的传动示意图，如图34所示图34 转向器钻孔多轴箱传动系统图图中多轴箱箱体内只排放一排24mm宽的齿轮，传动轴齿轮

47、和驱动轴齿轮为第排。在图中标出齿轮的齿数、模数、变位系数，以校核驱动轴是否正确。另外，应检查同排的非啮合齿轮是否齿顶干涉；还画出主轴直径和轴套直径，以避免齿轮和相邻的主轴轴套相碰。3.6 传动零件的校核（1）验算传动轴的直径校核传动轴以承受的总扭矩最大传动轴5，由它驱动的有主轴1、4和液压泵轴7。主轴扭矩：T1=T4=2083.8Nmm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：Pq=T式中：P液压泵的压力N/ q液压泵的排量m3/s T输入扭矩Nm 输入角速度rad/s单位换算：P=0.3MPa=0.3106Pa n =5

48、02.495r/min =8.3749r/s q=5.888.3749=49.2445ml/r=49.2410-6m3/s =2n/60=23.14502.495/60 =52.59rad/s代入公式：Pq=T （3-4） 49.2410-60.3106=52.59T7 解得：T7=280NmmT5=T1/i5-1+T4/i5-4+T7/i5-7=22083.8/0.894+280/0.944=4956Nmm根据 d=B=14.78mm15mm因此传动轴5、6是符合要求的。（2）齿轮模数的验算对多轴箱中承受载荷最大、最薄弱的轴5上的齿轮进行接触疲劳强度和弯曲疲劳强度的验算。齿轮的材料为45钢，

49、表面淬火，布氏硬度HB=159235，平均值200HB。设使用寿命10年。齿轮Z5=19、Z1=17、宽度B=24mm，传动比i5-1=0.894,工作时间比0.925/2.804=0.33。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Hlim 由资料得 Hlim =410MPa齿轮5的圆周速度v5 v5=0.71m/s （3-5）精度等级 选9级精度使用系数KA 由表12.9 KA=1.1动载系数KV 由图12.9 KV=1.24齿间载荷分配系数KH 由表12.10先求 Ft=2T5/d5=28032.849/28.5=

50、563.71N KAFt/b=1.1563.71/24=41.34N/mm100N/mm =1.883.2(+)cos (=0) （3-6） =1.883.2(+) =1.52 Z=0.91由此得KH=1.21齿向载荷分布系数KH 由表12.11知 KB=A+B1+0.6（）2（）2+C10-3b （3-7） =1.17+0.161+0.6(24/28.5)2 (24/28.5)2+0.6110-324 =1.72载荷系数K K=KAKVKHKH =1.11.241.211.72 =2.84弹性系数ZE 由表12.12 ZE=189.8节点区域系数ZH 由图12.16 （X1X2）/(Z1Z2

51、)=0.005 ZH=2.62接触最小安全系数SHmin 由表12.14 SHmin=1.25总工作时间th th=1036580.33=9715.2h应力循环次数NL1=60n5th = 603476.0149715.2 =8.32108 NL2=60n1th =6015629715.2 =3.3108接触寿命系数ZN 由图12.18 ZN1=1.14 ZN2=1.24许用接触应力H H1= =373.92MPa H2= =406.7MPa验算 H=ZEZHZ （3-8） =189.82.620.91 =499.59MPa373.92 MPa计算表明：接触疲劳强度是合适是，齿轮尺寸无须调整。齿根弯曲疲劳强度验算重合度系数Y Y= 0.25+0.75/=0.25+0.75/1.52=0.74齿间载荷分配系数KF 由表12.10 KF=1/Y=1/0.74=1.35齿向载荷分配系数KF b/h=24/(2.252)=5.33 由图12.14 KF =1.2载荷系数K K=KAKVKFKF =1.11.241.351.2 =2.21齿形系数YF 由图12.21 YF1=2.37 YF2=2.56应力修正系数YS 由图12.22 YS1=1.68