毕业设计（论文）485柴油机缸体螺栓底孔加工组合机床设计

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1、江苏科技大学毕业设计（论文）中文摘要组合机床的研制和推广，是加速机械工业技术革命的有效途径之一，是机械工业，特别是汽车、拖拉机、电机、仪表等生产部门进行机床革新，推动生产发展的重要设备。而多轴箱是组合机床的重要部件之一。钻12孔的组合机床多轴箱是根据485柴油机缸体具体零件设计。设计此机床可以大大提高生产效率和加工质量。在此设计中大量使用了机械设计方面的知识，并且参考了许多资料。关键词：多轴箱；485柴油机缸体；主轴；传动轴；齿轮Abstract目 录摘要-1第一章 零件工艺的分析及加工工艺1.1 工艺路线卡片-51.2 组合机床工艺分析-61.3 影响工艺方案的主要因素-1.4 工序间余量的

2、确定-1.5 刀具结构的选择-第二章 钻12孔专用组合机床的整体配置形式及各主要部件的选择2.1 原理部分-2.2 计算部分-2.2.1 主轴、齿轮的确定和动力计算-2.2.2 多轴箱传动设计-2.2.3 多轴箱坐标计算、绘制坐标检查图-第三章 传动系统的设计及校核3.1 齿轮的计算-3.1.1 组合机床切削用量选择的特点、方法及注意问题-3.1.2 确定切削力、切削转矩、切削功率及刀具耐用度-3.1.3 选择切削用量、刀具-3.1.4 选择动力部件-3.2 齿轮的校核-第四章 钻12孔专用组合机床的主要组成零件及其选择依据4.1 多轴箱总图设计-4.2 加工示意图设计-4.3 机床联系尺寸图

3、设计-致谢-参考文献-附录-第一章 零件工艺的分析及加工工艺本次课程设计的题目是“485柴油机缸体螺栓底孔加工组合机床设计(多轴箱)”，需要设计的多轴箱是用来生产汽缸体的。1.1 工艺路线卡片通过查阅有关资料和参考其他工件的工艺分析过程，制定了该支撑座的机械加工的工艺过程。具体工艺过程如下：表1.1 工艺卡片材料铸铁工艺路线卡产品型号每台件数1零件名称汽缸体毛坯种类尺寸零件号工序号工序名称加工车间备注005铸件毛坯铸造车间010时效处理热处理车间015粗铣顶面和底面卧式铣床020精铣底面卧式铣床025钻、铰两工艺孔摇臂钻030粗、精铣前后面卧式铣床035粗拉主轴承对口面专用拉床040粗铣各主轴

4、承两端面卧式铣床045粗、精镗主轴承底孔卧式镗床050精铣各主轴承两端面卧式铣床055刨主轴承盖接合面及止口龙门刨床060钻凸轮轴孔摇臂钻065精铣汽缸体顶面卧式铣床070以顶面为支撑钻底面上孔专用机床075以主轴箱盖接合面、止口面和齿轮室面定位，钻主轴承螺栓孔摇臂钻080以底面和两定位孔定位，镗汽缸孔专用机床085镗主轴孔、凸轮轴孔专用机床090检验095铣后油封镶条止口、主轴瓦止口万能铣床100钻上面所有螺纹底孔、油孔，钻、扩、铰气门导管孔摇臂钻105钻分油块所在的侧面孔、齿轮室面各孔摇臂钻110钻侧盖板孔、底面镶条底孔及所有螺纹攻丝摇臂钻115以主轴承孔和接合面定位，钻8斜油孔摇臂钻12

5、0去毛刺钳工车间125清洗、检验、打号钳工车间工艺更改登记编制审核校对批准1.2 组合机床工艺分析通过对加工工件的分析和研究， 在参阅了有关的组合机床资料后，可以初步拟订组合机床工艺方案的一般步骤如下：（1）分析、研究加工要求和现场工艺在制定组合机床工艺方案时，首先要分析、研究被加工零件的用途及其结构特点，加工部位及其精度、表面粗糙度、技术要求及生产纲领。色深入现场调查分析零件（或同类零件）的加工工艺方法，定位和夹紧方式，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先行工艺资料，以便制定出切合实际的合理工艺方案。（2）定位基准和夹压部位的选择组合机床一般为工序集中的多刀加工，不但

6、切削负荷大，而且工件受力方向变化。因此，正确选择定位基准和压夹部位是保证加工精度的重要条件。对于毛坯基准选择要考虑加工余量的均匀性；对于光面定位基准的选择要考虑基面与加工部位间位置尺寸关系，使它利于保证加工精度。定位夹压部位的选择应在有足够夹紧力下工件生产的变形最小，并且夹具易于设置导向和通过刀具的部位。组合机床常用工艺方法及所能获得的加工精度、表面粗糙度和形位精度推荐数据参见组合机床简明手册。1.3 影响工艺方案的主要因素（1）加工的工序内容和加工精度 这是制定机床工艺方案的主要依据。面加工和孔加工、不同尺寸的平面和孔径不同的加工精度要求，直接影响着工艺方法的选择（镗、钻、铰等）和加工步数及

7、工艺路线的确定。（2）被加工零件的特点如工件的材料及硬度、加工部位的结构形状、工件刚性、定位基准面的特点等，对组合机床工艺方案的拟定都有着重要影响。工件材料及硬度 工件材料及硬度不同时，加工方法和效果也有所不同。例如加工较软的金属件或有色金属件时，比加工铸铁件或钢件采用的切削用量高，加工小孔时工步比较少，加工精度较好。加工部位的结构形状 当工件内壁孔径大于外壁孔径时，只能采用单刀镗削，加工时工件（或镗刀）要让刀，使镗刀定向送进工件以后方能加工。工件的刚性 当工件刚性不足时，工序不能太集中。必要时，某些工序需错开加工以免工件变形和振动影响加工精度。当工件薄壁件时，要采用多点夹压或塑性夹具及其他工

8、艺措施防止夹压变形和加工时共振。零件的生产批量 零件的生产批量大时，工序安排一般趋向分散，而且粗加工、半精及精加工也宜分开。中小批量生产时，工序安排应尽量集中，减少机床台数，提高机床利用率。以上需要根据节拍要求对限制性工序选择工艺方法及切削用量，作必要计算分析。使用厂房车间制造能力 如工具制造能力。若使用厂没有制造、刃磨复杂的复合刀具或特殊刀具能力，制定工艺方案时应尽量采用简单或标准刀具。1.4 工序间余量的确定通过对机械加工工序间余量有关资料的查阅和对工件的工艺的分析可以确定零件的毛坯尺寸和形状。示意图如下：图1.1为可靠的保证加工质量，必须合理的确定工序间的余量。组合机床孔加工的常用工序间

9、余量参见下表，其他工艺方法的工序间余量可参考相关工艺设计资料。确定工序间余量应注意以下问题：（1）粗镗时应考虑到工件的冷硬层、铸造里皮和孔偏心，孔径余量一般应大于或等于67mm。（2）工件经重新安装或用多工位机床加工，定位误差较大时，余量应适当加大。当工件在一次安装下半精加工和精加工时，精加工余量可小些。精镗H6H7孔时，直径上余量一般不超过0.40.5mm。表1.2 各工序加工余量加工工序加工孔径工序特点直径上工序间余量扩孔1020钻孔后扩孔1.5 2.0粗扩后精扩0.5 1.02050钻孔后扩孔2.0 2.5粗扩后精扩1.0 1.5铰孔10200.10 0.2020300.15 0.523

10、0500.20 0.3050800.25 0.35801000.30 0.40半精镗20800.7 1.25801501.0 1.5精镗300.20 0.25301300.25 0.401300.35 0.50（3）在确定镗孔余量时，应注意余量对镗杆直径的影响。尤其是需要让刀时，加工余量和让刀量决定了镗杆直径需要的削偏的程度。1.5 刀具结构的选择正确的选择刀具结构，对保证组合机床正常工作极为重要。根据工艺要求和加工精度不同，常用刀具有一般刀具（标准）、复合刀具及特种刀具等。选择刀具结构应注意以下问题：（1）只要条件许可，应尽量选用标准刀具和一般简单刀具。（2）为提高工序集中程度或保证加工精度

11、，可采用先后加工或同时两个或两个以上表面的复合刀具。但应尽量采用组装式结构，如装几把镗刀的镗杆，几把扩孔钻或铰刀的镗杆，同时加工孔及端面的镗刀头等。整体式复合刀具制造刃磨较困难，刀体不能重复使用，成本高，只有为了节省工位或机床台数和为保证加工精度所必须时才能采用。选择和设计复合刀具，应注意刀具加工形成和导向位置的变化；刀具制造、刃磨和排屑是否方便；还应使复合刀具各切削部分的耐用度大致相同。（3）采用镗刀和铰刀的原则：由于大直径铰刀不易制成，一般铰刀使用直径在100mm以内（常在40mm以内）。下列情况选用铰刀较为有利：孔面不连续，镗削时易产生振动，影响孔的圆度；在机床上对刀不够方便；加工孔径小

12、于40mm且要求较高的同心孔系；加工节拍短，要求不常调刀且尺寸精度较稳定。除上述情况外，应优先选用镗削工艺。因为镗刀制造、刃磨简便，特别对不通孔、高精度孔、孔中心线直线度和位置度要求严格的孔，采用精密镗削工艺是必要的。组合机床大多采用装在镗杆上的硬质合金镗刀头进行镗孔。镗杆直径和镗刀截面尺寸一般可根据镗孔直径按表选取镗孔、镗杆直径和镗刀截面。表1.3镗杆直径D304042515070709090100镗杆直径d20303040405050659095镗刀方截面B*B8*810*1012*1216*1616*16；20*20镗刀圆截面直径d810101212161820（4）选择刀具必须考虑工件

13、材料特点。如加工硬度较高的铸铁，为提高刀具使用寿命，宜采用多刃铰刀或多刃镗头；加工钢件时，为避免切屑缠绕镗杆，也适宜用多刃铰刀或多刃镗头。当能解决切屑缠绕问题时，可采用单刀镗削，以利于提高加工精度和表面粗糙度。第二章 钻12孔专用组合机床的整体配置形式及各主要部件的选择2.1 原理部分（1）经过上面对零件的工艺分析和对加工余量、刀具进刀量的分析，可以初步拟定组合机床的整体配置形式：. 表2.1 液压滑台配套表滑台压力继电器装置型号侧底座立柱型号立柱底座型号动 力 箱台面宽(mm)型 号行程(mm)型号形式型号电动机驱动轴转数(/min)型 号功率(kw)3201HY324001HY32-F51

14、CC321CL32CD32TD63Y160M-411730表2.2 液压滑台主要技术性能滑台型号滑台面宽(mm)滑台台面长度(mm)行程(mm)最大进给力(KN)液压缸直径/活塞直径(mm)推荐液压泵流量(l/min)工作进给速度范围(mm/min)快行程速度(m/min)HY3232063040012.5633220-65010（2）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。其主要内容及注意事项如下：根据机床联系尺寸图，绘制多轴箱外形图，并标注轮廓尺寸与动力箱驱动轴的位置尺寸。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、主轴与驱动轴的相对位置尺寸。在

15、绘制主轴位置时，要特别注意：主轴和被加工零件在机床上是面对面安放的，因此，多轴箱，主视图上的水平方向尺寸与零件工序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统一基准，并标出其相对位置关系尺寸。然后根据零件工序图各孔位置尺寸，计算多轴箱上各主轴坐标。根据加工示意图标注各主轴转速及转向。主轴逆时针转向（面对主轴）可不标，只注顺时针转向。列表标明各主轴的工序内容、切削用量及主轴外伸尺寸等。标明动力部件型号及其性能参数。表2.3轴号主轴外伸尺寸切削用量备注D/dL工序内容n(r/min)v(m/min)f(mm/r)1-1

16、040/30115钻孔12mm597160.442.2 计算部分2.2.1 主轴、齿轮的确定和动力计算（1）主轴形式和直径、齿轮模数的确定主轴形式和直径，主要取决于工艺方法、刀具主轴连接结构、刀具的进给抗力切削转矩。如钻孔时常采用滚珠轴承主轴。主轴直径按加工示意图所示主轴类型及外伸尺寸可初步确定。传动轴的直径也可参考主轴直径大小初步选定。待齿轮传动系统设计完毕后再验算某些关键轴径。齿轮模数m（单位：mm）一般用类比法确定，也可按公式估算，即：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。多轴箱中的齿轮模数常用2、2.5、3、3.5、4

17、几种。（2）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。传动系统确定之后多轴箱所需功率 按下列公式计算：2.2.2 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。（1）多轴箱传动系统的一般要求在保证主轴的强度、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。当中心距不符合标准时，可采用变位齿轮或略微改变传动比的方法解决。尽量不用主轴带动主轴的方案，以免增加主轴的负荷，影响加工质量。也可用一根强度较高的主轴带动12根主轴的传动方案。为使结构紧凑，多

18、轴箱内齿轮的传动比一般要大于0.5（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，是传动链前面的轴，齿轮转矩较小，结构紧凑，但空转功率损失随之增加，故经常采用升速传动。用于粗加工主轴的齿轮，应尽量可能设置在第一排，以减少主轴的扭转变形；精加工主轴上的齿轮，应设置在第三排，以减少轴端的弯曲变形。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，就分两条传动路线，以免影响加工精度。驱动轴直接带动的转动主轴数不能超过两根，以免给装配带来困难。（2）拟定多轴箱传动系统的基本方法拟定多轴箱传动系统的基本方法是

19、：先把全部只周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别设置中心传动轴；非同心圆分布的一些主轴，也宜设置中间传动轴（如一根传动轴带两跟或三根主轴）；然后根据已选顶的各中心传动轴再选取同心圆，并用最少的传动轴带动这些中心传动轴；然后通过合拢传动轴与动力箱连接起来。将主轴划分为各种分布类型 被加工零件上加工孔位置分布是多种多样的，但大致可归纳为：同心圆分布、直线分布和任意分布三种类型。因此，多周详上主轴分布响应分为三种。直线分布 对这类主轴，可分别用一根中间传动轴带动两根主轴。确定驱动轴转速转向及其在多轴箱上的位置 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

20、选择；动力箱与多轴箱连接时，应注意驱动轴中心一般设置于多轴箱体宽度的中心线上，其中心高度则决定于所选动力箱的型号规格。驱动轴中心位置在机床联系尺寸图中已经确定。用最少的传动轴及齿轮把驱动轴和各主轴连接起来在多轴箱设计原始依据图中确定了各个主轴的位置、转速和转向的基础上，首先分析主轴位置，拟定传动方案，选定齿轮模数（估算或类比），再通过“计算、作图或多次试凑”相结合的方法，确定齿轮齿数和中间传动轴的位置及转速。2.2.3 多轴箱坐标计算、绘制坐标检查图坐标计算就是根据已知的驱动轴和主轴位置及传动关系，精确计算各中间传动轴的坐标。其目的是为多轴箱箱体零件补充加工图提供孔的坐标尺寸，并用于绘制坐标检

21、查图来检查齿轮排列、结构布置是否合理。多轴箱坐标计算步骤、要求如下：（1）选择加工基准坐标XOY，计算主轴、驱动轴坐标加工基准坐标系的选择 为便于加工多轴箱体，设计是必须选择基准坐标系。通常采用直角坐标系XOY。根据多轴箱的安装位置及加工条件，常有下述两种方法：坐标原点在定位销孔上：这种方法适用于多轴箱安装在动力箱上。通常用立式坐标镗床加工箱体孔系比较方便。坐标系的X轴选在箱体底面，Y轴通过定位销孔。这种方法适用于多轴箱以底面为基准直接安装在滑台上。通常用卧式坐标镗床加工多轴箱体孔系，这样使工艺与设计基准一致，易于保证加工精度。计算主轴及驱动轴的坐标 根据多轴箱设计原始依据图，按选定的基准坐标

22、系，计算或标出各主轴及驱动轴的坐标（计算精度要求到小数点后三位）。如果零件上孔距尺寸带有单向或双向不等公差，则在标注坐标时，应把公差考虑进去，使孔距的的名义坐标尺寸恰好位于公差带的中央。图2.1 图2.2（2）计算传动轴坐标计算传动轴坐标时，先算出与主轴有直接传动关系的传动轴坐标，然后计算其他传动轴坐标。传动轴的传动形式很多，一般可分为三类：与一轴定距，与二轴定距，与三轴定距。其计算方法如下：与一轴定距的传动轴坐标计算 图为与一轴定距的传动轴坐标计算图。为计算方便，通常以已知轴的中心作为O建立小坐标系xoy，设所求传动轴的坐标为B（x,y），啮合中心距为R。由B点向x轴作辅助垂线交x图2.3

23、图2.4轴于A点，组成直角三角形OAB。如果从传动图上量得x（即OA），则或量出y（即AB），则然后将求得的x，y换算到大坐标中去。与二轴定距的传动轴坐标计算 传动轴与二轴定距，即在一传动轴上用两对齿轮分别带动两根已知轴，其坐标可根据已知两轴坐标和两对齿轮中心距计算求得，计算方法如图2.5所示，图中a（）和b（）为两已知轴坐标，为2两已知轴与传动轴间齿轮中心距，即ac为，bc为c（X，Y）为所需计算的传动轴坐标。为便于计算，选取小坐标中的坐标（I，J）为正值，a、b、c按逆时针顺序定出，作辅助线并标号如图，由此可导出c点坐标公式，即：设 则因为所以还原到XOY坐标系中去，则c点坐标为：图2.5

24、 图2.6传动轴坐标计算可利用计算机完成，即先按上述公式画出流程图图2.7由上述公式及流程图编制BASIC程序：10 DEFDBL A-Y20 INPUT “N$=”;N$30 INPUT XA,YA,R140 INPUT XB,YB,R250 A=XB-XA60 B=YB-YA70 L=SQR(A2+B2)80 I=(R12+L2-r22)/(2*L)90 J=SQR(R12-I2)100 X=XA+(A*I-B*J)/L110 Y=YA+(B*I+A*J)/L120 W1=R1-SQR(X-XA)2+(Y-YA)2)130 W2=R2-SQR(X-XB)2+(Y-YB)2)140 LPRI

25、NT ”XA=”;XA.”YA=”;YA150 LPRINT ”XB=”;XB.”YB=”;YB160 LPRINT ”R1=”;R1.”R2=”;R2170 LPRINT180 LPRINT N$,”X=”;X,”Y=”;Y190 LPRINT”W1=”;W1,”W2=”;W2200 END与三轴等距的传动轴坐标计算 在一根传动轴上用三对相同中心距的齿轮副分别带动三根已知轴，该传动轴就是图10所示的轴D（即ABC外接圆圆心）。其坐标可根据三已知轴ABC的坐标及中心距R求出。为简化计算取消坐标系XAY，小坐标系原点选取应使所计算的轴D坐标为正值，轴D坐标算式为：还原到XOY坐标中，则图2.8

26、图2.9根据上述公式写流程图，并编制程序：10 DEFDBL A-Y20 INPUT “N$=”;N$30 INPUT “XA,YA=”;XA,YA40 INPUT “XB,YB=”XB,YB50 INPUT “XC,YC=”;XC,YC60 INPUT “R1,R2,R3=”;R1,R2,R370 G=(XB-XA)2+(YB-YA)280 H=(XC-XA)2+(YC-YA)290 X=XA+(YB-YA)*H-(YC-YA)*G/(2*(XC-XA)*(YB-YA)- (XB-XA)*(YC-YA)100 Y=YA+(XC-XA)*G-(XB-XA)*H/(2*(XC-XA)*(YB-Y

27、A)- (XB-XA)*(YC-YA)110 W1=R1-SQR(X-XA)2+(Y-YA)2)120 W2=R2-SQR(X-XB)2+(Y-YB)2)130 W3=R3-SQR(X-XC)2+(Y-YC)2)140 LPRINT ”XA=”;XA,”YA=”;YA150 LPRINT ”XB=”;XB,”YB=”;YB160 LPRINT ”XC=”;XC,”YC=”;YC 170 LPRINT ”R1=”;R1,”R2=”;R2, ”R3=”;R3180 LPRINT 190 N$,”X=”;X,”Y=”;Y 200 LPRINT”W1=”;W1,”W2=”;W2,”W3=”;W3210

28、 END验算中心距误差多轴箱体是按计算的坐标加工的，而装配要求两轴间齿轮能正常啮合。因此，必须验算根据坐标计算确定的实际中心距A，是否符合两轴间齿轮啮合要求的标准中心距R，R与A的差值（注意上述两计算程序中用W表示）为：=R-A验算标准：中心距允差（0.001-0.009）mm三种传动轴的演算公式如下：传动轴与一轴定距验算公式传动轴与二轴定距验算公式传动轴与三轴等距验算公式验算公式中各坐标值是带正负号代入算式运算的，当验算不合格，即0.009时，在检查运算确无错误后，方可按坐标计算的A值，采用变位齿轮凑中心距来满足齿轮正常啮合的要求。如图2.10设置坐标系：图2.10定主轴1为原点，经过验算后

29、的驱动轴，传动轴和各主轴坐标如下：表2.4坐标驱动主1主2主3主4主5主6主7主8主9主10X2560109218327436511602693780Y700000-31-31-31-3182坐标主11主12主13主14主15主16主17主18传1传2传3X10921832743652.5161.5270.5379.593202310Y82828282116116116116-39-39-39坐标传4传5传6传7传8传9传10传11传12X42094203312421-969147365Y-3912112112112141414141第三章 传动系统的设计及校核3.1 齿轮的计算3.1.1 组

30、合机床切削用量选择的特点、方法及注意问题（1）组合机床切削用量选择的特点组合机床采用多刀多刃同时切削，为尽量减少换刀时间和刀具的损耗，保证机床的生产率及经济效果，选用的切削用量应比通用机床单刀加工时低30%左右。组合机床通常用动力滑台来带动刀具进给。因此，同一滑台带动的多轴箱上的所有刀具（除丝锥外）的每分钟进给量相同，即等于滑台的工进速度。（2）组合机床切削用量选择方法及应注意的问题目前常用的查表法，参照生产现场同类工艺，必要时经工艺实验确定切削用量。确定切削用量时应注意以下问题：应尽量做到合理使用所有刀具，充分发挥其使用性能。由于多轴箱上同时工作的刀具种类不同且直径大小不等，其切削用量也各有

31、特点。如钻孔要求高的切削速度和较小的进给量；铰孔则与之相反。同一多轴箱上刀具每分钟进给量必须相等并等于滑台的工进速度（mm/min），所以要求同一多轴箱上各刀具均有较合理的切削用量是困难的。因此，一般先按各刀具选择较合理的转速和每转进给量，再根据其中工作时间最长、负荷最重、刃磨较困难的所谓“限制性刀具”来确定并调整每转进给量，通常用“试凑法”来满足进给量相同的要求。必要时可对少数难以协调的刀具采用附加（增或减速）机构加以解决。当同一多轴箱上有铣端面工序，应将铣端面安排在滑台工进的最后，以便采用二次工进时选用所所需的进给量。复合刀具切削用量选择应考虑刀具的使用寿命。保证刀具应有的使用寿命，进给量

32、按复合刀具最小的直径选择。如钻-铰复合刀具，进给量按钻头选，切削用量按铰刀选。在分别选择时均应取允许值的上限，使复合刀具有较合适的切削用量。对整体复合刀具，往往强度较低，故切削用量应选的较低些。多轴镗孔主轴刀头均需定向快进快退时（刀头处于同一角度位置进入或退出工件孔），各镗轴转速应相等或成整数倍。选择切削用量时要注意既要保证生产批量的要求，又要保证刀具一定的耐用度。在生产率要求不高时，切削用量不必选得很高，以免降低刀具的耐用度。即使是生产率要求很高的组合机床，也是在保证加工精度和刀具的耐用度的情况下，提高“限制性刀具”的切削用量；对于“非限制性刀具”，其耐用度只要求不低于某一极限值，可以减少切

33、削功率。组合机床切削用量选择通常要求刀具耐用度不低于一个工作班，最少不低于4小时。确定切削用量时，还需考虑所选动力滑台的性能。如采用液压滑台时，选择每分钟进给量应该比滑台最小工进速度大50%，否则会受温度影响和其他原因导致进给不稳定。3.1.2 确定切削力、切削转矩、切削功率及刀具耐用度根据选定的切削用量主要指切削速度及进给量），确定进给力，作为选择动力滑台及设计夹具的依据；确定切削转矩，用以确定主轴及其传动件（齿轮、传动轴）的尺寸；确定切削功率，用做选择主传动电机（一般指动力箱电机）功率；确定刀具耐用度，用以验证所选用量或刀具是否合理。3.1.3 选择切削用量、刀具表3.1 高速钢钻头加工铸

34、铁件的切削用量（v（m/min），f（mm/r）加工直径（mm）HB160-200HB200-241HB300-400切削用量vfvfvf1-616-240.07-0.1210-180.05-0.105-120.03-0.086-120.12-0.200.10-0.180.08-0.1512-220.20-0.400.18-0.250.15-0.2022-500.40-0.800.25-0.400.20-0.30(1)因为被加工工件材料是铸铁，因而选择的刀具材料是高速钢钻12孔时，v=16m/min，f=0.4mm/r长径比L/D=36/12=3，属于钻深孔，查表3.2f换算成转速n，则n=v

35、/f=40000r/min表3.2 深孔钻削切削用量递减表孔深(mm)3d(3-4)d(4-5)d(5-6)d(6-8)d切削速度(m/min)v(0.8-0.9)v(0.7-0.8)v(0.6-0.7)v(0.6-0.65)d进给量(mm/r)f0.9f0.9f0.8f0.8f（2）零件材料为HT250，查得HB=187钻12孔，根据下列公式得，F=3458.66N，M=12450.8N*mm，P=0.5425kW，T=321min。3.1.4 选择动力部件（1）动力部件的选择主要是确定动力箱（或各工艺切削头）和动力滑台。动力箱规格要与滑台匹配，其驱动功率主要依据多轴箱所需传递的切削功率来选

36、用。在不需要精确计算多轴箱功率或多轴箱尚未设计出来之前，可用下列简化公式进行估算：多轴箱的传动效率，加工黑色金属时取0.8-0.9，加工有色金属时取0.7-0.8，主轴数多，传动复杂时去小值，反之取大值。选择最大的功率用来设计动力箱的电动机功率：查机械设计手册选用电动机 Y160M-4， 其主要参数：P=11kW ， n=1460r/min（2）在机床上为减少功率损耗，轴承的传动效率取0.99；各级齿轮的传动效率取0.99电动机转矩：T=9550*P/n=71.95 N*mm各级轴的运动和动力参数计算结果整理于下表：表3.3轴名功率转矩转速传动比效率输入输出输入输出电机轴1171.957300

37、.99I级10.8910.78174.8174.076571.10.99II级10.67310.5773.3372.6265710.99III级10.4610.3679.0279.275971.10.99由初步计算的结果确定传动比：加工孔12：1.22初步确定各轴间传动比为（3）拟定多轴箱传动系统多轴箱的主轴分布类型：直线分布驱动轴的转速转向及其在多轴箱的位置：驱动轴的转速为730r/min，为了保证主轴逆时针转向，选择电机也是逆时针旋转；动力箱与主轴箱连接时，驱动轴位于多轴箱箱体宽度的中心线上，中心高度距离离箱底为250mm。驱动轴中心位置在机床联系尺寸图中已经确定。用最少的传动轴及齿轮副把

38、驱动轴和各主轴联系起来：， ， （i）设计中心距为114mm的啮合齿轮的齿数：此时传动比为1.1为电动机齿轮齿数，初取=36；，取，由标准取模数m=3 则传动比误差近似为0，该齿轮组合可以考虑使用（ii）设计中心距为96.43的啮合齿轮的齿数：该对啮合齿轮为传动齿轮，首先验算传动比i=1时，初取，则，取，由标准取模数m=3 则传动比误差为不大该齿轮组合可以考虑使用（iii）设计中心距为42mm的啮合齿轮的齿数：传动比为1.1，该对齿轮是传动齿轮，初取，由标准取模数m=2，则传动比误差为0该齿轮组合可以考虑使用（iv）验算主轴精度主轴的中心距满足加工要求，只需在装配时经过必要的研磨和改进就能够达

39、到所规定的要求。3.2 齿轮的校核（1）传动系统中齿轮强度的校核：齿轮材料均按标准 45#钢，热处理维持不高频淬火G54硬度HRC50。电动机轴齿轮与I级传动齿轮的强度校核：计算项目计算内容计算结果齿面接触疲劳强度计算1.初步计算转矩接触疲劳强度初步计算的许用接触应力小齿轮（电动机轴）的直径齿轮齿宽b2.校核计算圆周速度v精度等级齿数和模数使用系数动载系数齿间载荷分配系数齿向载荷分布系数载荷系数K弹性系数节点区域系数接触最小安全系数总工作时间应力循环系数接触寿命系数许用接触应力验算3.确定传动主要尺寸实际分度圆直径d中心距a齿宽b齿根弯曲疲劳强度验算重合度系数齿间载荷分配系数齿向载荷分配系数载

40、荷系数K齿形系数应力修正系数弯曲疲劳极限弯曲最小安全系数应力循环系数弯曲寿命系数尺寸系数许用弯曲应力b=32mm由此得计算结果表明，接触疲劳强度合适，齿轮尺寸无需调整a=96.43mm传动无严重过载，故不做静强度校核b=32mmv=3.72m/s选8级精度K=2.05a=96.43mm查表：K=2.2同理，校核II级和III级传动齿轮强度，无过载现象。（2）传动系统中轴的强度的校核：多轴箱内各主轴的强度的校核，主要是根据各个主轴所受的转矩来求其圆柱的直径，其中要用的中间变量是轴所受到的转矩，其切应力有公式： Mpa写成设计公式，轴的最小直径 mmW轴的抗扭截面系数，P轴的传递扭矩，kWn轴的转

41、速，r/min许用切应力，MpaC与轴相关的系数，其参考值见下表：表3.4轴的材料Q235，20Q255，Q275，354540Cr，38SiMnMo等121520253035404552C16014813512511811210610298对于I级传动轴的直径验算：C取104装配图中轴取d=30mm时，满足强度要求。对于II级传动轴的直径验算：C取104装配图中轴取d=30mm时，满足强度要求。对于III级传动轴的直径验算：C取104装配图中轴取d=30mm时，满足强度要求。经过设计及校核，传动系统部分基本上满足组合机床的设计所要达到的要求和条件，因而，传动系统部分就使用以上的工作部件。第四

42、章 钻12孔专用组合机床的主要组成零件及其选择依据4.1 多轴箱总图设计通用多轴箱总图包括绘制主视图、展开图、绘制装配表，制定技术条件等四部分。下表为该多轴箱的主轴和传动轴装配表。（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、油泵轴的转向、驱动轴的转向及坐标尺寸、最低主轴高度尺寸及箱体轮廓尺寸等，并标注部分件号。（2）展开图其特点是轴的结构图形多，各主轴和传动轴及轴上的零件大多是通用的，且有规则排列的。一般采用简化的展开图并以装配表相配合，标明多轴向各轴

43、组件的装配机构。绘制的具体要求如下：1）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）要按比例画出，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。对近距离轴往往要求按实际间距绘制相关轴的成组合件，以便能直观的检查有否碰撞现象。2）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，可以画在一起，即轴心线两边各表示一根或一组轴。3）展开

44、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的尺寸、主轴外伸长度等。总图上还应有局部剖视表明动力箱与后盖及前后盖与箱体间的定位机构。（3）主轴和传动轴装配表表4.1 主轴和传动轴装配表轴号轴径轴的型号齿轮（m*z*d-IT0741-42）IIIIII1-183030-IT735422*22*442*20*40II级3030-IT735423*32*963*32*96III级3030-IT735423*40*1203*12*3603030-IT735423*36*108标准件外购件备注键螺母垫圈轴承B8*22M24*1.524GB858E8205，E205，E7505B8*22M3

45、0*1.524GB858E7506B10*22M30*1.524GB858E7507把多轴箱中每根轴（主轴、传动轴、油泵轴）上的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，按轴号配套，用装配表表示。这样图表对照清晰易看，节省时间，方便装配。4.2 加工示意图设计1、加工示意图的作用和内容加工示意图表示被加工零件在机床上加工过程，刀具、辅具的布局状况以及工件、夹具、刀具等机床各部件间的相对位置关系，机床的工作行程及工作循环等。因此，加工示意图是组合机床设计的主要图纸之一。在总体设计中占据重要地位。它是刀具、辅具、夹具、多轴箱、液压电器装置设计及通用部件选择的主要原始资料，也是整

46、台组合机床布局和性能的原始要求，同时还是调整机床、刀具及试车的依据。其内容为：（1）应放映机床的加工方法、加工条件及加工过程。（2）根据加工部位特点及加工要求，决定刀具类型、数量、结构、尺寸（直径和长度），包括镗削加工时镗杆的直径和长度。（3）决定主轴的结构类型、规格尺寸及外伸长度。（4）选择标准或设计专用的接杆、浮动卡头、导向装置、攻丝靠模装置、刀杆托架等，并决定他们的结构、参数及尺寸。（5）标明主轴、接杆（卡头）、夹具（导向）与工件之间的联系尺寸、配合及精度。（6）根据机床要求的生产率及刀具、材料特点等，合理确定并标注各主轴的切削用量。（7）决定机床动力部件的工作循环及工作行程。2.选择刀

47、具、工具、导向装置并标注其相关位置尺寸（1）刀具选择 要考虑工价加工尺寸精度、表面粗糙度、切屑的排除及生产绿要求等因素。一般孔加工刀具（钻、扩、铰等），其直径选择应与加工部位尺寸、精度相适应，其长度要求要保证加工终了时，刀具螺旋槽尾端与导向套外端面有一定距离（一般为3050mm）。（2）导向选择 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。1）选择导向类型、形式和结构 导向通常分为两类：一类是固定式导向，另一类是旋转式导向。通常依据刀具导向部分直径d和刀具转速n折算出导向的线速度v（v=dn/1000m/min），再结合加工部位的尺寸精度、工艺方法及刀具的

48、具体工作条件来选择导向类型、形式和结构。第一类导向（固定式导向）的允许线速度v20m/min。一般用具孔径25mm以上的孔加工，尤以大直径镗孔应用较多。2）确定导向数量、选择导向参数 导向数量应根据工件形状、内部结构、刀具刚性、加工精度及具体加工情况决定。通常，钻、扩、铰单层壁小孔或用悬伸量不大的镗杆镗、扩、铰深度不大的大孔时，选取单个导向加工。当在工件铸孔上扩孔时，为加强刀具导向刚性，通常采用双导向加工。导向的主要参数包括：导套的直径及公差配合，导套的长度、导套离工件端面的距离等。还应注意，采用导向引导复合刀具加工孔时，一定要检查开始加工时，刀杆进入导向部分的长度L（Ld，d为导向直径），以

49、防出现无导向或导向长度不够的加工状况。3）活动钻模板的设计要点 在某些情况下，钻模板作为刀具的导向装置却往往不能设置在机床夹具上，而是将它与多轴箱相连接并随之运动，这就是刀具导向装置在特定的条件下的一种结构形式活动钻模板。组合机床上采用活动钻模板，由于加工对象、加工部位、机床布局、夹具类型及使用条件的不同，其结构形式也多种多样，设计时必须注意使钻模板结构适应机床的具体工作要求。4.初定主轴类型、尺寸、外伸长度和选择接杆、浮动卡头主轴形式主要取决于进给抗力和主轴刀具系统结构上的需要。主轴尺寸规格应根据选定的切削用量计算出切削转矩M，初定主轴直径，再综合考虑加工精度和具体条件，决定主轴外伸部分尺寸

50、（直径D/d，长度L）及配套的刀具接杆莫氏锥号。5.由多轴箱的所有刀具主轴中找出影响联系尺寸的关键刀具（即其中最长的刀具）从保证加工终了时多轴箱端面到工件端面间距离尺寸最小来确定全部刀具、接杆（卡头）、导向、刀具托架及工件之间的联系尺寸。其中，须标注主轴箱部外径和内孔径（D/d）、外伸长度、刀具各段直径及长度，导向的直径、长度、配合，工件至夹具之间须标注工件距导套端面的距离。还须标注刀具托架与夹具之间的尺寸、工件本身及加工部位的尺寸和精度等。6.确定动力部件的工作循环及工作行程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始位置的动作过程。一般包括快速引进、工

51、作进给、快速退回等动作。有时还有中间停滞、多次往复进给、跳跃进给、死档铁停留等特殊要求，这是根据具体的加工工艺需要确定的。4.3 机床联系尺寸图设计1.联系尺寸图的作用一般来说，组合机床是由标准的通用部件动力滑台、动力箱、各种工艺切削头、测底座、立柱、立柱底座及中间底座加上专用部件-多轴箱、刀、辅助系统、夹具、液、电、冷却、润滑、排屑系统组合装配而成。联系尺寸图用来表示机床各组成部件的相互装配联系和运动关系，以检验机床各部件相对位置及尺寸联系是否满足加工要求；通用部件的选择是否合适；并为进一步开展多轴箱、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

52、形式及总体布局。联系尺寸图的主要内容如下：（1）以适当数量的视图（一般为主、左、右视图）按一定比例画出机床各主要组成部件的外型轮廓及相关位置，表明机床的配置形式急总体布局、主视图的选择应与机床实际加工形状一致。（2）图上应尽量减少不必要的线条及尺寸。但反映各部件的联系尺寸、专用部件的主要轮廓尺寸、运动部件的极限位置及行程尺寸，必须完整齐全。至于各部件的详细结构不必画出，留在具体设计部件时完成。（3）为便于开展部件设计，联系尺寸图上应标注通用部件的规格代号，电动机型号、功率及转速，并标注机床的分组情况及总行程。2.选择动力部件组合机床的动力部件是配置组合机床的基础。它主要包括用以实现刀具主轴旋转

53、主运动的动力箱、各种工艺切削头及实现进给运动的动力滑台。影响动力部件选择的主要因素为：（1）切削功率 根据各刀具主轴的切削用量，计算出总切学功率，再考虑传动效率或空载功率损耗及载荷附加功率损耗，作为选择组合机床主传动用动力箱型号规格的依据。每种型号的动力箱皆可配用两种规格的电动机，这两种电动机除功率大小不同外，转速也不同。因此动力箱输出轴转速也有高低两种，应根据多轴箱传动系统设计要求，并使多轴箱传动链短和设计简单来选用。（2）进给力 每种规格的动力滑台有其最大进给力F的限制。选用时，可根据确定的切削用量计算出各主轴的轴向切削合力F，以FF来确定动力滑台的型号和规格。（3）进给速度 各种规格的动力滑台有其最大进给力F的限制，所选择的快速行程速度应小于动力滑台规定的快速形成速度。所选切削用量的每分钟工作进给速度应大于动力滑台额定的最小进给量。（4）行程 选用动力滑台是必须考虑其允许最大行程。目前设计的动力滑台有I、II、III三种行程。设计时，所确定的动力部件总形成应小于所选动力滑台的最大行程。（5）多轴箱轮廓尺寸 为使加工过程中动力部件有良好的稳定性，不同规格的动力滑台与何种规格的动力箱配套