專用主軸箱鉆、擴、鉸組合機床左多軸箱設(shè)計
專用主軸箱鉆、擴、鉸組合機床左多軸箱設(shè)計,專用,主軸,組合,機床,軸箱,設(shè)計
畢業(yè)設(shè)計(論文)開題報告
題目：專用主軸箱鉆、擴、鉸
組合機床左多軸箱設(shè)計
1.畢業(yè)設(shè)計（論文）綜述（題目背景、研究意及國內(nèi)外相關(guān)研究情況）
1.1題目背景
多軸箱是組合機床中的主要專用部件之一。它要求設(shè)計者依據(jù)被加工零件上被加工孔的相對坐標(biāo)尺寸、被加工零件的材質(zhì)等設(shè)計出能滿足實際加工要求的多軸箱。通過本題目的設(shè)計可以使機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)學(xué)生對四年所學(xué)主要課程有一次較為全面的綜合應(yīng)用，得到一次近乎實戰(zhàn)的鍛煉機會。
1.2研究意義及國內(nèi)外相關(guān)研究情況
專用機床是為一定的加工對象設(shè)計和制造的,用來專門完成一種工件的一道或幾道工序。這種機床通常是用很多刀具同這時進行切削,且實現(xiàn)了輔助動作的自動化,故生 產(chǎn)效率高,能穩(wěn)定地保證加工質(zhì)量,同時還可減輕勞動強度。專用機床但是針對某種特定零件的特定工序設(shè)計的,當(dāng)產(chǎn)品更新或加工對象稍有改變時,它很難重新改裝,往往 需要另行設(shè)計制造。組合機床是專用機床的一種重要類型,是由通用部件及少量專用部件組合起來的高效率專用機床。組合機床是一種自動化或半自動化的機床。無論是機械電氣或液壓電氣控制的都能實現(xiàn)自動循環(huán)。研究機床工業(yè)的特點，有助于我們了解機床工業(yè)的特殊規(guī)律，從而找到適合我國國情的機床工業(yè)發(fā)展之路。我國工業(yè)競爭力和制造業(yè)發(fā)展水平不高，一定程度上是與我國機床工業(yè)發(fā)展水平不高相聯(lián)系的，加快我國機床工業(yè)的發(fā)展，提高我國機床工業(yè)技術(shù)和管理水平，將有利于我國工業(yè)和制造業(yè)發(fā)展。與發(fā)達國家相比,我國機床數(shù)控化率不高,目前生產(chǎn)產(chǎn)值數(shù)控化率還不到30%;消費值數(shù)控化率還不到50%,而發(fā)達國家大多在70%左右。高檔次數(shù)控機床及配套部件還只能依靠進口。
組合機床及其自動線是集機電于一體的綜合自動化程度較高的制造技術(shù)和成套工藝裝備。它的特征是高效、高質(zhì)、經(jīng)濟實用,因而被廣泛應(yīng)用于工程機械、交通、能源、軍工、輕工、家電等行業(yè)。我國傳統(tǒng)的組合機床及組合機床自動線主要采用機、氣、電、液壓控制,它的加工對象主要是生產(chǎn)批量比較大的大中型箱體類和軸類零件(近年研制的組合機床加工連桿、板件等也占一定份額),完成鉆孔、擴孔、鉸孔, 加工各種螺紋、鏜孔、車端面和凸臺,在孔內(nèi)鏜各種形狀槽,以及銑削平面和成形面等。組合機床的分類繁多,有大型組合機。
近幾年來，由于國家加大基礎(chǔ)設(shè)施的投入，工程機械需求呈現(xiàn)了強勁的增長勢頭，部分生產(chǎn)廠家呈現(xiàn)出一年翻一番的發(fā)展形勢，雖然國家因出現(xiàn)局部經(jīng)濟過熱而采取對鋼材、建材、電解鋁等行業(yè)進行調(diào)控，但許多重點工程都陸續(xù)開工上馬，工程機械雖不會出現(xiàn)去年過熱現(xiàn)象，但今后幾年仍然會維持較大程度的增長態(tài)勢。另外隨著我國汽車工業(yè)的發(fā)展，對產(chǎn)品加工精度的要求也越來越高。
國內(nèi)加工設(shè)備與進口產(chǎn)品相比，其特點是價位低、產(chǎn)品穩(wěn)定性、可靠性差、零件加工手段落后。隨著國家對世貿(mào)承諾的逐步實現(xiàn)，價格的競爭優(yōu)勢也逐漸減少，這就要求我們對自己的產(chǎn)品進行徹底的革新，提高產(chǎn)品的加工精度，進一步提高產(chǎn)品的質(zhì)量提高市場競爭力。這就給組合機床的發(fā)展到來了契機，充分利用其孔的周期定位精度的優(yōu)勢，給其本身的發(fā)展和行業(yè)競爭力都帶來了許多好處。再加上現(xiàn)代機械制造工業(yè)發(fā)展的基本特征：產(chǎn)品的更新縮短，多品種，中小批量輪番生產(chǎn)是普遍現(xiàn)象。因此，具有一定的柔性，能對多品種，中小批量生產(chǎn)方式做出快速的響應(yīng)的組合機床必將有一個美好的未來。
畢業(yè)設(shè)計是高等教育體系中非常重要的環(huán)節(jié)，它可以檢驗自己對專業(yè)知識理解與掌握的程度，也可以提高自己綜合運用所學(xué)知識的能力，也能在分析問題和解決問題的過程中學(xué)到更多新的知識。
2.本課題研究的主要內(nèi)容和擬采用的研究方案、設(shè)計主要內(nèi)容
2.1研究方案
(1) 運動設(shè)計：根據(jù)給定的被加工零件，確定機床的切削用量，通過分析比較擬定傳動方案和傳動系統(tǒng)圖，確定傳動副的傳動比及齒輪的齒數(shù)，并計算主軸的實際轉(zhuǎn)速與標(biāo)準(zhǔn)的相對誤差。
(2) 動力設(shè)計：根據(jù)給定的工件，初算傳動軸的直徑、齒輪的模數(shù)；確定動力箱；計算多軸箱尺寸及設(shè)計傳動路線。完成裝配草圖后，要驗算傳動軸的直徑，齒輪模數(shù)否在允許范圍內(nèi),還要驗算主軸主件的靜剛度。
(3) 結(jié)構(gòu)設(shè)計：進行主運動傳動軸系、變速機構(gòu)、主軸主件、箱體、潤滑與密封等的布置和機構(gòu)設(shè)計,即繪制裝配圖和零件工作圖。
2.2設(shè)計主要內(nèi)容
1）被加工零件孔的直徑及相對坐標(biāo)尺寸（見零件示意圖）；2）被加工零件的材料為HT200；3）工件中心距工作臺太110毫米；4）設(shè)計多軸箱裝配圖及主要零件圖、變位齒輪圖；5）熟悉組合機床的基本形式形式；6）確定切削用量、計算切削力、選擇動力箱型號；7）工位間距250毫米,工位對稱中心線與工作臺中心線重合。
3.本課題研究的重點及難點，前期已開展工作
本文的重點是：繪制多軸箱的裝配圖，電機的選擇與匹配。
難點是：傳動鏈的設(shè)計與計算。
前期已開展工作：查閱組合機床的相關(guān)資料，了解多軸箱的工作原理，為進一步周密的設(shè)計做好充分的準(zhǔn)備。初步確定切削參數(shù)，機床動力參數(shù)，動力部件的選取，多軸箱外形尺寸，動力箱功率。
4.完成本課題的工作方案及進度計劃
1—3周：查找資料，完成開題報告；4—9周：完成方案設(shè)計，繪制總裝配圖。完成外文翻譯，寫中期報告；10—12周：完成全部技術(shù)設(shè)計； 13—14周：撰寫畢業(yè)設(shè)計論文；15周：答辯前準(zhǔn)備。
指導(dǎo)教師意見（對課題的深度、廣度及工作量的意見）
指導(dǎo)教師： 年 月 日
所在系審查意見：
系主管領(lǐng)導(dǎo)： 年 月 日
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畢業(yè)設(shè)計（論文）中期報告
題目：專用主軸箱鉆、擴、鉸
組合機床左多軸箱設(shè)計
1.設(shè)計（論文）進展?fàn)顩r
1.1通過近兩個月的學(xué)習(xí)與研究了解了組合機床組成、設(shè)計特點及步驟。
1.2(1)了解了組合機床多軸箱設(shè)計。
(2)繪制多軸箱原始依據(jù)圖。
(3)主軸、齒輪的確定及動力計算。
(4)多軸箱傳動設(shè)計。
(5)多軸箱坐標(biāo)計算、繪制坐標(biāo)檢查圖。
(6)繪制多軸箱總圖及零件圖。
1.3根據(jù)導(dǎo)師提供的加工數(shù)據(jù)和材料，查表得出切削速度和進給量。
加工
材料
加工直徑d(mm)
切削速度v（m/min）
進給量f(mm/r)
鑄
鐵
200～241HBS
1～6
10～18
0.05～0.1
﹥6～12
﹥0.1～0.18
﹥12～22
﹥0.18～0.25
﹥22～50
﹥0.25～0.4
1.4確定切削參數(shù)范圍，通過計算確定鉆擴兩工位的切削參數(shù)、動力參數(shù)。
半徑
（mm）
切削速度v(m/min)
進 給 量f (mm/r)
轉(zhuǎn)速n (r/min)
10
12.560
0.15
400
11.7
14.695
0.15
40
12
3.768
0.6
100
1.5根據(jù)以上數(shù)據(jù)計算出動力箱功率選定動力箱為ITD32V型號。
電動機型號
電動機功率
L3
電動機轉(zhuǎn)速
輸出軸轉(zhuǎn)速
Y112M-6
2.2 (KW)
240 （mm）
940 (r/min)
470 (r/min)
1.6軸的初步選定
軸材料的選擇：軸的材料主要是碳鋼和合金鋼，由于碳鋼比合金鋼價廉，對應(yīng)力集中的敏感性較低，同時也可用熱處理或化學(xué)熱處理的辦法提高其耐磨性和抗疲勞強度，故采用碳鋼制造軸尤為廣泛，其中最常用的是45鋼。
為了更大程度的保證主軸在工作中的可靠性、提高加工精度，選用剛性主軸查《組合機床簡明設(shè)計手冊》P43表3-4得:
Φ10
Φ11.7
Φ12
切削轉(zhuǎn)矩T(N﹒m)
4.2243066
1.0631190
0.23906
切削功率P（kw）
1.04088
0.2619
0.0072
為使得結(jié)構(gòu)對成，同時加大擴孔時的質(zhì)量分別圓整各個主軸的直徑為：
DΦ10=25 DΦ11.7=25 DΦ12=25
傳動軸的直徑也參考主軸直徑而定，取直徑Φ25。
1.7箱體尺寸的確定
由任務(wù)書知，工件定位面比工作臺高110mm，工作臺每工位移動的行程為250mm；工件高度h為350mm，寬度B為250mm。
所以箱體的尺寸初步計算為：
B=250*2+250=750 mm
H=420+110=530 mm
則 B×H=750×530mm
考慮到其內(nèi)部傳動連復(fù)雜，再加上需要安裝潤滑用的油泵等設(shè)備，選擇采用800×630的多軸箱箱體。由所選動力箱、和箱體，取箱體左下角定位銷為原點的輸入軸位置（350，129.5）。
1.8傳動鏈的設(shè)計
2.存在問題及解決措施
存在的問題：變位齒輪的確定。
解決措施：查表確定變位齒輪系數(shù)。
3.后期工作安排
第4-9周：完成方案設(shè)計，繪制總裝配圖。完成外文翻譯，寫中期報告；
第10-12周：完成全部技術(shù)設(shè)計；
第13-14周：撰寫畢業(yè)設(shè)計論文；
第15周：答辯前準(zhǔn)備。
指導(dǎo)教師簽字：
年 月 日
本科畢業(yè)設(shè)計（論文）
題目：專用主軸箱鉆、擴、鉸組合機床
左多軸箱設(shè)計
專用主軸箱鉆、擴、鉸組合機床左多軸箱設(shè)計
摘 要
本文介紹了一種鉆、擴、鉸三工位組合機床左多軸箱的設(shè)計，對其設(shè)計過程進行了詳細的介紹，主要內(nèi)容有:依據(jù)被加工工件孔的特點確定切削參數(shù)，根據(jù)所定參數(shù)計算其運動參數(shù)和動力參數(shù)，并對主軸的軸徑、支承方式和所用的軸承等進行選型；接著選擇動力箱和主箱體的型號、確定主軸和動力輸入軸的坐標(biāo)，再根據(jù)主軸及動力輸入軸的坐標(biāo)進行傳動方案的設(shè)計、傳動齒輪的確定；最后計算各傳動軸、主軸的坐標(biāo)，驗算齒輪的中心距，計算齒輪的載荷，設(shè)計變位齒輪，對傳動軸、軸承以及齒輪等重要零部件進行校核。
關(guān)鍵詞：多軸箱；組合機床；傳動齒輪；傳動軸；
The Design of Left Multi-axle Box On Combination Machine That With A Boring Expanding Reaming of Three-sided
Abstract
In this paper, propose the design of left multi-axle box on combination machine that with a drilling, expanding reaming three-sided platform ,and illustrate its design process in details. The main contents include: determine the cutting parameters based on the characteristics of the workpiece hole. caculate their movement parameters and dynamic parameters according to parameters set. And select the main shaft, supporting methods and the use of bearings, etc; then choose the model of driving box and spindle box, determine the location of spindle and the drive shaft, and then design the transmission plan as well as confirm the transmission gear according to the location of spindle and the driving shaft. finally, calculate coordinates of every transmission axis and spindle, check the central distance of gear, design change gear and check drive shaft, bearings and gears and other important parts.
Key Words: combination machine; multi-axle box; gear;drive shaft;
主 要 符 號 表
B 寬度
H 高度
d 直徑
v 速度
n 轉(zhuǎn)速
P 功率
T 扭矩
F 力
m 模數(shù)
Z 齒數(shù)
t 時間
L 長度
HB 硬度
R 中心距
f 進給量
i 傳動比
目 錄
1 緒論 1
1.1引言 1
1.2組合機床概述 1
1.2.1.組合機床的特點 2
1.2.2組合機床的工藝范圍及配置形式 2
1.3組合機床的發(fā)展現(xiàn)狀和動向 4
1.4本課題主要研究內(nèi)容及意義 5
1.4.1研究的內(nèi)容及指標(biāo)： 5
1.4.2 研究本課題的意義 6
2 多軸箱的原始數(shù)據(jù)計算 8
2.1待加工件的特點及設(shè)計技術(shù)指標(biāo) 8
2.2 組合機床切削用量選擇的特點、方法及注意問題 8
2.2.1組合機床切削用量選擇的特點 8
2.2.2組合機床切削用量選擇方法及應(yīng)注意的問題 8
2.3 切削參數(shù)的確定 9
2.3.1鉆工位切削參數(shù) 9
2.3.2 擴工位切削參數(shù) 11
2.3.3 鉸工位切削參數(shù) 11
2.4 機床動力參數(shù)的確定 12
2.4.1 鉆工位動力參數(shù)計算 12
2.4.2 擴工位動力參數(shù) 12
2.4.3 鉸工位動力參數(shù) 13
2.5 動力部件的選?。?13
2.6 軸的初步選定 14
2.7 箱體尺寸的確定 16
3 多軸箱傳動系統(tǒng)設(shè)計 17
3.1多軸箱傳動系統(tǒng)設(shè)計的準(zhǔn)則 17
3.2方案的制定、比較 18
3.2.1 方案的制定 18
3.2.2方案比較 19
3.3 傳動件的確定 20
3.3.1鉆工位齒輪的確定 20
3.3.2 擴工位齒輪的確定 22
3.3.2 鉸工位齒輪的確定 23
3.4 坐標(biāo)的計算 24
3.4.1 坐標(biāo)的計算 24
3.4.2 驗算中心距誤差 28
3.4.3 變位齒輪的計算 28
4 傳動元件的校核 30
4.1 軸的扭轉(zhuǎn)度校核： 30
4.2 軸的彎扭強度校核及軸承、齒輪的強度校核 31
4.2.1強度校核理論 31
4.2.2 具體計算: 33
5 結(jié)論 42
致謝 43
參考文獻 44
畢業(yè)設(shè)計（論文）知識產(chǎn)權(quán)聲明 45
畢業(yè)設(shè)計（論文）獨創(chuàng)性聲明 46
50
1 緒論
1.1引言
最早的組合機床是1911年在美國制成的，用于加工汽車零件。初期，各機床制造廠都有各自的通用部件標(biāo)準(zhǔn)。為了提高不同制造廠的通用部件的互換性，便于用戶使用和維修，1953年美國福特汽車公司和通用汽車公司與美國機床制造廠協(xié)商，確定了組合機床通用部件標(biāo)準(zhǔn)化的原則，即嚴格規(guī)定各部件間的聯(lián)系尺寸，但對部件結(jié)構(gòu)未作規(guī)定。
隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，注定了專用機床的重要性將會越來越大。同時隨著科技的進步，汽車工業(yè)也跟著發(fā)展到了一個新的高度，專用機床也就相應(yīng)的發(fā)展起來，并被廣泛的應(yīng)用于不同的工業(yè)生產(chǎn)中。在專用機床中某些部件因重復(fù)使用，逐步發(fā)展成為通用部件，因而產(chǎn)生了組合機床。因此，組合機床的設(shè)計也就成為一個相當(dāng)重要的課題。
組合機床的多軸箱是工序集中的、高效的組合機床的重要專用部件之一,是用于布置(按所要求的坐標(biāo)位置)機床工作主軸及其傳動零件和相應(yīng)的附加機構(gòu)的。組合機床多軸箱的設(shè)計是組合機床設(shè)計的重要部分，因為主軸箱系統(tǒng)的優(yōu)劣和箱體加工方式、方法直接影響機床的可靠性、耐用性、經(jīng)濟性、準(zhǔn)確性。
1.2組合機床概述
組合機床一般采用多軸、多刀、多工序或多工位同時加工的方式，生產(chǎn)效率比通用機床高幾倍甚至幾十倍。由于通用部件已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化和系列化，可根據(jù)需要靈活配置，能縮短設(shè)計和制造周期。因此，組合機床兼有低成本和高效率的優(yōu)點，在大批量生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用，并可用以組成自動生產(chǎn)線。
組合機床適用于大批量生產(chǎn)，一般用于加工箱體類或特殊形狀的零件。加工時，工件一般不旋轉(zhuǎn)，由刀具的旋轉(zhuǎn)運動和刀具與工件的相對進給運動，來實現(xiàn)鉆孔、鉸孔、鏜孔、銑削平面、切削內(nèi)外螺紋以及加工外圓和端面等。有的組合機床采用車削頭夾持工件使之旋轉(zhuǎn)，由刀具作進給運動，也可實現(xiàn)某些回轉(zhuǎn)類零件（如飛輪，汽車后橋半軸等）的外圓和端面加工。組合機床較之通用機床大大的提高了加工效率、縮短了加工時間，但同時也使組合機床的設(shè)計周期和設(shè)計任務(wù)隨著增加了不少。
通用部件按功能可分為動力部件、支承部件、輸送部件、控制部件和輔助部件五類。動力部件是為組合機床提供主運動和進給運動的部件。主要有動力箱、
切削頭和動力滑臺。
支承部件是用以安裝動力滑臺、帶有進給機構(gòu)的切削頭或夾具等的部件，有側(cè)底座、中間底座、支架、可調(diào)支架、立柱和立柱底座等。
輸送部件是用以輸送工件或主軸箱至加工工位的部件，主要有分度回轉(zhuǎn)工作臺、環(huán)行分度回轉(zhuǎn)工作臺、分度鼓輪和往復(fù)移動工作臺等。
控制部件是用以控制機床的自動工作循環(huán)的部件，有液壓站、電氣柜和操縱臺等。輔助部件有潤滑裝置、冷卻裝置和排屑裝置等。
為了使組合機床能在中小批量中得到應(yīng)用，往往需要應(yīng)用成組技術(shù)，把結(jié)構(gòu)和工藝相似的零件集中在一臺組合機床上加工，以提高機床的利用率。這類機床常見的有兩種，可換主軸箱式組合機床和轉(zhuǎn)塔式組合機床。
組合機床未來的發(fā)展將更多的采用調(diào)速電動機和滾珠絲杠等傳動，以簡化結(jié)構(gòu)，縮短生產(chǎn)節(jié)拍；采用數(shù)字控制系統(tǒng)的主軸箱、夾具自動更換系統(tǒng)，以提高工藝可調(diào)性；及納入柔性制造系統(tǒng)等。
1.2.1.組合機床的特點：
(1) 主要用于棱體類零件和雜件的孔面加工。
(2) 生產(chǎn)率高。因為工序集中，可多面、多工位、多軸、多刀同時自動加工。
(3) 加工精度穩(wěn)定。因為工序固定，可選用成熟的通用部件，精密夾具和自動工作循環(huán)來保證加工精度的一直性。
(4) 研制周期短，便于設(shè)計，制造和使用維護，成本低。因為通用化，系列
化，標(biāo)準(zhǔn)化程度高，通用零件占70%～90%，通用件可組織批量生產(chǎn)進行預(yù)制或外購。
(5) 自動化程度高，勞動強度低。
(6) 配置靈活。因為結(jié)構(gòu)模塊化、組合化?？砂垂ぜ蚬ば蛞螅么罅客?
用部件和少量專用部件靈活組成各種類型的組合機床及自動線；機床易于改裝；產(chǎn)品或工藝變化時，通用部件一般還可以重復(fù)利用。
1.2.2組合機床的工藝范圍及配置形式
(1) 組合機床的工藝范圍[2]
目前，組合機床主要用于平面加工和孔加工兩類工序。平面加工包括銑平面、刮平面、車端面；孔加工包括鉆、擴、鉸、鏜孔以及倒角、切槽、攻螺紋、滾壓孔等。隨著綜合自動化的發(fā)展，其工藝范圍正擴大到車外圓、行星銑削、拉削、推削、磨削等工序。此外，還可以完成焊接、熱處理、自動裝配和檢測、清洗和零件分類及打印等非切削工作。
組合機床在汽車、拖拉機、柴油機、電機及軍工及縫紉機、自行車等輕工業(yè)大批大量生產(chǎn)中已得到廣泛應(yīng)用；一些中小批量生產(chǎn)的企業(yè)，如機床、機車、工程機械等制造業(yè)中也已推廣應(yīng)用。組合機床最適宜于加工各種大中型箱體類零件，如汽缸蓋、汽缸體、變速箱體、電機座及儀表殼等零件；也可用來完成軸套類、輪盤類、叉架類和蓋板類零件的部分或全部工序的加工。
(2) 組合機床的配置形式
組合機床的通用部件分為大型和小型兩大類。用大型通用部件組成的機床稱為大型組合機床。用小型通用部件組成的機床稱為小型組合機床。大型組合機床和小型組合機床在結(jié)構(gòu)和配置形式等方面有較大的差別。
(3) 大型組合機床的配置形式
大型組合機床的配置形式可分為單工位和多工位兩大類，而每類形式中又有多種配置形式。
按工序集中程度和不同批量生產(chǎn)的需要還有其他幾種配置形式：
1) 工序高度集中的組合機床,在基本配置形式的基礎(chǔ)上，增設(shè)動力部件來加工工件的更多表面。這些形式都是結(jié)合工件的特定情況配置的。
2) 用于大批大量生產(chǎn)的組合機床為提高生產(chǎn)率，除縮短加工時間，盡量使輔助時間加工時間重合外，還可考慮在每個工位上安裝，從而加工不同的表面。
3) 轉(zhuǎn)塔頭式及轉(zhuǎn)塔動力箱式組合機床有單軸和多軸兩類，并有通用化、系列化標(biāo)準(zhǔn)。通過帶有各種工藝性能的單軸（或多軸）轉(zhuǎn)塔頭或轉(zhuǎn)塔動力箱轉(zhuǎn)位，實現(xiàn)對工件的順序加工。單軸轉(zhuǎn)塔主軸設(shè)置在轉(zhuǎn)塔體上，工位數(shù)有4～8個或更多，轉(zhuǎn)塔可布置成臥式和立式；多軸轉(zhuǎn)塔主軸則設(shè)置在多軸箱（或單軸箱）上；工位數(shù)3，4，6個，可以完成工件一個面上的主要加工工序。
轉(zhuǎn)塔式組合機床可以完成一個工件的多工序加工，并可減少機床臺數(shù)和占地面積，由于轉(zhuǎn)塔式的各工位主軸順序加工，使得各工位在切削時間上不重合，機床的生產(chǎn)率較低，適宜于中小批量生產(chǎn)場合。
除上述各種配置形式外，還可采用可調(diào)式組合機床，以適應(yīng)幾種工件的輪番生產(chǎn)；采用自動換刀式和自動更換主軸箱式組合機床，以適應(yīng)孔數(shù)較少的工件和孔數(shù)較多外形式尺寸較大的工件；采用工件能在機床上對工件多次安裝與采用多工位回轉(zhuǎn)工作臺或移動工作臺相結(jié)合的方式的組合機床，使一臺組合機床能對工件進行多次加工；還可以采用將若干種加工工藝相近似的工件合并加工的成組加工組合機床，以增大中批量生產(chǎn)的加工能力。
(4) 小型組合機床配置形式
小型組合機床也是由大量通用零部件組成，其配置特點是：常用兩個以上具有主運動和進給運動的小型動力頭分散布置，組合加工。動力頭有套筒式、滑臺式,配置靈活性大，操作使用方便，易于調(diào)整和改裝。
組合機床的配置形式是多種多樣的，同一零件的加工可采用幾種不同的配置方案。在確定組合機床配置形式時，應(yīng)對幾個可行的方案進行綜合分析，從機床負荷率，能達到的加工精度，使用和排屑的方便性，機床的可調(diào)性，機床部件的通用化程度，占地面積等方面作比較，選擇合理的機床總體布局方案。組合機床系指以通用部件為基礎(chǔ)，配以少量專用部件，對一種或若干種工件按預(yù)先確定的工序進行加工的機床。
1.3組合機床的發(fā)展現(xiàn)狀和動向
世界上第一臺組合機床于1908年在美國問世，30年代后組合機床在世界各國得到迅速發(fā)展。至今，它已成為現(xiàn)代制造工程（尤其是箱體零件加工）的關(guān)鍵設(shè)備之一。
近年來，隨著數(shù)控技術(shù)，電子技術(shù)，計算機技術(shù)的發(fā)展，組合機床的服務(wù)對象已經(jīng)由過去的農(nóng)用機械，載貨汽車向以轎車工業(yè)為重點的轉(zhuǎn)移，組合機床行業(yè)開展了針對轎車零件關(guān)鍵工藝研究開發(fā)的科研攻關(guān)，采取引進技術(shù)，合作生產(chǎn)和自行開發(fā)相結(jié)合；組合機床也由過去的剛性組合機床向具有一定柔性，可實現(xiàn)多品種加工方向的變化,同時又應(yīng)用數(shù)控技術(shù)發(fā)展了三坐標(biāo)加工單元等數(shù)控組合機床,把純剛性的設(shè)備變?yōu)榭勺兛烧{(diào)的裝備；組合機床的加工精度由半精加工向精加工方向轉(zhuǎn)化,還開發(fā)了針對汽車發(fā)動機五大件加工的關(guān)鍵工藝設(shè)備，使行業(yè)在精加工機床的品種上有了較大擴充，為提供成套設(shè)備創(chuàng)造了條件；組合機床制造技術(shù)由過去的以機加工為主的單機及自動化向綜合成套方向轉(zhuǎn)換，加強了相應(yīng)配套技術(shù)與產(chǎn)品的研究開發(fā)；組合機床的控制技術(shù)由傳統(tǒng)的程序控制技術(shù)向數(shù)控，計算機管理與監(jiān)控方向發(fā)展；組合機床行業(yè)企業(yè)生產(chǎn)的組合機床的控制技術(shù)，已完成了由接觸繼電器控制向可編程控制的轉(zhuǎn)變，大大的提高了組合機床的可靠性，故障率大為降低；組合機床的開發(fā)已經(jīng)又過去的人工設(shè)計轉(zhuǎn)向計算機輔助設(shè)計，大力推行CAD，為提高設(shè)計速度，保證設(shè)計質(zhì)量，縮短供貨周期創(chuàng)造了有利的條件。
現(xiàn)代制造工程從各個角度對組合機床提出了愈來愈高的要求，而組合機床也在不斷吸取新技術(shù)成果而完善和發(fā)展。
(1) 高速化：由于機構(gòu)各組件分工的專業(yè)化，在專業(yè)主軸廠的開發(fā)下，主軸高速化日益普及。過去只用于汽車工業(yè)高速化的機種（每分鐘1.5萬轉(zhuǎn)以上的機種），現(xiàn)在已成為必備的機械產(chǎn)品要件?！?
(2) 精密化：由于各組件加工的精密化，微米的誤差已不是問題。以電腦輔助生產(chǎn)系統(tǒng)的發(fā)展帶動數(shù)控控制器的功能越來越多。
(3) 高效能：對機床高速及精密化要求的提高導(dǎo)致了對加工工件制造速度的要求提高。同時，由于產(chǎn)品競爭激烈，產(chǎn)品生命周期縮短，模具的快速加工已成為縮短產(chǎn)品開發(fā)時間所必須具備的條件。對制造速度的要求致使加工模具的機床向著高效能專業(yè)化機種發(fā)展。
(4) 系統(tǒng)化：機床已逐漸發(fā)展成為系統(tǒng)化產(chǎn)品。現(xiàn)在可以用一臺電腦控制一條生產(chǎn)線的作業(yè)，不但可縮短產(chǎn)品的開發(fā)時間，還可以提高產(chǎn)品的加工精度和產(chǎn)品質(zhì)量。
(5) 復(fù)合化：產(chǎn)品外觀曲線的復(fù)雜化致使模具加工技術(shù)必須不斷升級，機床五軸加工、六軸加工已日益普及，機床加工的復(fù)合化已是不可避免的發(fā)展趨勢。
本行業(yè)雖然取得了較大的進步與發(fā)展,但是, 在制造技術(shù)高速發(fā)展的今天, 由于基礎(chǔ)比較薄弱, 從整體看, 與國外先進水平、與國內(nèi)用戶的要求都還存在著一定的差距, 主要表現(xiàn)在: 產(chǎn)品可靠性較差, 難以適應(yīng)轎車工業(yè)等大批量生產(chǎn)的要求; 可調(diào)可變性、柔性較差, 缺少必要的適應(yīng)多品種加工的新品種; 系列化、通用化、模塊化程度低, 致使制造周期過長, 滿足不了用戶要求; 科學(xué)管理、成本控制水平不高, 在市場上缺乏競爭力; 生產(chǎn)周期長、拖期交貨現(xiàn)象時有發(fā)生, 在用戶中信譽度還不高等等。
80年代以來，國外組合機床技術(shù)在滿足精度和效率要求的基礎(chǔ)上，正朝著綜合成套和具備柔性的方向發(fā)展。組合機床的加工精度、多品種加工的柔性以及機床配置的靈活多樣方面均有新的突破性進展, 實現(xiàn)了機床工作程序軟件化、工序高度集中、高效短節(jié)拍和多種功能的自動監(jiān)控。組合機床技術(shù)的發(fā)展趨勢是:
1) 泛應(yīng)用數(shù)控技術(shù)。
2) 展柔性技術(shù)。
3) 展綜合自動化技術(shù)。
4) 一步提高工序集中程度。
1.4本課題主要研究內(nèi)容及意義
1.4.1研究的內(nèi)容及指標(biāo)：
a. 本次設(shè)計主要的研究內(nèi)容包括：
(1) 運動設(shè)計：根據(jù)給定的被加工零件，確定機床的切削用量，通過分析比較擬定傳動方案和傳動系統(tǒng)圖，確定傳動副的傳動比及齒輪的齒數(shù)，并計算主軸的實際轉(zhuǎn)速與標(biāo)準(zhǔn)的相對誤差。
(2) 動力設(shè)計：根據(jù)給定的工件，初算傳動軸的直徑、齒輪的模數(shù)；確定動力箱；計算多軸箱尺寸及設(shè)計傳動路線。完成裝配草圖后，要驗算傳動軸的直徑，齒輪模數(shù)否在允許范圍內(nèi),還要驗算主軸主件的靜剛度。
(3) 結(jié)構(gòu)設(shè)計：進行主運動傳動軸系、變速機構(gòu)、主軸主件、箱體、潤滑與密封等的布置和機構(gòu)設(shè)計,即繪制裝配圖和零件工作圖。
(4) 編寫設(shè)計說明書
評價機床性能的優(yōu)劣，主要是根據(jù)技術(shù)—經(jīng)濟指標(biāo)來判定的。技術(shù)先進合理，亦即“質(zhì)優(yōu)價廉”才會受到用戶的歡迎，在國內(nèi)和國際市場上才有競爭力。機床設(shè)計的技術(shù)—經(jīng)濟指標(biāo)可以從滿足性能要求、經(jīng)濟效益和人機關(guān)系等方面進行分析。
b. 本設(shè)計的主要內(nèi)容包括：
(1) 被加工零件孔的直徑及相對坐標(biāo)尺寸見零件示意圖；
(2) 被加工零件的材料為HT200；
(3) 工件定位面比工作臺面高110毫米，工作臺每工位移動行程300毫米；
(4) 工件對稱中心線與工作臺中心線重合（鉆孔工位）；
(5) 熟悉組合機床的基本形式；
(6) 確定切削用量、計算切削力、選擇動力箱型號；
(7) 設(shè)計多軸箱裝配圖及主要零件圖、變位齒輪圖；
1.4.2 研究本課題的意義
機床工業(yè)是現(xiàn)代工業(yè)特別是現(xiàn)代制造業(yè)的基礎(chǔ)，在國民經(jīng)濟中占有重要的戰(zhàn)略地位。機床工業(yè)與一個國家的工業(yè)競爭力、制造業(yè)發(fā)展水平緊密相關(guān)，本國的機床工業(yè)水平越高，工業(yè)和制造業(yè)競爭力越強。對我國而言，機床工業(yè)不僅僅具有重要的經(jīng)濟意義，而且還具有重要的國防戰(zhàn)略意義。研究機床工業(yè)的特點，有助于我們了解機床工業(yè)的特殊規(guī)律，從而找到適合我國國情的機床工業(yè)發(fā)展之路。我國工業(yè)競爭力和制造業(yè)發(fā)展水平不高，一定程度上是與我國機床工業(yè)發(fā)展水平不高相聯(lián)系的，加快我國機床工業(yè)的發(fā)展，提高我國機床工業(yè)技術(shù)和管理水平，將有利于我國工業(yè)和制造業(yè)發(fā)展。所以對機床的研究設(shè)計意義是極其重大的。
畢業(yè)設(shè)計是高等教育體系中非常重要的環(huán)節(jié)，它可以檢驗自己對專業(yè)知識理解與掌握的程度，也可以提高自己綜合運用所學(xué)知識的能力，也能在分析問題和解決問題的過程中學(xué)到更多新的知識。
近幾年來，由于國家加大基礎(chǔ)設(shè)施的投入，工程機械需求呈現(xiàn)了強勁的增長勢頭，部分生產(chǎn)廠家呈現(xiàn)出一年翻一番的發(fā)展形勢，雖然國家因出現(xiàn)局部經(jīng)濟過熱而采取對鋼材、建材、電解鋁等行業(yè)進行調(diào)控，但許多重點工程都陸續(xù)開工上馬，工程機械雖不會出現(xiàn)去年過熱現(xiàn)象，但今后幾年仍然會維持較大程度的增長態(tài)勢。另外隨著我國汽車工業(yè)的發(fā)展，對產(chǎn)品加工精度的要求也越來越高。
國內(nèi)加工設(shè)備與進口產(chǎn)品相比，其特點是價位低、產(chǎn)品穩(wěn)定性、可靠性差、零件加工手段落后。隨著國家對世貿(mào)承諾的逐步實現(xiàn)，價格的競爭優(yōu)勢也逐漸減少，這就要求我們對自己的產(chǎn)品進行徹底的革新，提高產(chǎn)品的加工精度，進一步提高產(chǎn)品的質(zhì)量提高市場競爭力。這就給組合機床的發(fā)展到來了契機，充分利用其孔的周期定位精度的優(yōu)勢，給其本身的發(fā)展和行業(yè)競爭力都帶來了許多好處。再加上現(xiàn)代機械制造工業(yè)發(fā)展的基本特征：產(chǎn)品的更新縮短，多品種，中小批量輪番生產(chǎn)是普遍現(xiàn)象。因此，具有一定的柔性，能對多品種，中小批量生產(chǎn)方式做出快速的響應(yīng)的組合機床必將有一個美好的未來。
2 多軸箱的原始數(shù)據(jù)計算
2.1待加工件的特點及設(shè)計技術(shù)指標(biāo)：
(1) 材料硬度：170～220HB；
(2) 被加工件孔的直徑及相對坐標(biāo)尺寸見零件示意圖；
(3) 工件定位面比工作臺臺面高110毫米，工作臺每工位移動行程250毫米；
(4) 確定切削用量、計算切削力、選擇動力箱型號；
(5) 設(shè)計多軸箱裝配圖及主要零件圖、變?yōu)辇X輪圖；
(6) 工件材料：HT200；
2.2 組合機床切削用量選擇的特點、方法及注意問題
2.2.1組合機床切削用量選擇的特點
(1) 組合機床采用多刀、多刃同時切削，為盡量減少換刀時間和刀具的損耗，保證機床的生產(chǎn)率及經(jīng)濟效果，選用的切削用量應(yīng)比通用機床單刀加工時低30%左右。
(2) 組合機床通常用動力滑臺來帶動刀具進給。因此，同一滑臺帶動的多軸箱上的所有刀具（除絲錐外）的每分鐘進給量相同，即等于滑臺的工進速度。
2.2.2組合機床切削用量選擇方法及應(yīng)注意的問題
目前常用的查表法，參照生產(chǎn)現(xiàn)場同類工藝，必要時經(jīng)工藝實驗確定切削用量。確定切削用量時應(yīng)注意以下問題：
(1) 應(yīng)盡量做到合理使用所有刀具，充分發(fā)揮其使用性能。由于多軸箱上同時工作的刀具種類不同且直徑大小不等，其切削用量也各有特點。如鉆孔要求高的切削速度和較小的進給量；鉸孔則與之相反。同一多軸箱上刀具每分鐘進給量必須相等并等于滑臺的工進速度，所以要求同一個多軸箱上各刀具均有較合理的切削用量是困難的。因此，一般先按各刀具選擇較合理的轉(zhuǎn)速和每轉(zhuǎn)進給量，再根據(jù)其中工作時間最長、負荷最重、刃磨較困難的所謂“限制性刀具”來確定并調(diào)整每轉(zhuǎn)進給量，通常用“試湊法”來滿足進給量相同的要求。
必要時可對少數(shù)難以協(xié)調(diào)的刀具采用附加（增或減速）機構(gòu)加以解決。當(dāng)同一多軸箱上有銑端面工序，應(yīng)將銑端面安排在滑臺工進的最后，以便采用二次工進時選用所需的進給量。
(2) 復(fù)合刀具切削用量選擇應(yīng)考慮刀具的使用壽命。保證刀具應(yīng)有的使用壽
命，進給量按復(fù)合刀具最小的直徑選擇。如鉆-鉸復(fù)合刀具，進給量按鉆頭選，切削用量按鉸刀選。在分別選擇時均應(yīng)取允許值的上限，使復(fù)合刀具有較合適的切削用量。對整體復(fù)合刀具，往往強度較低，故切削用量應(yīng)選的較低些。
(3) 多軸鏜孔主軸刀頭均需定向快進快退時（刀頭處于同一角度位置進入或退出工件孔），也是在保證加工精度和刀具的耐用度的情況下，提高“限制性刀具”的切削用量；對于“非限制性刀具”，其耐用度只要求不低于某一極限值，可以減少切削功率。各鏜軸轉(zhuǎn)速應(yīng)相等或成整數(shù)倍。
(4) 選擇切削用量時要注意既要保證生產(chǎn)批量的要求，又要保證刀具一定的耐用度。在生產(chǎn)率要求不高時，切削用量不必選得很高，以免降低刀具的耐用度。即使是生產(chǎn)率要求很高的組合機床，也是在保證加工精度和刀具的耐用度的情況下，提高“限制性刀具”的切削用量；對于“非限制性刀具”，其耐用度只要求不低于某一極限值，可以減少切削功率。組合機床切削用量選擇通常要求刀具耐用度不低于一個工作班，最少不低于4小時。
(5) 確定切削用量時，還需考慮所選動力滑臺的性能。如采用液壓滑臺時，選擇每分鐘進給量應(yīng)該比滑臺最小工進速度大50%，否則會受溫度影響和其他原因?qū)е逻M給不穩(wěn)定。
2.3 切削參數(shù)的確定
2.3.1鉆工位切削參數(shù)
表2.1鉆孔推薦切削用量
加工材料
加工直徑d(mm)
切削速度v（m/min）
進給量f(mm/r)
鑄
鐵
200～241HBS
1～6
10～18
0.05～0.1
﹥6～12
﹥0.1～0.18
﹥12～22
﹥0.18～0.25
﹥22～50
﹥0.25～0.4
表2.2 深孔鉆切削用量遞減表
深徑比
3d
(3～4)d
(4～5)d
切削速度v（m/min）
V
(0.8～0.9)v
(0.7～0.8)v
進給量f （mm/r）
F
0.9f
0.9f
鉆削的孔直徑分別為10mm，孔深為25mm
由表2.1得φ10的鉆削參數(shù)如下表所示：
表2.3鉆孔推薦參數(shù)
孔
切削速度v(m/min)
進給量(mm/r)
φ10
10～18
0.1～0.18
各個孔的深徑比分別為φ10 (h=25/10=2.5d)取3d ,
由表2.2有：
VΦ10=1V=1×(10～18)=10～18
fΦ10=1f=1×(0.1～0.18)=0.1～0.18
根據(jù)各個切削用量之間的關(guān)系可以計算出各個主軸的轉(zhuǎn)速范圍，即使： （2.1）
其中：v為切削速度 (mm/min)
d為所鉆孔的直徑 （mm）
所以經(jīng)計算可得：
φ10的轉(zhuǎn)速為：n=1000×10/π×10=318～573 (r/min)
綜上所述，整理有表2.4：
表2.4 切削參數(shù)范圍
φ10
切削速度v(m/min)
10～18
進給量f (mm/r)
0.1～0.18
轉(zhuǎn)速n (r/min)
318～573
考慮到所有的軸同時運動，其工作臺進給速度M應(yīng)該是相同的即(nf)相同。根據(jù)所計算的參數(shù)選取相應(yīng)的值。
對φ10：取f=0.15,n=400,那么M=nf=400×0.15=60 mm/min
則有：Vφ10=400×3.14×10=12.560m/min
綜上所述，整理有：
表2.5 鉆孔切削參數(shù)
Φ10
切削速度v(m/min)
12.560
進給量f (mm/r)
0.15
轉(zhuǎn)速n (r/min)
400
2.3.2 擴工位切削參數(shù)：
表2.6擴孔推薦切削用量
孔徑 (mm)
Φ11.7
切削速度v(m/min)
10～18
進給量f (mm/r)
0.15～0.2
為使機床的結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉，設(shè)計周期短，工作臺的進給速度與鉆削時的進給速度保持一至，即取M=60mm/min.
因此根據(jù)表2.6推薦的參數(shù)，選擇、計算如下：
對Φ11.7的孔：
轉(zhuǎn)速 n=10000÷(3.14×11.7)～18000÷(3.14×11.7)=272.2～490.0
取 n=400
則 f=M／n=60÷400=0.15mm/r
切削速度 V=400×3.14×11.7=14.695
綜上所述，整理有表2.7：
表2.7 擴孔參數(shù)
孔徑 (mm)
Φ11.7
切削速度v(m/min)
14.695
進給量f (mm/r)
0.15
轉(zhuǎn)速n (r/min)
400
2.3.3 鉸工位切削參數(shù)：
表2.8 鉸孔參數(shù)
孔徑 (mm)
Φ12
切削速度v(m/min)
2～6
進給量f (mm/r)
0.5～1
為使機床的結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉，設(shè)計周期短，工作臺的進給速度與鉆擴時的進給速度保持一至，即取M=60 mm/min.
因此根據(jù)表2.6推薦的參數(shù)，選擇、計算如下：
對Φ12的孔：
轉(zhuǎn)速 n=20000÷(3.14×12)～1000×6÷(3.14×12)=50～159
取 n=100
則 f=M／n=60÷100=0.6mm/r
切削速度 V=100×3.14×12=3.768m/min
綜上所述，整理有表2.9：
表2.9 鉸孔參數(shù)
孔徑 (mm)
Φ12
切削速度v(m/min)
3.768
進給量f (mm/r)
0.6
轉(zhuǎn)速n (r/min)
100
2.4 機床動力參數(shù)的確定：
2.4.1 鉆工位動力參數(shù)計算：
參照表2.5,組合機床的切削用量計算切削力、轉(zhuǎn)矩及功率,鉆孔時(刀具材料選用高速鋼;工件材料為灰鑄鐵。
(1) 切削力 （N） （2.2）
(2) 切削轉(zhuǎn)矩 （N﹒mm） （2.3）
(3) 切削功率 (KW) （2.4）
其中：v— 切削速度（m/min）
f— 進給量 （mm/r）
D— 加工直徑（mm）
HB —布氏硬度 ：HB=
對于Φ10:
F=26×10×0.15×203.333333 =1381.4756
T=10×11×0.15×203.333333=4224.3006
P=(4224.3006×12.5600÷(9740×3.14×10)=0.17348
2.4.2 擴工位動力參數(shù)：
參照計算組合機床擴孔切削時的切削力、轉(zhuǎn)矩及功率, (刀具材料選用高速鋼;工件材料為灰鑄鐵)
(1) 切削力 （N） （2.5）
(2) 切削轉(zhuǎn)矩 (N﹒mm) （2.6）
(3) 切削功率 (KW) （2.7）
v— 切削速度（m/min）
f— 進給量 （mm/r）
D— 加工直徑（mm）
HB —布氏硬度 ：HB=
—切削深度（mm）=(D-d)/2
D — 加工直徑 （mm）
d — 擴孔前的直徑（mm）
對于所有的孔：
對于Φ11.7的孔：
F=9.2×0.15×3×203.333333=390.5280
T=31.6×11.7×0.15×203.333333=1063.1190
P=(1063.1190×14.695)÷(9740×3.14×11.7)=0.04365
2.4.3 鉸工位動力參數(shù)：
給定鉸孔的孔徑為Φ12，通過查閱切削用量簡明手冊得：
(1) 切削力F= 296.7（N）
(2) 切削轉(zhuǎn)矩T=677.395(N﹒mm)
(3) 切削功率P=0.0067(KW)
綜上所述，整理有表2.10：
表2.10各工序動力參數(shù)
Φ10
Φ11.7
Φ12
切削功率P(KW)
0.17348
0.04365
0.0067
切削轉(zhuǎn)矩T(N﹒M)
4.2243066
1.10631190
0.677395
2.5 動力部件的選?。?
動力部件的選擇主要是確定動力箱的選擇，要選用與其他部件相配套的動力箱驅(qū)動多軸箱進行工作，其驅(qū)動功率主要依據(jù)多軸箱所傳遞的切削功率來選用。在不需要精確計算多軸箱功率或多軸箱尚未設(shè)計出來之前，可按下列公式進行估算： （2.8）
式中 —消耗于各主軸的切削功率的總和，單位KW;
——多軸箱的傳動效率，加工黑色金屬時取0.8～0.9，加工有色金屬時取0.7～0.8；主軸多、傳動復(fù)雜時取小值，反之取大值。
必須注意：當(dāng)某一規(guī)格的動力部件的功率或進給力不能滿足要求，但又相差不大時，不要輕易選取大一規(guī)格的動力部件，而應(yīng)該以不影響加工精度和效率為前提，適當(dāng)降低關(guān)鍵性刀具的切削用量或?qū)⒌毒咤e開順序加工，以降低功率和進給力。
對該被加工零件進行分析，其有Φ10的孔六個；Φ11.7的孔六個，Φ12的孔六個。由于該機床為三工位機床，在鉆孔時擴孔和鉸孔的主軸是空轉(zhuǎn)的，擴孔時鉆孔和鉸孔的主軸是空轉(zhuǎn)的，鉸孔是鉆孔和擴孔的主軸也是空轉(zhuǎn)的。分別計算鉆、擴、鉸時所需要的功率如下：
P=6P=6×0.17348=1.04088 KW
P=6P=6×0.04365=0.2619 KW
P=6P=6×0.0067=0.0402 KW
由于加工時只有一個工位在工作另兩個工位空轉(zhuǎn)，所以用功率較大的鉆削功率來估算動力箱的功率，由上邊的公式所述，由于加工的是鑄鐵，所以取效率為0.80，則有：
P=P/η=1.04088÷0.80=1.3011 KW
考慮到空轉(zhuǎn)、傳動軸的功率損失，選取動力箱為1TD32V，其參數(shù)如表2.11：
電動機型號
電動機功率
L3
電動機轉(zhuǎn)速
輸出軸轉(zhuǎn)速
Y112M-6
2.2 (KW)
340 （mm）
940(r/min)
470 (r/min)
表2.11 動力箱參數(shù)
2.6 軸的初步選定
軸材料的選擇：軸的材料主要是碳鋼和合金鋼，由于碳鋼比合金鋼價廉，對應(yīng)力集中的敏感性較低，同時也可用熱處理或化學(xué)熱處理的辦法。
綜上所述，整理有2.12：
表2.12 各主軸的初選直徑
Φ10
Φ11.7
Φ12
切削轉(zhuǎn)矩T(N﹒m)
4.2243066
1.0631190
1.11720635
軸徑（mm）
25
25
25
為使得結(jié)構(gòu)對成，同時加大擴孔時的質(zhì)量分別圓整各個主軸的直徑為：
DΦ10=25 DΦ11.7=25 DΦ12=25
傳動軸的直徑也參考主軸直徑而定，取直徑Φ25。
通用鉆削類主軸按支承方式可以分為三種：
(1) 滾錐軸承主軸：前后支承均為圓錐滾子軸承。這種支承可以承受較大的徑向和軸向力，且結(jié)構(gòu)簡單、裝配調(diào)整方便，廣泛應(yīng)用于擴、鏜、鉸孔和攻螺紋等加工；當(dāng)?shù)毒哌M退兩個方向都有軸向力切削力時常用此種結(jié)構(gòu)。
(2) 滾珠軸承主軸：前支承為推力軸承和向心球軸承、后支承為向心球軸承或圓錐滾子軸承。因推力球軸承設(shè)置在前端，能承受較大的軸向力，適應(yīng)于鉆孔加工。
(3) 滾錐軸承主軸：前后支承均采用無內(nèi)環(huán)滾針軸承和推力軸承。當(dāng)主軸間距較小時采用。
對于本設(shè)計而言，設(shè)計的是三工位工作臺式的多軸箱，包括鉆工位、擴工位鉸工位，所以在主軸選用時鉆工位按推薦的選用滾珠軸承主軸，為加強擴工位的強度提高其承載的能力，所以同鉆削主軸一樣采用滾珠軸承主軸。結(jié)構(gòu)如圖2.13所示：軸承分別為33005、16005（16004）、51105（51104）。[12][14][15]
圖2.13 主軸的支承結(jié)構(gòu)
對于傳動軸，基本上不承受軸向力，但是為提高加工精度，防止派生的軸向力影響傳動，故選用滾錐軸承的支承方式即在兩端均采用圓錐滾子軸承33005。這樣就可以通過軸承的預(yù)緊來更好的提高加工進度,結(jié)構(gòu)如圖2.14。[12][14][15]
圖2.14 傳動軸的支承結(jié)構(gòu)
對于本設(shè)計而言，設(shè)計的是三工位移動工作臺式的多軸箱，包括鉆工位、擴工位、鉸工位，所以在主軸選用時鉆工位按推薦的選用滾珠軸承主軸，為加強擴工位的強度提高其承載的能力，所以同鉆削主軸一樣采用滾珠軸承主軸。
2.7 箱體尺寸的確定
標(biāo)準(zhǔn)通用鉆、鏜類多軸箱的厚度是一定的，臥式為325mm，立式為340mm。因此，確定多軸箱尺寸，主要是確定多軸箱的寬度B和高度H及最低主軸高度h。由任務(wù)書知，工件定位面比工作臺高110mm，工作臺每工位移動的行程為250mm；工件高度h為420mm，寬度B為250mm。
所以箱體的尺寸初步計算為：
H=420+110=530 mm
B=250×2+250=750 mm
則 B×H=750×530mm
考慮到其內(nèi)部傳動連復(fù)雜，再加上需要安裝潤滑用的油泵等設(shè)備，應(yīng)優(yōu)先考慮外部動力輸入，預(yù)定采用800×630的多軸箱箱體。由所選動力箱、和箱體，取箱體右下角定位銷為原點的輸入軸位置（350，129.5）。
3 多軸箱傳動系統(tǒng)設(shè)計
3.1多軸箱傳動系統(tǒng)設(shè)計的準(zhǔn)則：
多軸箱傳動設(shè)計，是根據(jù)動力箱驅(qū)動軸的位置和轉(zhuǎn)速、各主軸位置及轉(zhuǎn)速要求，設(shè)計傳動連，把驅(qū)動軸與各主軸鏈接起來，使各主軸獲得預(yù)訂的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向。
3.1.1對多軸箱傳動系統(tǒng)的一般要求：
(1) 在保證主軸的強度、剛度、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向的條件下，力求使傳動軸和齒輪的規(guī)格、數(shù)量為最少。為此，應(yīng)盡量用一根中間軸帶動多根主軸，并將齒輪布置在同一排上。當(dāng)中心距不符合標(biāo)準(zhǔn)時，可采用變?yōu)辇X輪或略微改變傳動比的方法來解決。
(2) 盡量不使用主軸帶動主軸的方案，以免增加主軸的負荷，影響加工質(zhì)量。
(3) 為使結(jié)構(gòu)緊湊，多軸箱內(nèi)齒輪副的傳動比一般不要大于1/2，后蓋內(nèi)齒輪傳動比允許至1/3～1/3.5；盡量避免用升速傳動。但是為了使主軸上的齒輪不至于過大，最后一級經(jīng)常采用升速傳動。
(4) 用于粗加工主軸上的齒輪，應(yīng)盡量設(shè)在靠近前蓋處，以減少主軸的扭轉(zhuǎn)變形；
(5) 驅(qū)動軸直接帶動的傳動軸數(shù)不要超過兩根，以免給裝配帶來困難。
3.1.2 擬定多軸箱傳動方案的基本方法：
先把全部主軸中心分布在幾個同心圓上，在各個同心圓的圓心上分別設(shè)置中心傳動軸；非同心圓分布的一些主軸也已設(shè)置中間傳動軸（如一根傳動軸帶動兩根或三根主軸）；然后根據(jù)已選定的各中心傳動軸再取同心圓，并用最少的傳動軸帶動這些中心傳動軸；最后通過合攏傳動軸與動力箱驅(qū)動軸鏈接起來。
(1) 將主軸劃分為各種分布類型和被加工零件上加工孔位置分布是多種多樣的，但大致可歸納為：同心圓分布、直線分布和任意分布三種類型。因此，多軸箱上主軸分布相應(yīng)分為三種：
1) 直線分布：對這類主軸，可分別用一根中間傳動軸帶動兩根主軸。
2) 同心圓分布：對這類主軸，可在同心圓處分別設(shè)置中心傳動軸，由其上的一個或幾個（不同排數(shù)）齒輪來帶動各主軸。
3) 任意分布：對此類主軸可根據(jù)“三點共圓”原理。它是同心圓和直線分布的混合形式。
(2) 確定驅(qū)動軸轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)向及其在多軸箱上的驅(qū)動軸的轉(zhuǎn)速即按動力箱型號
選定；當(dāng)采用動力滑臺時，驅(qū)動軸旋轉(zhuǎn)方向可任意選擇；動力箱與多軸箱連接時，應(yīng)注意驅(qū)動軸中心一般設(shè)置于多軸箱體寬度的中心線上，其中心高度則決定于所選動力箱的型號規(guī)格。驅(qū)動軸中心位置在機床聯(lián)系尺寸圖中已經(jīng)確定。
用最少的傳動軸及齒輪把驅(qū)動軸和各主軸連接起來在多軸箱設(shè)計原始依據(jù)圖中確定了各個主軸的位置、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向的基礎(chǔ)上，首先分析主軸位置，擬定傳動方案，選定齒輪模數(shù)（估算或類比），再通過計算、作圖或多次試湊相結(jié)合的方法，確定齒輪齒數(shù)和中間傳動軸的位置及轉(zhuǎn)速。
3.1.3潤油泵軸和手柄軸的安置
多軸箱常采用葉片油泵潤滑，油泵供油至分油器經(jīng)油管分送到個潤滑點。油泵安裝在箱體的前壁上，泵軸盡量靠近油池。通常油泵齒輪放置在靠近前蓋排；以便于維修，如結(jié)構(gòu)限制。可以放在后蓋中；當(dāng)泵體或管接頭與傳動軸端相碰時，可改用埋頭傳動軸。
由于本課題設(shè)計的是一個三工位移動工作臺式組合機床的左多軸箱，所以選擇對稱式的機構(gòu)以方便設(shè)計，減少工作量，只需要在轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)上進行齒輪的變換就可以了。
3.2方案的制定、比較
3.2.1 方案的制定：
方案一：
圖3.1傳動路線圖
采用鉆、擴、鉸兩工位對稱分布的布局方法，各個主軸的動力分別由傳動軸從下面兩邊帶動（如上圖3.1所示），由下往上面?zhèn)?，靠近動力輸入軸的一邊動力直接由輸入軸帶動即輸入軸帶動兩個齒輪，兩邊的動力由如圖所示的兩個大齒輪實現(xiàn)動力的轉(zhuǎn)換。
方案二：
圖3.2傳動路線圖
采用鉆、擴、鉸三工位對稱分布的布局方法（如上圖3.2所示），對左中右對成分布的帶動四個孔做功，擴是由主軸間接帶動的方法。
3.2.2方案比較：
方案一，結(jié)構(gòu)緊湊，所用的傳動少箱體尺寸小，動力利用率高，完成后整個動力箱的重量輕。但是由于給定的被加工件孔之間的間隙比較小，在整個的設(shè)計和制造中，要考慮強度，所選的必須是高強度材料，考慮到軸承之間的干涉問題，所選的也必將是特殊的滾針或者是無內(nèi)圈和外圈軸承，這樣一來整個設(shè)計中相當(dāng)于全部采用了特殊的材料、零件，增加了制造的成本，而且強度很難保證。雖然能保證各個主軸的轉(zhuǎn)速在計算的規(guī)定范圍內(nèi)，但是采用的傳動軸較多且麻煩，浪費材料和資源，套入齒輪后各軸之間的齒輪間距較小容易造成碰撞引發(fā)事故。
方案二，結(jié)構(gòu)相對簡單，轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向可以達到要求，主要以降速傳遞，傳動平穩(wěn)可靠，而且效率比較高。
綜上所述，根據(jù)兩個方案的特點考慮到加工的難易，設(shè)計的合理性，通用性的強弱，決定采用即能滿足轉(zhuǎn)速要求有可以使內(nèi)部傳動鏈較短、傳動效率高而且結(jié)構(gòu)比較緊湊的方案二作為此次方案。
3.3 傳動件的確定
3.3.1鉆工位齒輪的確定
Φ10鉆孔的主軸的設(shè)計轉(zhuǎn)速為400r/min而輸入軸的轉(zhuǎn)速為470r/min。總的傳動比分別為:
=400÷470＝0.85
對于傳動軸2、由于其尺寸受到主軸間的空間限制，在保證e>2m的條件下，初選齒輪模數(shù)m=2,理論上用一對齒輪就能滿足要求，但因中心距較大，且驅(qū)動軸上的參數(shù)規(guī)定Z驅(qū)=21-26，m=3,4.主軸上的齒輪齒數(shù)為26，i=0.85則與之相連接的軸上齒輪齒數(shù)為35，設(shè)在第ⅳ排；由箱體尺寸、零件的尺寸及相應(yīng)的技術(shù)要求，有各主軸的坐標(biāo)（如下圖）為：
一 （37.5，455） 二 (162.5,455) 三 （37.5，275）
四 （162.5，275） 五 （37.5，95） 六 （162.5，95）
七 （287.5，455） 八 （412.5，455） 九 （287.5，275）
十 （412.5，275） 十一（287.5，95） 十二 （412.5，95）
十三 （537.5，455） 十四（662.5，455） 十五 （537.5，275）
十六 （662.5，455） 十七（537.5，95） 十八 （662.5，95）
O （350，129.5）
圖3.3主軸的坐標(biāo)
查《機械設(shè)計簡明手冊》P161表7-22動力箱齒輪，為滿足總的傳動比，選用動力箱齒輪為m=2,z=26,相應(yīng)的取與之匹配的齒輪m=2,z=35，安排在第Ⅳ排；
故軸1的實際轉(zhuǎn)速為=470×26÷35=349.1 r/min
由于孔間距比較大，不能直接從中心軸傳遞，但可設(shè)中間傳動軸的方法來將中心軸的轉(zhuǎn)速傳遞到各工作軸。經(jīng)分析可知需經(jīng)四次齒輪傳遞可讓工作軸達到預(yù)定轉(zhuǎn)速。
由傳動方案二可看出，在鉆工位中：
工作軸一，二，三、四，五，六要經(jīng)過齒輪傳遞達到預(yù)定轉(zhuǎn)速。經(jīng)位置分析，傳動計算可知，最好經(jīng)過一次減速，再次升速，最后減速的方式將速度平穩(wěn)地達到工作軸的理論轉(zhuǎn)速。即軸1將轉(zhuǎn)速通過第Ⅳ排齒輪嚙合傳遞給軸3，軸1，軸5再通過第Ⅲ排齒輪嚙合傳遞給軸三、四，五，六。軸三、四通過軸7將轉(zhuǎn)速直接傳給工作軸一，二。
工作軸一、二、四、五要經(jīng)過六次齒輪傳遞達到預(yù)定轉(zhuǎn)速。經(jīng)位置分析，傳動計算可知，最好經(jīng)過一次減速，再次升速，最后兩次減速的方式將速度平穩(wěn)地達到工作軸的理論轉(zhuǎn)速。即軸1將轉(zhuǎn)速通過第Ⅳ排齒輪嚙合傳遞給軸2，軸2再通過第Ⅰ排齒輪嚙合傳遞給軸5，軸5將轉(zhuǎn)速直接傳給軸6，軸6通過第二排齒輪嚙合傳遞給軸7、8，軸7、8再分別通過第一排齒輪嚙合傳遞給工作軸一、二、四、六。
經(jīng)過多次作圖、試湊的方法安排各軸的模數(shù)和齒數(shù)。
如下表所示：
表3.4鉆工位各軸上齒輪的配置
第ⅰ排（m-z）
第ⅱ排（m-z）
第ⅲ排
（m-z）
第ⅳ排（m-z）
0
2-26
3
2-35
1
2-43
5，7
2-69
2-81
12
2-40
一到六
2-40
由主動軸轉(zhuǎn)速和各軸齒輪的模數(shù)和齒數(shù)可以計算出各軸的實際轉(zhuǎn)速，過程如下:
軸1： =327.5 r/min
軸2： =33/31=33×327.5÷31=448.6 r/min
軸3，4： ==22/25=22×348.6÷25=406.7 r/min
軸5，6： ==31×327.5÷31=348.6 r/min
軸7，8： ==33/36=33×348.6÷36=319.5 r/min
軸一、四： ==24/25=24×319.5÷25=306.7r/min
軸二、五： ==24/30=24×319.5÷30=255.6r/min
軸三、六： ==25/25=24×306.7÷25=306.7r/min
3.3.2 擴工位齒輪的確定
Φ11.7擴孔的主軸的設(shè)計轉(zhuǎn)速為400r/min。輸入軸的轉(zhuǎn)速為470r/min，總傳動比分別為：
=400÷470＝0.85
與鉆工位時的傳動比完全相同。
由以上計算有，擴工位的傳動連可以直接借鑒鉆工位。
由于孔間距比較大，所以可設(shè)中間傳動軸的方法來將中心軸的轉(zhuǎn)速傳遞到各工作軸。由傳動方案三可看出，在擴工位中：
工作軸九、十二要經(jīng)過四次齒輪傳遞達到預(yù)定轉(zhuǎn)速。經(jīng)位置分析，傳動計算可知，最好經(jīng)過一次減速，再次升速，最后減速的方式將速度平穩(wěn)地達到工作軸的理論轉(zhuǎn)速。即軸9將轉(zhuǎn)速通過第Ⅳ排齒輪嚙合傳遞給軸10，軸10再通過第Ⅰ排齒輪嚙合傳遞給軸11、12。軸11、12分別將轉(zhuǎn)速直接傳給工作軸九、十二。
工作軸七、八、十、十一要經(jīng)過六次齒輪傳遞達到預(yù)定轉(zhuǎn)速。經(jīng)位置分析，傳動計算可知，最好經(jīng)過一次減速，再次升速，最后兩次減速的方式將速度平穩(wěn)地達到工作軸的理論轉(zhuǎn)速。即軸9將轉(zhuǎn)速通過第Ⅳ排齒輪嚙合傳遞給軸10，軸10再通過第Ⅰ排齒輪嚙合傳遞給軸13，軸13將轉(zhuǎn)速直接傳給軸14，軸14通過第二排齒輪嚙合傳遞給軸15、16，軸15、16再分別通過第一排齒輪嚙合傳遞給工作軸七、八、十、十一。
軸18是通過軸10等速傳遞給軸17，軸17再升速傳給軸18。
表3.5 擴工位軸上零件的配置
第ⅰ排（m-z）
第ⅱ排（m-z）
第ⅲ排（m-z）
第ⅳ排（m-z）
0
2-26
3，4
2-35
9
2-69
2-81
七到十
2-40
十一，十二
2-40
由主動軸轉(zhuǎn)速和各軸齒輪的模數(shù)和齒數(shù)可以計算出各軸的實際轉(zhuǎn)速，過程如下:
軸9： =327.5 r/min
軸10： =33 /31=33×327.5÷31=348.6 r/min
軸11、12： ==22/25=22×348.6÷25=306.7 r/min
軸13，14，17： ===31×327.5÷31=348.6 r/min
軸15，16： ==33/3
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