箱体加工用组合机床设计

目 录

摘要........................................................... 1 关键词......................................................... 1 1前言 ......................................................... 1 1.1课题来源 ................................................... 1 1.2指导思想 ................................................... 2 2组合机床总体设计方案 ......................................... 2 2.1设计组合机床的步骤 ......................................... 2 2.1.1组合机床的特点 ........................................... 2 2.1.2拟定方案阶段 ............................................. 3 2.1.3 技术设计阶段............................................. 4 2.1.4 工作设计阶段............................................. 4 2.2组合机床方案的制定 ......................................... 4 2.2.1 影响组合机床制定的主要因素............................... 4 2.2.2制定工艺方案工艺应考虑的问题 ............................. 5 2.2.3确定机床配置型式及结构方案应考虑的问题 ................... 6 2.3确定切削用量及选择刀具 ..................................... 7 2.3.1切削用量的选择 ........................................... 7 2.3.2 确定切削力、切削扭矩、切削功率及耐用度 .................. 8 2.3.3刀具结构的选择 ........................................... 8 2.3.4动力部件工作循环及行程的确定 ............................. 8 3三图一卡的设计 ............................................... 9 3.1 加工零件工序图............................................. 9 3.1.1别加工零件工序图的作用与要求 ............................. 9

3.1.2绘制被加工零件工序图的注意事项 ........................... 9 3.1.3绘制矿山掘进机箱体两端面孔的被加工零件工序图 ............. 9 3.2被加工零件加工示意图 ...................................... 10 3.2.1加工示意图的作用 ........................................ 10 3.2.2加工示意图的画法及注意事项 .............................. 10 3.3机床联系尺寸链图 .......................................... 11 3.3.1联系尺寸链的作用及内容 .................................. 11 3.3.2选择动力部件 ............................................ 12 3.3.3联系尺寸链图应考虑的主要问题 ............................ 13 3.3.4联系尺寸图的画法及步骤 .................................. 14 3.4生产率计算卡 .............................................. 16 3.4.1理想生产率 .............................................. 16 3.4.2实际生产率 .............................................. 17 3.4.3机床负荷率 .............................................. 17 4多轴箱—右主轴箱设计 ........................................ 17 4.1右主轴箱设计步骤 .......................................... 17 4.1.1组合机床主轴箱的用途及分类 .............................. 17 4.1.2右主轴箱设计步骤 ........................................ 18 4.2右主轴箱的动力计算 ........................................ 19 4.3多轴箱传动设计 ............................................ 21 4.3.1对多轴箱传动系统的一般要求 .............................. 21 4.3.2拟定多轴箱传动的基本方法 ................................ 21 4.4主轴箱的主要零件设计 ...................................... 23 4.4.1主轴型式和直径 .......................................... 23 4.4.2齿轮的设计 .............................................. 24 4.4.3轴的设计 ................................................ 26 5 经济性分析.................................................. 29 6总结 ........................................................ 30 参考文献...................................................... 30

致谢.......................................................... 31 附录.......................................................... 31

箱体加工用组合机床设计

摘 要：箱体加工用组合机床现广泛运用于生产制造中，本文以矿山掘进机箱体为加

工对象，分析了零件的加工工艺过程，并对其中多轴箱、钻孔工艺进行了组合机床设计，主要内容包括：方案制定、组合机床总体设计、多轴箱设计。绘制了组合机床“三图一卡”，其内容包括：绘制加工零件工序图、加工示意图、机床联系尺寸图和绘制生产功率计算卡等。

关键词：组合机床;齿轮;多轴箱;

The Design of Case Processing In Modular Machine Tool

Abstract：Case processing in combination machine tools are widely used in manufacturing,

based on the mining machine cabinet as processing object, parts machining process are analyzed, and the spindle box for the modular machine tool design, drilling technology, the main contents include: plan formulation, overall design, modular machine tool spindle box design. Figure 1 is constructed combination machine tools of the \CARDS\its content includes: drawing machining parts process diagram, schematic diagram, machine tool touch power calculation size chart and map production card, etc.

Key words: Combination machine tools;Gear;Spindle box;

1 前言

1.1 课题的来源

本课题箱体加工用组合机床设计来源于生产实践过程中。由于工厂生产时大批量的生产，为了保证加工数量和效率，组合机床使生产效率大大提高。 本人大学期间学习的专业是机械设计制造及其自动化，毕业设计题目是箱体加工用组合机床设计，老师为了让我们为即将步入社会和工作做好准备，进一步巩固所学专业知识。

箱体加工用组合机床设计矿山掘进机箱体组合机床设计来源于本人在网跟图书馆查找资料，自己自主设计的一个毕业设计方案。

矿山掘进机箱体组合机床设计让我更好的了解机械设计方面的知识，熟练掌握CAD制图的操作。

我国是拥有上百万台机床的国家，要在短时间内实现机床多方位加工和高效率、高精密、设备的更新，国情上讲全面更新是不大可能的，组合机床的设计就以成为一个重要的研究方向。因此组合机床的设计加以自动化将会使得我们的国家的制造业迅速发展。在组合机床设计中引入了微机，不但技术上具有先进性，同时应用上也比传统的机床有了较大的通用性和可用性[1]。

1.2 指导思想

组合机床是以通用部件为基础，配以少量专用部件，对一种或若干种工件按预先确定的工序进行加工的机床。它能对工件进行多刀、多轴、多面、多工位、同时加工。在组合机床上可以完成钻孔、扩孔、镗孔、攻丝、车削、铣削、磨削及滚压等工序，随着组合机床技术的发展，它能完成的工艺范围日益扩大。组合机床所使用的通用部件是具有特定功能、按标准化、系列化原则设计、制造的组合机床基础部件。每种通用部件有合理的规格尺寸系列，有适用的技术参数和完善的配套关系。组合机床设计应根据机床的性能要求配套液压、气压和电控等系统。本文主要是对矿山掘进机箱体结合件的加工的组合机床设计。制定了机床联系尺寸图，主轴箱图及其主轴箱主要零部件图，并就组合机床的传动方案加以探讨和分析。

2 组合机床总体设计方案

2.1 设计组合机床的步骤

2.1.1 组合机床的特点

组合机床是以通用部件为基础，配以少量专用部件，对一种或若干种工件

按预先确定的工序进行加工的机床。它能够对工件进行多刀、多孔等同时加工。 在组合机床自动生产线上可以完成一系列的切削加工工序。

组合机床及其自动生产线所使的通用部件是具有特定功能，按标准化、系列化通用化原则设计、制造的组合机床基础设计部件。每种通用部件有合理的规格尺寸系列，有适用的技术参数和完善的配套关系。组合机床以其独特的特点在现代化的生产中占有重要的地位，其特点如下：

（1）组合机床上的通用部件和标准部件占全部机床零部件总重量的70％— 80％，因此设计周期短，经济效益好。

（2）由于组合机床上采用多刀加工，机床自动化程度高，因此生产率高，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，又有专门厂家成批生产，它与一般专用机床比较，其结构稳定，工作可靠，使用和维修方便。

（4）组合机床加工零件，由于采用专用夹具、组合刀具和导向装置等，产品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）当机床被加工的产品更新时，专用机床的大部分部件要报销。组合机床的通用部件是根据国家标准设计的，并等效于国家标准，因此其通用部件可以重复使用，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，适用于大规模和自动化生产需要。 本次设计的主要是为了使我们通过对组合机床的设计，对其结构及工作原理有个初步了解。同时经过设计完成组合机床达到加工工件的目的。在设计过程中需要查阅多种设计手册，对各种设计手册也有了一定了解，对以后走上工作岗位有很大的帮助，对以往所学的理论知识也是一个巩固，把所学与实践相结合起来。

本文主要是对矿山掘进机箱体结合件的加工的组合机床设计。制定了机床联系尺寸图，主轴箱图及其主轴箱主要零部件图，并就组合机床的传动方案加以探讨和分析。

2.1.2 拟定方案阶段

（1）制定工艺方案，制定工艺方案是设计组合机床最重要的一步。工艺方案制定得是否正确，将决定机床能否达到“体积小，重量轻，结构简单，效率高，质量好”的要求。为了使工艺方案制定的合理、先进必须认真分析被加工零件的图纸，全面了解被加工件的结构特点加工部位尺寸精度表面粗糙度和技术要求，定位夹紧方式，工艺方法和加工过程所采用的刀具、辅具，切削用量情况及生产率要求等，分析其优缺点，总结设计、制造、使用单位和操作者丰富的实践经验，

以求理论联系实际，从而确定零件在组合机床上的工艺内容及方法，决定刀具种类、结构形式、数量及切削用量等[2]。

（2）确定机床的工艺方案，确定机床的配置型式，并定出影响机床总体布局和技术性能的主要部件的结构方案。既要考虑能实现工艺方案，以确保零件加工精度，技术要求及生产率；又要考虑机床操作方便可靠，易于维修，且润滑冷却排屑情况良好。

（3）总体设计——三图一卡,在本设计选定工艺方案并确定机床配置型式、结构方案后，进行方案图纸设计。这些图纸包括：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。在总设计过程中，应先设计机床的夹具方案，画出夹具方案草图，然后确定多轴箱的轮廓尺寸，从而确定了机床各部分间的尺寸。 2.1.3 技术设计阶段

本设计要求只绘制多轴箱装备图，根据已确定的工艺和结构方案，按照加工示意图和机床联系尺寸图的尺寸和主轴、传动轴的分布形式的设计及通用部件的选择，绘制多轴箱等装配图。 2.1.4 工作设计阶段

本设计要求绘制被加工零件的工序图加工示意图机床联系尺寸图及多轴箱装配图。还要求编制机床设计说明书。

2.2 组合机床方案的制定

组合机床是针对被加工零件的特点及工艺要求，按高度集中工序原则设计的一种高效率专用机床。设计组合机床前，首先应根据组合机床完成工艺的一些限制及组合机床各种工艺方法能达到的加工精度、表面粗糙度及技术要求，解决零件是否可以利用组合机床加工及采用组合机床加工是否合理。如果确定零件可以利用组合机床加工，那么，为使加工过程顺利进行，并达到要求的生产率，必须在掌握大量的零件加工工艺资料基础上，统盘考虑影响制定零件工艺方案、机床配置型式结构方安的各种因素及应注意的问题。经过分析比较，以确定零件在组合机床上合理可以的加工方法、确定工序间加工余量选择合适的切削用量相应的刀具结构确定机床配置型式等，这些便是组合机床方安的主要内容。 2.2.1 影响组合机床方案制定的主要因素

被加工零件的加工精度和加工工序，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，是制定机床方案的主要依据。采用刚性主轴结构方

案时，必须根据被加工零件的材料加工部位的特点及加工精度要求来选择主轴结构型式及数据参数，以使主轴有足够的刚性及抗振性。还必须布置好刀具位置，以减少切削径向力在加工过程中产生的振动[3]。 2.2.2 制定工艺方案工艺应考虑的问题

（1）组合机床常用工艺方法能达到的精度及表面粗糙度:由于被加工零件的精度要求加工部位尺寸、形状特点、材料、生产率要求不同，设计组合机床必须采用不同的工艺方法和工艺过程。

根据对我国使用的组合机床的调查，加工铸铁件的某些主要工序所能达到的精度和表面粗糙度如下述，可供制定时参考。

（2）确定工艺方案的原则及注意问题:粗、精加工工序的安排 必须根据零件的生产批量、加工精度、技术要求进行全面分析，按照经济地满足加工要求的原则，合理解决加工工序的安排。不要不分具体情况而一律粗、精加工分开或粗、精加工工序的做法。由于本次设计只有一道工序，为粗加工工序，不用考虑工序的安排问题。

（3）制定工艺方案时孔中心距的问题:在确定组合机床完成工艺时，要考虑可同时加工最小孔间中心距。由于主轴箱的主轴结构和设置导向的要求，以及保证必须的加工精度和工作可靠的要求，组合机床钻孔对于通用的主轴箱，其最小中心距为24mm。本次设计的中心距为55mm，所以主轴箱为通用主轴箱。 （4）定位基准及夹紧点选择:组合机床是针对某种零件或零件某道工序而设计的。正确选择加工用的定位基准，是确保加工精度的重要条件，同时也有利于实现最大规模的集中工序，从而收到减少机床台数的效果。

（5）选择定位基准的原则及应注意的问题:应尽量选择零件设计基准作为组合机床加工的定位基准，这样可减少基准不符的误差，保证加工精度。但在某些情况下，却必须该用其它面作定位基准，如组合机床经常加工的各种发动机汽缸体，其顶面为主要安装基准，即设计基准。选择定位基准应确保工件定位稳定。尽量采用以加工的较大平面为定位基准，这对于精加工尤为重要。在不得以的情况下，才选那些与加工表面有一定关系的、经过仔细清理平整的毛面作为定位基准。切记，定位基准不可选在铸铁或铸件的分型面上，也不要选在有铸孔的部位，否则将影响定位精度。

（6）统一基面原则:即在各台机床上采用共同的定位基面来加工零件不同表面上的孔或对同一表面上的孔完成不同的工序，这对工序多的箱体类零件尤为重

要。当被加工零件不具备理想的定位基准，或者工件刚性不足时，为防止加工时工件变形，振动而影响加工精度，可在机床上设置辅助支撑，以增加定位稳定性和承受较大的切削力。

（7）确定夹压位置应注意的问题:在选择定位基面同时，要相应决定夹压位置。此时应注意的问题是：保证零件夹压后定位稳定；尽量减少和避免零件夹压后变形，消除其对加工的影响[4]。

2.2.3 确定机床配置型式及结构方案应考虑的问题

根据被加工零件的结构特点、加工要求、工艺过程方案及生产率等，可大体确定采用哪种基本型式的组合机床。但由于工艺的安排动力部件的不同配置零件安装数目和工位数多少不同，而会产生多种配置方案。不同的配置方案对机床的复杂程度、通用化程度、结构工艺性、加工精度、机床从新调整可能性及经济性等，具有不同的影响。因此，确定机床配置型式及结构方案时，必须考虑下述问题：

（1）组合机床的特点及适用性，单工位组合机床的工作特点是，加工过程中位置固定不变，由动力部件移动来完成各种加工。这类机床能保证较高的相互位置精度，它特别适合于大中型箱体类零件的加工。单工位组合机床根据工件加工表面的分布情况不同，其配置型式有卧式、立式、倾斜式和复合式等。根据本设计的被加工件的特点，正适合采用单工位组合机床。

（2）组合机床的加工精度，组合机床可完成的工艺范围及所能达到的加工精度已有叙述。这里着重要说明的是组合机床不同的配置型式对加工精度的影响。在确定机床配置型式和结构方案时，首先必须注意零件加工精度能否稳定的得到保证。影响组合机床加工精度的因素是多方面的，一般分为加工误差和夹具误差两方面。

被加工零件的形状和主要轮廓尺寸以及与本机床设计有关部位结构形状和尺寸，本工序选用的定位基准、夹紧部位及方向，本工序加工表面的尺寸、精度、表面粗糙度、形位公差等技术要求以及上道工序的技术要求，注明加工零件的名称、编号、材料、硬度以及加工部位的余量。本设计要求达到的精度正好在上述范围内，所以组合机床钻孔的位置精度能达到本零件的要求。

（3）其它应注意的问题，在确定机床配置型式和结构方案时，要合理解决工序集中问题。在一个动力部件上配置多轴箱加工多孔来集中工序是组合机床基本的加工方法。但主轴数量的多少，既要考虑动力部件及多轴箱的性能和尺寸，

[5]又要调整机床和更换刀具方便。

要注意排屑和操作使用方便性。由于本设计是用前后导向进行加工的机床，所以采用的方案是卧式加工。有时候，可将孔钻的深一些，以避免由于孔内积存切屑而折损刀具或破坏加工精度。

选择机床配置型式要考虑夹具结构实现的可能性及工作可靠性。确定成套机床或流水线上的各机床型式时，应注意使机床和夹具型式尽量一致，着不仅有利于保证加工精度，也可提高通用化程度，便于设计、制造、维修。

组合机床主要用于批量较大的生产。但有的情况下，如为了保证关键工序稳定的加工精度又要缩短设计制造周期，虽然工件批量不大，也采用组合机床。

2.3 确定切削用量及选择刀具

2.3.1 切削用量的选择

确定了组合机床上完成的工艺内容之后，就可以着手选择切削用量。切削用量选择是否合理，对组合机床的加工精度、生产率、刀具耐用度、机床的布局型式及正常工作有很大影响[6]。

（1）组合机床切削用量选择的特点，在大多数情况下，组合机床为多轴、多刀、多面同时加工。因此，所选切削用量，根据经验应比一班万能机床单刀加工低30％左右。

组合机床多轴箱上所有刀具共用一个进给系统，通常为标准动力滑台的每分钟进给量。

（2）确定切削用量应注意的问题，尽量做到合理利用所有刀具，充分发挥其性能。所以本设计选用锥柄麻花钻。选择切削用量时，应注意零件生产批量的影响。生产率要求不高时，就没必要将切削用量选得过高，以免降低刀具耐用度。对于要求生产率高的大批大量生产用组合机床，要首先保证那些耐用度低，刃磨困难，造价高的所谓“限制性”工序刀具的合理切削用量，但须注意不能够影响加工精度，也不能使刀具耐用度降低。切削用量的选择应有利于多轴箱设计。本设计主轴转速相等，可使多轴箱传动链简单。刀具带导向加工，由于不便冷却润滑，应适当降低切削速度。选择切削用量，还必须考虑所选动力滑台的性能。本设计采用液压动力滑台，所选择的每分钟进给量应比动力滑可实现的最小进给量大50％。这样能避免由于温度和其他原因导致进给量不稳定，影响加工精度，甚至造成机床不能工作。

（3）组合机床切削用量的选择方法，必须从实际出发，根据加工精度工件

材料技术要求等进行分析，按照经济地满足加工要求的原则，合理地选择切削用量。一般常用查表法，参考生产现场同类工艺，通过工艺实验确定切削用量。 2.3.2 选择刀具、导向及有关计算

此处省略 NNNNNNNNNNNN字。如需要完整说明书和设计图纸等.请联系 扣扣：九七一九二零八零零 另提供全套机械毕业设计下载！该论文已经通过答辩

2.3.4 动力部件工作循环及行程的确定

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终了位置，又返回到原位的动作过程。 （1）工作进给长度L工的确定 L工=L1+L?L2=18mm （1）

L工：工作进给长度 L1：切入长度 L：加工长度 L2：切出长度

（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，其长度由具体情况确定。本工序选取快速引进长度为30mm。

（3）快速退回长度的确定：快速退回长度是快速引进长度和工作进给长度之和。本工序为48mm。

（4）动力部件总行程的确定：动力部件总行程为快退行程和前后备量之和。总行程为215mm前备量为30mm，后备量为137mm。

3 三图一卡的设计

3.1 加工零件工序图

3.1.1 被加工零件工序图的作用和要求

被加工零件工序图是根据选定的工艺方案，表示在一台机床上或一条自动生产线完成的工艺内容、加工部位的尺寸及精度、技术要求、加工用定位基准、夹压部位、以及被加工零件的材料、硬度和在机床加工前毛坯情况的图纸。它是在原有的工件图基础上，以突出本机床或自动线加工内容，加上必要的说明绘制的。

它是组合机床设计的主要依据，也是制造使用时调整机床、检查精度的重要技术文件。被加工零件工序图包括以下内容[8]：

（1）在图上应表示出被加工零件的形状，尤其是要设置中间导向时，应表示工件内部分的布置和尺寸，以便检查工件装进夹具是否想碰，以及刀具通过的可能性。

（2）在图上应表示出加工表面的尺寸、精度表面粗糙度、形状位置尺寸精度及技术要求，还包括本道工序对前道工序提出的要求。

（3）图上还应有必要的文字说明。如被加工零件的名称、编号、材料、硬度、重量及被加工部位的余量。

矿山掘进机箱体两端面孔的被加工零件工序图如图1所示 3.1.2 绘制被加工零件工序图的注意事项

（1）为了是被加工零件工序图清晰明了，一般要突出本机床的加工内容，绘制时，应按一定的比例，选择足够的视图及刨视，突出加工部位用粗实线表示，并把零件轮廓及机床、夹具设计有关的部位用细实线表示清楚。凡本道工序保证的尺寸、角度等，均在尺寸数值下方面粗实线标记，与加工有关的尺寸打上方框。 （2）本机床加工部位的位置尺寸应由定位基准注起，有的定位基准与设计基准不一致应换算成为对称公差尺寸。有时也可以将工件的某一孔的位置尺寸从定位基面标注，其余各孔的位置尺寸以次孔为基准进行标注，以免由于尺寸尺寸链的影响，而不能保证要求的精度。

（3） 应注明零件加工对机床提出的某些特殊要求。如对多层壁同轴线等直孔加工，若要求孔表面不留退刀痕迹，则图纸上应注明要求“机床主轴定位，工件让刀”。

3.1.3 绘制矿山掘进机箱体两端面孔的被加工零件工序图

根据以上所述分析确定零件的加工工序图。对零件进行总体分析，绘制了矿山掘进机箱体两端面孔的被加工零件工序图[9]。

图1 被加工零件工序图

Fig. 1 Processed parts process diagram

3.2 被加工零件加工示意图

加工示意图是组合机床设计的重要图纸之一，在机床总设计中占有重要 位置。它是设计刀具、夹具、主轴箱以及选择动力部件的主要资料，同时也是调整机床和刀具的依据。

加工示意图，要反映机床的加工过程和加工方法，并决定接杆的尺寸，钻杆长度，刀具种类数量，刀具长度及加工尺寸，主轴尺寸及伸出长度，主轴、刀具、导向与工件的联系尺寸等

[5]。

加工示意图应绘制成展开图，其绘制顺序是，首先按比例绘制工件的外形及加工部位的展开图。特别是注意那些距离很近的孔严格按比例相邻绘制，以便清晰地看见相邻刀具、导向及工具、主轴等是否想撞。然后，根据工件加工要求几次选定的加工方法绘制刀具，并确定导向形式、位置及尺寸，选定主轴和接杆。从这些刀具中找出影响其联系尺寸的关键刀具，按其中最长的一根刀具，从主轴箱到工件之间的最小距离来确定全部刀具，导向及工件之间的尺寸联系。 加工示意图还要绘制出工件加工部位的图形。在轴数多时，必须在空旁边标上号码，以便设计和调整机床。 3.2.2 加工示意图的画法及注意事项

（1）加工示意图的绘制顺序是：先按比例用细实线绘出工件的加工部位和局部结构的展开图。加工表面用粗实线。以简化设计，相同加工部位的加工示意图（指对同一规格的孔加工，所用的的刀具、导向、主轴、接杆等规格的尺寸、精度完全相同），允许只表示其中之一，亦即同一多轴箱上结构尺寸相同的主轴只画一根。但必须在主轴上标注轴号（与工件的孔号相对应）。

（2）一般情况下，在加工示意图上，主轴分布可不按真实距离绘制，当被加工件的孔间距很小或需设置径向结构尺寸较大的导向装置时，相临主轴必须按严格比例绘制，并检查相互是否干涉。

（3）主轴应从多轴箱端面画起。刀具加工终了位置。标准的通用结构只画外形轮廓，并必须加注规格代号。对一些专用结构，为显示其结构而必须剖视，并标注尺寸、精度及配合。

根据前面所选的刀具及导向装置工作行程等绘制出零件的加工示意图：如图2所示

图2 加工示意图

Fig. 2 Processing schematic drawing

3.3 机床联系尺寸链图

3.3.1 联系尺寸链的作用及内容

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、侧底座、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，以检验机床各个部分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理；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械总图，他表示机床的配置型式及总体布局。 联系尺寸图的主要内容如下[10]

（1）以适应数量的视图（一般为主、左视图）按同一比例画出机床各主要组成部件的外形轮廓及相关位置，表明机床的配置型式及总体布局、主视图的选择应与机床实际加工状况一致。

（2）图中应尽量减少不必要的线条及尺寸。担反映各部分的联系尺寸、专用部件的轮廓尺寸、运动部件的极限位置及行程尺寸，必须完整齐全。至于各部分的详细结构不画出，留在具体设计部件时完成。

（3）为便于开展部件设计，联系尺寸图上应表注通用部件的规格代号，电动机型号、功率及转速，并注明机床部件的分组情况及总行程。 3.2.2 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。根据已定的工艺方案和机床配置形式并结合使用及修理因素，确定机床为卧式单工位液压传动组合机床，选用配套的动力箱驱动多轴箱钻孔。 影响动力部件选择的主要因素 ：

（1）切削速度：根据各刀具主轴的切削用量，计算出总切削功率，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事情规格的依据。每种型号的动力箱皆可以配用两种规格的电动机，这两种电机除功率大小不同外，转速也不同。因此动力箱输出转速也有高低两种，应根据多轴箱传动系统设施设计要求，并使多轴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最大进给力F进的限制。选用时，可根据确定的切削用量计算出主轴的轴向切削力合力∑F，以∑F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都有规定的快速行程速度及最小进给限制。所选择的快速行程速度应大于动力滑台额定的最小进给量。

（4）行程：选用动力滑台时，必须考虑其允许最大行程。目前设计的动力滑台有三种行程。设计时，所确定的动力部件总行程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使用，其上能安装多大轮廓尺寸的多轴箱是有一定限制的。设计时可查组合机床通用部件相应标准的推荐值。

（6）动力滑台的精度和导轨材料：新标准动力滑台均采用单导轨两侧导向，增加了导向的长度比，提到了导向精度。导向材料有两种，A型为铸铁导轨，B型为镶铁导轨，两种材料导轨皆经淬火，硬度达G42—48，故导轨寿命高。动力滑台共有3个精度等级，“M”表示精密级，“G”表示高精度级，型号尾部无符号为普通精度级，如1HY25M，1HY25G，1HY25。可根据加工精度，经济合理地选用动力滑台。

综合考虑上述因素，根据具体加工要求，正确合理的选择动力部件——动力滑台和动力箱，并以其为基础进行通用部件配套。

在此设计中，根据对加工零件的分析及相关尺寸的计算决定选用HY25B-I型液压滑台，台面宽250mm，台长500mm,行程长250mm,导轨为铸铁材料，滑台及滑座总高250mm，滑座长790mm，允许最大进给力F进=8000N，快速行程速度为12m/min，工进速度32-800mm/min。

选取1TD25-A型号的动力箱,电动机型号为Y90L-6,其电动机功率不小于2.2kW,电动机时转速为1420r/min,动力箱与动力滑台结合面尺寸,长500mm,宽250mm,动力箱与多轴箱结合面尺寸,宽250mm,高992.5mm,动力箱输出轴距箱底面高度烛250mm。

3.3.3 联系尺寸图应考虑的主要问题

绘制联系尺寸图，一般是在以画出加工零件的工序图、加工示意图，并初选用动力部件及与其配套的通用部件之后进行的 。对于机床的某些重要尺寸也应在画联系尺寸图之前的方案设计阶段初步确定，如机床的装卸高度H，多轴箱的轮廓尺寸及夹具轮廓尺寸等。尤其对于加工精度要求比较复杂的组合机床，往往需要预先画出夹具方安的详细草图，以确定其主要轮廓尺寸。所以，总体设计更确切地说是包括夹具方案在内的四图一卡的设计。于矿山掘进机箱体加工组合机床的联系尺寸图的确定[11]。

（1）夹具轮廓尺寸的确定：组合机床夹具是保证零件加工精度的重要专用部件。这里所确定的夹具轮廓尺寸是指夹具底座的长、宽、高。这些尺寸的确定，除了首先必须考虑工件的形状、轮廓尺寸、具体结构外，还必须考虑能够布置下保证加工要求的定位、限位、夹紧机构、导向系统，并要考虑夹具底座与机床其他部件连接、固定所需要的尺寸。满足要求后即可绘制出夹具图。

（2）机床的装料高度H：装料高度是指机床上工件的定位基准到地面的垂直距离，我国过去的设计组合机床一般H=850mm。为提高通用部件及支撑部件的刚度并考虑自动线设计时中间底座内要安装夹具输送、冷屑、排屑装置，新颁布的组合机床标准推荐可视具体情况在H=850—1060mm之间选取。选取装料高度装料高度H考虑的主要因素是：应与车间里运送工件的滚道高度相适应，工件定位的孔到最低主轴的距离为h1=94.5mm, 最低主轴距主轴箱箱底为h2=10mm，主轴与液压滑台之间的有0.5mm的间隙。和选用通用部件、中间底座、夹具等部件高度尺寸的限制选用滑台与滑座总高度h3=250mm，底座高度h4=560mm,中间底座高度h5=240mm,滑座与侧底座之间调整高度h6=560mm,综合上述因素，本机床的装料高度取H=900 mm。

（3）中间底座轮廓尺寸：中间底座的轮廓尺寸要满足夹具在其上面连接安装的需要。其长度方向尺寸要根据所选动力部件（滑台和滑座）及配套部件的位置关系，照顾各部件联系尺寸的合理性来确定。非常重要的是，一定要保证加工终了位置时，工件端面至多轴箱的距离不小于加工示意要求的距离。同时要考虑动力部件处。

被加工零件的轮廓以点划线、多轴箱轮廓尺寸用粗实线表示。多轴箱的宽度B和高度大小主要与被加工零件孔的分布有关，可按下式确定：

B=b+2b1 （2）

式中b——工件的宽度方向相距最远两孔的距离（mm） b2最边缘主轴中心距箱外壁的距离（mm） h——工件在高度方向相距最远两孔的距离（mm） h1——最低主轴高度（mm）

b和h为以知尺寸。为保证多轴箱排布齿轮有足够的空间，推荐b>70——100mm。

多轴箱最低主轴高度h1须考虑到与工件最低孔位置、机床装料高度、滑台

H=2h +h1+b2

滑座总高度、侧底座高度、滑座与侧底座之间的调整高度（5mm）等之间的关系确定。对于卧式组合机床，h1要保证润滑油不至于从主轴衬套泄出箱外，通常用： h1>85——140mm 对于本次设计的组合机床 h1=h2+H－（0.5+h3+h6+h4）

=10+900－（0.5＋250＋5＋560）=94.5 （3） 若取b1=150mm,则可求出多轴箱轮廓尺寸为：B=b+2b1 B=152+2×100=352（mm） H=2h+ （4）

根据上诉计算值，按主轴箱轮廓尺寸系列标准，最后确定多轴箱轮廓尺寸为 B×H=400×400mm[12]。

3.3.4 联系尺寸图的画法及步骤

（1）画主视图 主视图的图形布置位置应与实际位置一致，并应选择适当比例。先用双点划线或细实线画出被加工零件的长×高轮廓。以工件两端及最低

h1+

b2=2×99+94.5+100=392.5(mm)

孔中心O—O1分别为长度与宽度的定位基准，根据以确定的机床各组成部件轮廓尺寸及主要相关尺寸按下列顺序进行[13]。

以工件的下表面为基准，根据前面已经确定的工件前端面至多轴箱外轮廓。 多轴箱以其后盖与动力箱定位连接，根据选择的ITD25型动力箱的安装连接尺寸画出动力箱的轮廓。动力箱以其底面与动力滑台定位连接，再机床长度方向上，通常动力箱后端面应与滑台后端面平齐安装。动力滑台与滑座在机床长度方向的相对位置，由加工终了时滑台前端到滑座前端面L2决定，L2是机床长度方向上各部分联系尺寸的可调环节。对于标准的动力滑台，L2尺寸的最大范围75—85mm。 L2是动力滑台、滑座本身结构决定的滑台前端面到滑座前端面的最小与前备量二者之和。前者不应小于15—20mm,对于这次设计来说取20mm,则L2=60+20=80mm。

为便于机床的调整和维修，滑座与底座之间需加5mm厚的调整垫片批。而滑座与侧底座在机床长度方向上的相对位置由滑座前端面到侧底座前端面的距离L3决定。若采用的侧底座为标准型，则L3可由组合机床通用部件联系尺寸标准中查的：L3=180。

中间底座长度尺寸L确定后，必须根据夹具长度尺寸A及中间底座的相对安装位置来检查尺寸a的大小是否合适。

通常，当机机床不采用切削液时，a尺寸最小可取10-15mm，当机床采用切削液时，要考虑中间底座周边应有一定宽度的回收冷却液及排屑沟槽，a一般不小于70-100mm。

如果计算出的L值不能满足A和a尺寸要求，可采取改变加区终了位置时多轴箱端面至于工件端的距离L1尺寸进行调节，此时必须同时修改加工示意图，以达到相关尺寸，但必须保证滑台有足够的前备量15-20mm。

若计算出中间底座尺寸L过大而造成a尺寸过大时，一般可通过增加L2尺寸或侧底座与中间底座之间加垫铁的办法,使L尺寸减小,a尺寸减小。但必须注意，增加12的尺寸，不要超过动力滑台关于尺寸的最大调节范围。

综上所述可以看出中间轮廓尺寸（尤其是沿机床长度方向的尺寸L）的决定比较灵活，即要照顾到与其他部件之间联系尺寸的合理性，又要尽量使机床布局匀均节省材料。

（2）画右视图在于重点表示清楚机床各部件在宽度方向轮廓尺寸及相关的位置，配合主视图完成联系尺寸图所需要表达的内容。

（3）联系尺寸图应标注机床各主要组成部件轮廓尺寸及相关尺寸，应使机床在长、宽、高三方向的尺寸链闭。

完整、恰当的标注机床各主要组成部件的轮廓尺寸及相关尺寸，应使机床在长、宽、高三方向的尺寸链封闭。

应表示清楚运动部件的原位、终点状态及运动过程情况（可用工作循环图表示），以确定机床最大轮廓尺寸。

应注明工件、夹具、动力部件、中间底座对称中心线的位置关系。 一般注明电动机的型号、功率、转速及所选标准通用部件的型号规格和主要轮廓尺寸，并对组合机床所有部件进行分组编号、作为部件和零件设计的原始依据。

根据设计要求，经过计算绘制出组合机床的联系尺寸如图3所示。

图3 机床联系尺寸图 Fig. 3 Machine contact size chart

3.4 生产率计算卡

根据选定的机床工作循环所要求的工作行程长度、切削用量、动力部件的快速及工进速度等，就可以计算机床的生产率计算卡，用以反映机床的加工过程、完成每个动作所须的时间、切削用量、机床生产率及机床负荷率等[14]。 3.4.1 理想生产率Q1

Q1=A/K（件/h） A——年生产纲领 6万件 K——单班制取2350h

所（5）

3.4.2 实际生产率Q Q=60/T单（件/h）

T单——生产一个零件所需的时间（min）

T单=t切+ t辅=L1 L2——分别为刀具第1,第2工作进给行程长度(mm); Vf1 vf2——分别为刀具第1,第2工作进给量(mm/min)； t

停

以

Q1=60000/2350=25.53件/h

——当加工沉孔\\止口,光整表面,动力滑台在死挡铁上的停留时间,通常指刀

具在加工终了时,无进给状态下旋转5-10r所需时间(min); L快进, L快退——分别为动力部件快进\\快退行程长度(mm)； vfk——机械比肩取6-8m/min;液压取4-12m/mm； t移——一般取0.1min； t装卸——一般取0.5-1.5min；

T单= t移+ t移=(L1/vf1+ L2/vf2+t停)+(L快进+L快退)/vfk+t移+t装卸=22/70+128/4000+150/4000+1.4=1.984 Q=60/1.984=30.24(件/h) （6） 3.4.3 机床负荷率

当Q1＜Q2=25.53/30.24=0.844

根据组合机床的使用经验,适宜的机床负荷率为η负=0.75-0.90,设计时,可按机床复杂程度参照下面表1确定[15]。

表1 组合机床允许的最大负荷率

Table 1 Combination machine tools allow maximum load rate 机 床

单面或双面

主轴数 15 16-40 41-84

负荷率η负 0．90 0．90-0．86 0．86-0．80

4 多轴箱——右主轴箱设计

4.1 右主轴箱设计步骤

4.1.1 组合机床主轴箱的用途及分类

多轴箱是组合机床的主要部件之一，按专用要求进行设计，由通用零件组成。 其主要作用是，根据被加工零件的加工要求，安排各主轴的位置，并将动力和运动由电机或动力部件传给各工作主轴，使之得到要求的转速和转向[16]。

多轴箱按其结构大小，可分为大型主轴箱和小型主轴箱两大类。大型又分为通用主轴箱和专用主轴箱两种。专用主轴箱根据加工特点及加工工艺要求进行设计，由大量的专用零件组成，其结构与设计方法与通用机床类似，由于本设计工件较大。所以本设计说明书着重介绍大型通用主轴箱的设计的有关问题。 4.1.2 右主轴箱设计步骤

多轴箱是组合机床的重要专用部件。他是根据加工示意图所确定的工件加工孔数和位置、切削用量和主轴类型设计的传动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。

多轴箱的通用箱体材料为HT200，前、后、侧盖等材料为HT150。多轴箱体

本尺寸系列标准（JB/T9839-1998）规定，9种名义尺寸用相应滑台的滑鞍宽度表示。目前，多轴设计有一般设计法和电子计算机辅助设计法两种。

（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。其主要内容及注意事项如下：

图4 主轴位置关系尺寸图

Fig. 4 main shaft position size chart

（2）根据机床联系尺寸图，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。

（3）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、主轴与驱动轴的相关位置尺寸。

（4）根据加工示意图标注各主轴转速及转向主轴逆时针转向。 （5）列表标明各主轴的工序内容、切削用量及主轴外伸尺寸。 （6）标明动力件型号及其性能参数。

表2 主轴外伸尺寸及切削用量

Table 2 Spindle overhang size and cutting parameter 轴号 1 2 3

主轴外伸尺寸（mm） 切 削 用 量 D/d L 工序内容 n(r/min) v(m/min) f(mm/r) 30/20 30/20 32/25

115 115 115

钻?5.2孔 钻?5.2孔 钻?5.2孔

732 732 732

13 13 13

0.1 0.1 0.1

备注

注：1）、被加工零件编号及名称：ZFA211-3600-7箱体。材料及硬度，铸铁，200HBS ２）、动力部件1TD25-A，Y100L1-4，N=2.2kW，n=1430 r/min

4.2 右主轴箱的动力计算

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，多轴箱所需要的功率按下列公式计算[17]：

P多箱?PP?失P??切削?空i?1n切削P

??i?1n空P??失Pi?1

n（7） 式中

P切削——切削功率，单位为kW

P空P失 ——空转功率，单位为kW

——与负荷成正比的功率损失，单位为kW

每根主轴的切削功率，由选定的切削用量按公式计算或查图表获得；每根主轴的空转功率按《组合机床设计简明手册》确定；每根主轴上的功率损失，一般取所传递功率的1%。 主

轴

切

削

功

率

:

P切?Mv3060D

（8）

M——扭矩

V——切削速度 D——钻头直径

则有

P切1?90?21?0.118KW3060?5.2

P切?3P切1?3?0.118?0.356KW（9） 空转功率：

由于主轴直径为20mm、25mm： 转速:n=630r/min ,轴径为20mm时：

P空=0.073KW

P空=0.04K6W;轴径为25mm时：

n=1000r/min, 轴径为20mm时：

P=0.116KW 空

P空=0.074KW；轴径为25mm时：

而主轴转速为n=732r/min，根据插值法：

732-630P空=?(0.074?0.046)?0.046?0.057KW1000?732732-630P空=?(0.116?0.073)?0.073?0.089KW1000?732（10）

因此：

P空z=0.057?2+0.089=0.203KW

功率损失：

每根轴上的功率损失，一般可取所传递功率的1% 因此：

P失=（0.203+0.356）?1%=0.006KW

P多箱?PP?失P??切削?空i?1n切削P??i?1n空P??失Pi?1n=0.203+0.356+0.006=0.565KW

（11）

多轴箱所需的进给力

F多箱可按下式计算：

F多箱=?Fii=1n

（12） F式中 i——各主轴所需的轴向切削力，单位为N

0.8 F?419?D?S?Kp

（13）

D——钻头直径 S——每转进给量 Kp——修正系数 已知 D=5.2mm S=0.1mm/r （14）

1900.6()Kp=190=1 F=345.3N

4.3 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，把驱动轴和主轴联系起来，使各主轴获得预定的转速和转向[18]。 4.3.1 对多轴箱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，力求传动轴和齿轮规格、数量为最少。为此，应尽量用一根中间传动轴带动多根主轴，并将齿轮布置在同一排上。

（2）尽量不用主轴带动主轴的方案，以免增加主轴负荷。遇到主轴较密时，布置齿轮的空间受到限制或主轴负荷较小、加工精度要求不高，也可用一根强度较高的主轴带动1-2根主轴的传动方案。

（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，后盖内齿轮齿轮传动比允许至1/3，尽量避免用升速传动。当驱动轴转速较低时，允许先升速然后再降一些。

（4）驱动轴直接带动的转动轴数不能超过两根，以免给装配带来困难。 4.3.2 拟定多轴箱传动的基本方法

拟定多轴箱传动系统的基本方法是：先把全部主轴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；非同心圆分布的一些主轴，也宜设置中间传动轴；然后根据已经选定的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；最后通过合拢传动轴与动力箱驱动轴连接起来[19]。 （1）主轴分布类型

图 5 主轴分布示意图

Fig. 5 Axis distribution diagram

单组圆周分布，但各轴心间距较小。

（2）根据此种类型设计出三种传动联系方案：

图6 设计方案 Fig. 6 Designs

第一种传动设计方案分析：

第一种传动设计方案十分符合主轴箱设计的各项原则： ①传动轴、齿轮数最少，用一根传动轴带动多根主轴。 ②主轴齿轮规格相同。

从理论上来说是一种经济有效的传动方案。但在进一步设计时发现该传动方案有以下缺陷：主轴直径d=20mm中心传动轴轴线与最下轴轴心线距离为32.5mm若两轴真的实现传动，两轴所配套轴承的外径尺寸D=47mm，然而，为使两轴承间安装不发生冲突，其间距最少为47mm而32.5<47mm，轴承不能进行安装。 第二种传动方案分析：

第二种传动方案采用了一种完全不同的方法，避免了第一种传动方案的结构冲突，满足传动要求。但该传动方案并不适合于该工序：本工序加工扭矩小，因此在传动过程中负载小，对轴和齿轮的要求不高，传动方式应尽求简单；而该传动方案形式复杂，齿轮选择多坐标确立烦琐不适于设计。 第三种传动方案分析：

此方案采用对称分布，其中4、3两传动轴无论轴还是齿轮规格均相同。此种结构结构紧凑，相对位置关系容易确立，与方案2相比还减少了轴和齿轮的数量和规格。但该方案把一根主轴同时做传动轴，向另外两主轴传动动力，增加了负荷。

通过比较，方案1结构不合理，不能采用。方案2、3符合设计要求。然而，通过进一步比较发现，方案3更合理一些：

在结构布局和成本方面方案3都是合理的，但它与设计原则中：通过主轴传动带动主轴将增加主动主轴的负荷；通过计算：

每根主轴实际切削扭矩： M=90kg.mm，轴径为20mm，查《组合机床设计》

知轴径d=20mm的轴能承受的扭矩为M=1100kg.mm而本传动系统中只有三根主轴，设其中两根从动主轴与主动主轴之间有扭矩损失5%，那么：主动轴所能承受的全部扭矩为

2?90?5%?2?90?90?279kg.mm 279<<1100kg.mm

即所受负荷远在其所承受的范围之内，或者说，所增加负荷对其运行或特性没有半点影响，因此满足设计要求。所以在小扭矩作用下，方案3是合理的。

4.4 主轴箱的主要零件设计

4.4.1 主轴型式和直径

主轴的型式和直径，主要取决与工艺方法、刀具主轴联接机构、刀具的进给抗力和切削转矩。如钻孔时常采用滚珠轴承主轴；扩、镗、铰孔等工序工序常采用滚锥轴承主轴；主轴间距较小时常选用滚针轴承主轴。设计时，尽可能不选用15mm直径的主轴和滚针主轴，因为滚针轴承精度低、结构刚度及装配工艺性都较差，既不便于制造又不便于维修[20]。

首先，根据切削用量，查《机床夹具手册》由计算公式计算扭矩： M?0.21?D2?S0.8?Kp （15） D——钻头直径 S——每转进给量 已知 D=5.2mm S=0.1mm/r 得 M=90N.mm

可选择轴径d=12mm，由《组合机床设计简明手册》选取主轴直径d=20mm满足设计要求。 4.4.2 齿轮的设计

（1）各齿轮参数的设计计算：

已知：主轴转速 n=732r/min，主轴直径 d=20mm，主轴齿轮模数 m=2；

Z?Z?ZⅤ?25Z?40设主轴齿轮齿数Z=25，即 ⅠⅡ ;传动轴小齿轮齿数 Ⅵ，m=2;

ZZZ?21动力头齿轮 0，m=3;对于传动轴齿轮Ⅲ、Ⅳ由于它们是作为过渡齿轮存在，只要其尺寸结构不影响其他轴及齿轮，其齿轮可以任意选取：设

ZⅢ?ZⅣ?30 ，m=2

因此： n3?n4?n6?n7?25?732（16） ?610r/min

30

25?732?458r/min40 （17）

已知：所取动力箱型号1TD25，电动机转速1430r/min，驱动轴转速785r/min。 则： ZⅦ? （2）齿轮的校核

按照所设计的传动方案，该主轴箱主要由4对齿轮组成。由于该传动机构锁承受的载荷属于中等载荷，则4对齿轮均采用直齿圆柱齿轮。根据设计任务选取Ⅵ轴和Ⅴ轴间的传动齿轮作为详细设计对象较合适。 ①选择材料、热处理、齿轮精度等级

21?785?36 m=3 （18） n7??588MPa，

小齿轮选45钢，正火处理，硬度169～217 HBS，B；大齿轮材料

??588MPa；

45钢，硬度169～217 HBS，B选择齿轮精度8级，表面粗糙度3.2。

zⅥ?40，

zⅤ?25，

??40?1.625。

②按齿面接触疲劳强度设计 计算公式

KT2??1?ZEZHZ?3d?41.6????d??????H

???? （19）

2 T?452N.mm

K?由手册查得：软齿面齿轮，非对称安装，取齿宽系数d=1.2，使用系数A=1.35,

KK试取动载系数V=1.03。按齿轮在两轴中间非对称布置，取?=1.08。按齿面未

KKF/b硬化，直齿轮，8级精度，At<100 N/mm,?=1.1。

K?KAKVK?K??1.35?1.03?1.08?1.1?1.652

（20）

初步确定节点区域在ZE?1。

ZH?2.5,重合度系数

Z??0.9，查手册确定弹性

由（21）

齿面接触许力

???H??HlZZiSHNmw

?? 查取齿轮材料接触疲劳极限应力Flim1=450 MPa，Flim2=250a。小齿轮应力

N6?60n2?th?60?732?1?8?365?8?1.026?109循环系数，大齿轮应力循环次数

N5?60n3?th?60?458?1?8?365?8?6.419?108，求得接触疲劳强度计算寿命系

数

ZN（允许有一定量点饰）

?109????N?3??10?????N4?90.0706ZN6??109??9?1.026?10????109??8??6.419?10?ZW0.0706?0.998

（22）

0.0570.057ZN5?1.026

查取工作硬化系数=1.16,安全系数

SH=1。

???H6????H5450MPa?0.998?1?449.1 MPa

1250MPa?1.026?1??256.5 MPa

12?1.652?4521.6?11?2.5?0.9???41.63??????11.6256.5???2KT2??1?ZEZHZ?3dt?41.6????d??????H =39.6mm

b??ddt?0.6?39.6?23.76mm

（23）

取小齿轮宽度bⅥ=24mm，大齿轮宽度bⅤ=32mm。 分度圆直径 dⅥ?40?2?80mm，dⅤ?25?2?50mm

a?dⅤ?dⅥ8??22?6505 中距mm

（24）

具体尺寸和精度要求如下：

图7 Ⅴ轴齿轮 Fig. 7 Ⅴ shaft gear

4.4.3 轴的设计 （1）轴的选择

按照承受弯、扭载荷的不同，轴分为转轴、心轴和传动轴三类。工作中既受弯矩又受转矩的轴称为转轴。只承受弯矩而不传递转矩的轴称为心轴，心轴又分为转动的心轴和不转动的心轴两种。只承受转矩而不承受弯矩很小的轴称为传动轴。根据设计要求选择转轴为为组合机床主轴箱的传动轴较适合。由于轴Ⅰ、Ⅱ、Ⅴ为直接加工工件的轴，则选取该3轴为设计对象。 （2）轴的材料选择

轴的材料主要采用碳素钢和合金钢。碳素钢比合金钢价廉，对应力集中和敏感性小，又可通过热处理提高其耐磨性及疲劳强度，故应用比较广泛，其中最常用的是45号优质碳素钢。根据设计要求考虑经济情况选择45号优质碳素钢较适合，再进行调制和正火处理提高其力学性能。因此该3根轴均采用45钢，正火

??588MPa。

处理，硬度169?217 HBS，B（3）轴径尺寸的确定：

本套传动系统中有三根主轴，三根传动轴，其中一根主轴也起传动作用。

图8 Ⅳ轴齿轮 Fig. 8 Ⅳ shaft gear

各传动轴的计算结果如下： 轴3：

MⅢ?MⅠi?90?30?96kg.mm25 （25）

查《组合机床设计》：选取直径d=15mm，为了提高轴的刚度，并减小传动件的规格，选取轴径d=20mm。 轴（26）

同上 选取轴径d=20mm。

'MⅤ?MⅠi?MⅡi?96?96?192kg.mm 轴5：

'MⅤ?MⅤ?90?282kg.mm （27）

查表 选取轴径d=20mm；但此轴既是主轴又是传动轴，负荷较大，为提高轴的刚度，取轴径d=25mm。 轴

6

：

MⅥ?MⅤi?282?4:

MⅣ?MⅡi?90?30?96kg.mm25

40?451.2kg.mm25

（28）

此轴为主传动轴，由其传递的扭矩是由动力箱输出的，扭矩大，此外，该轴还是手柄轴，根据《组合机床设计简明手册》，选取轴径 d=30mm。

由于Ⅰ轴和Ⅱ轴传动过程相同，则具体尺寸也相同。因此Ⅰ、Ⅱ轴尺寸零件图如下：

图9 Ⅰ、Ⅱ轴零件图

Fig. 9 Ⅰ、Ⅱ shaft parts drawing

图10 Ⅴ轴零件图 Fig. 10 V shaft parts drawing

（4）轴的强度校核：

从上述可知，各轴所能承受的扭矩：

M1'?1100kg.mm 轴Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ d=20

'M2?2700kg.mm轴Ⅴ d=25 通过计算各轴所承受载荷的情况：

M?90Kg?mm 轴Ⅰ、Ⅱ 1

M?96Kg?mm 轴Ⅲ、Ⅳ 2 轴Ⅴ M?250Kg?mm

由此可以得出，各轴实际承受的扭矩远远小于轴所能承受的扭矩最大值。因此其

强度完全满足要求。

通过以上计算校核分析，我们可以得出设计所需要的各种数据。 所设计如下表所示：

表 3 各轴轴径及齿轮参数

Table 3 The shaft diameter of axle and gear parameters 轴号 Ⅰ Ⅱ

Ⅲ

Ⅳ Ⅴ Ⅵ Ⅶ

轴径 20 20 20 20 25 30 30

齿数 25 25 30 30 25 40 36

模数 2 2 2 2 2 2 3

扭矩 90 90 96 96 282 452 452

转速 732 732 610 610 732 458 458

5 经济性分析

任何一个较为复杂的机械零件，都有不同的加工工艺方案，特别是一个新产品，从开发设计，试制，小批量投产到产品发展和成熟时期的大批量生产，都要经历不同的生产批量过程。作为组成这一产品的机械零件必须根据生产批量来确定其工艺方案，现以矿山挖掘机箱体为例，说明在不同生产批量情况下，如何合理选择定位基准，采用适宜的生产设备和工艺手段，以保证加工质量可靠，满足市场的需求。达到生产批量的能力，同时投资小，见效快，成本低，从而获得企业的最大经济效益。

以镗?5.2孔为例：共有粗、半精、精镗?5.2孔，刮环槽?55等加工步骤。如果单独采用多步骤镗削，必须经过16次镗削，假设每次的镗削成本为5元，共计80元每加工完一个零件。如果采用组合机床，组合机床设计制造成本为8万元，每件加工成本以10元计。年产量按10000件计算，则每年减少加工成本70万元[14]。扣除组合机床的制造成本，每年节省60万元。

通过以上分析可以得出，在本次设计中，组合机床的广泛应用大大减少生产了成本；生产批量决定工艺方案，工艺方案决定经济效益；合理选择定位基准可以降低加工时间。

6 总结

由本文的论述，我们了解到，通过对矿山挖掘机箱体加工设备的研究与应用，

在机床和刀具方面进行合理设计和选择，有效提高了加工效率和产品质量，扩大了加工适应范围，提高了可靠性，具备一定的先进性，取得了良好的经济效益和社会效益，为解决此类多孔同时加工问题举了一件实例。

本成果设计制造的机床为六轴钻孔双面卧式组合机床。我们将钻削主轴设为机械传动，而进给系统为液压控制，使在满足使用要求的前提下降低了成本。作为关键部件的液压滑台采用国产通用部件。以比较简单的方式完成旋转运动和直线运动的同步进行，非常实用。

本机床所用夹具的通用性强，工件采用液压定位夹紧，快速方便。定位采用两面一销的定位方式，夹紧采用液压加紧，采用这种方式完全能够满足精度要求。而且简易方便，制造成本低，通用性好。

在刀具方面，由于所加工孔的尺寸精度和表面粗糙度要求都不算高，采用麻花钻。这种钻头采购比较方便，而且价格比深孔钻头也要便宜。在刀具的几何角度方面，麻花钻头的螺旋角即是其轴向前角。当加工工件时，切削力和切削热随钻头螺旋角的增大而减小(减少)，切削轻快，刀具耐用度高。为此，我们选取钻头螺旋角为32，在保证强度的前提下，有效降低了切削力和切削温度，提高了刀具使用寿命和生产效率。

通过本成果的实施，进排气摇臂的深孔加工质量和生产效率得到较大幅度提高，经济和社会效益显著。而且加工精度也完全能够满足设计要求。则在直接经济效益方面，节省了大量加工工时。

参考文献

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致 谢

本次矿山掘进机箱体加工组合机床设计，设计的工作有：被加工零件工序图、加工示意图、机床联系尺寸图、及多轴箱装配图共四张图纸，附说明书及外文翻译。我从矿山掘进机箱体的具体结构出发及考虑定位方式的要求，力求选择最佳的定位基准，由此确定了夹紧方式，选择了工件的夹具。根据零件孔的分布方式设计了主轴箱的主轴位置及箱体内齿轮的排布，从而设计了多轴箱。

在此次设计中，我从充分利用手中的书籍和图书馆和各种资料，学会自己独立完成设计，掌握组合机床设计的基本方法及步骤，从中深刻体会到自己在设计中的不足之处，使自己有了前进的方向。

经过几个月来的设计，对四年来所学习的理论知识得到了巩固，真正了解了本专业的内涵，在设计过程中遇到了很多在平时学习中无法掌握了解的知识，对与一些常用的各种机械手册的使用有所掌握。这对以后参加工作是很重要的，同时在设计中老师们给的一些宝贵建议同样也很重要，设计其实是走向社会的第一步也是在参加工作前一切都会得到完美的解决。

设计已经结束，真心的感谢莫亚武老师几个月来的指导和帮助。同时也感谢机制教研组所有老师的帮助。

附录

1、零件结构图 2、联系尺寸图 3、主轴箱结构图

4、具体零件图（齿轮和轴） 5、主要符号表

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