组合机床毕业论文设计正文

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第一章前言

§1.1组合机床概述

组合机床是用系列化、标准化的通用部件为基础，配以少量专用部件组成的,能加工一种(或几种)零件的一道(或几道)工序的高效率专用机床。

组合机床的通用部件和标准件约占70-80%,这些部件是系列化的,可以进行成批生产。其余20-30%的专用部件是由被加工零件的形状,轮廓尺寸,工艺和工序来决定,如夹具,主轴箱,刀具和工具等。

组合机床常用的通用部件有：床身（侧底座）、底座（包括中间底座和立柱底座）、立柱、动力箱、动力滑台、各种工艺切削头等。对于一些按顺序加工的多工位组合机床，还具有移动工作台或回转工作台。

动力箱、各种工艺切削头和动力滑台是组合机床完成切削主运动和进给运动的动力部件，其中还有可能同时完成切削主运动和进给运动动力头。

床身、立柱、中间底座等是组合机床的支承部件，起着机床的基础骨架作用。组合机床的刚度和部件之间的精度保持性，主要由这些部件保证。

除了上述主要部件之外，组合机床还有各种控制部件，主要指挥机床按顺序动作，以保证机床按规定的程序进行工作。

组合机床是一种自动化或半自动化的机床。无论是机械电气或液压电气控制的都能实现自动循环。半自动化的组合机床,工人只要将工件装夹好,按一下按钮,机床即可自动进行加工,加工一个循环停止。自动化的组合机床,工人只要将工件放到料斗或上料架上,机床即可连续不断的进行工作。

组合机床一般采用多轴,多刀,多工序,多面,多工位同时加工,是一种工序集中的高效率机床。加工孔的组合机床,刀具是借助钻模板和镗模架来导向,所以能稳定的保证产品质量。

它的特点有：

1.主要用于箱体零件和复杂的孔面加工。

2.生产率高。因为工序集中，可多面、多工位、多轴、多刀同时自动加工。

3.加工精度稳定。因为工序固定，可选用成熟的通用部件、精密夹具和自动工作循环来保证加工精度的一致性。

4.研制周期短，便于设计、制造和使用维护，成本低。因为通用化、系列化、标准化程度高，通用零部件占70-90%，通用部件可组织批量生产进行预制或外购。

5.自动化程度高，劳动强度低。

6.配置灵活。因为结构模块化、组合化。可按工件或工序要求，用大量通用部件和少量专用部件灵活组成各种类型的组合机床及自动线；机床易于改装，产品及工艺变化时，通用部件一般可以重复利用。

§1.2组合机床设计步骤

组合机床一般都是根据和用户签定的设计、制造合同进行设计的。合同规定了具体的加工对象（工件）、加工内容、加工精度、生产率要求、交货日期及价格等主要的原始数据。在设计过程中，应尽量做到采用先进的工艺方案；正确选择组合机床通用部件

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及机床布局型式；要十分注意保证加工精度和生产效率以及操作使用方便性，力争设计出技术先进、经济合理和工作可靠的组合机床。组合机床的设计步骤大致如下：

一. 调查研究

它为组合机床设计提供必要的大量的数据、资料，作好充分的、全面的技术准备。

二. 拟定总体设计方案

总体方案的设计主要包括制定工艺方案、确定机床配置型式、制定影响机床总体布局和技术性能的主要部件的结构方案。它是组合机床设计的最关键的一步。

对同一加工内容，有各种不同的工艺方案和机床配置方案，在最后决定采用那种方案时，必须对各种可行的方案作全面分析比较，并考虑使用单位及制造单位等诸方面因素，综合评价，选择最佳方案或较为合理的方案。

总体设计的具体工作是编制“三图一卡”，即绘制被加工零件工序图、加工示意图、机床联系尺寸图，编制生产率计算卡。

在设计联系尺寸图过程中，不仅要根据动力计算和功能要求选择各通用部件，往往还应对机床关键的专用部件结构方案有所考虑。

三. 技术设计

技术设计就是根据总体设计已确定的“三图一卡”，设计机床专用部件正式总图。在设计过程中，应按设计程序作必要计算和验算等工作，并对第二、第三阶段中初定的数据、结构等作相应的调整或修改。

四. 工作设计

当设计通过审核后可开展工作设计，即绘制各个专用部件的施工图样、绘制各部件零件明细表。

第二章 组合机床总体设计

组合机床的设计，目前有两种情况，一是根据具体加工对象的具体情况进行专门的设计，是最普遍的做法。二是，随着组合机床在我国机械行业的广泛使用，工人们总结自己生产和使用组合机床的经验，设计成为通用的组合机床。又称为“专能组合机床”。这种专能组合机床就不需要每次按具体加工对象进行专门的设计和生产，而是通过设计为通用品种，组织成批生产，然后按加工零件的具体要求，配以简单的夹具和刀具，就组成加工一定对象的高效设备。

专能组合机床一般都是由单轴动力头组成，这种机床是由安装在支承部件上的一个或两个多能动力头组成。动力头能够实现快进——工进——快退的工作循环。

实现进给运动的液压传动装置设置在底座内。机床留有安装夹具的位置；配上专用夹具及刀具，即可用于箱体、支承座等工件的加工。

组合机床设计时，应考虑以下几点：

1． 采用先进的加工工艺，制定最佳的工艺方案。 2． 合适地确定机床工序集中程度。 3． 合理地选择组合机床的通用部件。 4． 选择恰当的组合机床的配置型式。 5． 合理地选择切削用量。

6． 设计高效率的夹具、工具、刀具及主轴箱等。

图2-1双面组合机床

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§ 2-1工艺方案的拟定

制定组合机床工艺方案式设计组合计最重要的步骤之一。工艺方案制定的正确与否，将决定机床能否达到“重量轻、体积小、结构简单、使用方便、效率高、质量好”的要求。影响机床工艺方案的主要因素有：

1.被加工零件的加工精度和加工工序要求：

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。首先分析工件的精度和技术要求，加工4－M10的箱体螺钉孔的精度要求一般只是保证圆周分布即可。

2.被加工零件的特点：

被加工零件的特点在很大程度上决定了机床采取的配置型式。一般说来，孔的中心

线与定位基面平行且需由一面或几面加工的箱体零件宜采用卧式机床；对于箱体零件，采用单工位机床加工比较适宜。

必须重视工件在组合机床加工前以完成的工序以及毛坯孔的质量。当毛坯孔余量

很大或铸造质量较差，有大毛刺时，有时则安排粗加工工序，对几个同心孔常用粗扩的加工方法。工件有无适应的工艺基面也是影响工艺方案制定的重要因素。

1.零件的生产批量

零件的生产批量为：30000件年。属于大批量生产，要求减少机床的台数，此时将工序尽量集中在一台或多台机床上加工，以提高机床利用率。

2.工件到组合机床加工前，其毛坯或半成品必须达到零件图的要求，否则，会造成工件在机床夹具上定位和夹紧不可靠，甚至造成刀具损坏，或者不能保证要求的加工精度。如果在组合机床上加工后，还要转到其他机床上加工，而工件没有预先加工出保证精度的有关定为基面，那么组合机床应考虑为下一道工序加工出定位基面。

一．工艺基面的分析

选择工艺基面和夹紧部件式制定工艺方案的极其重要的问题。工艺基面的选择的正确，将能实现最大限度的工序集中，从而保证加工精度。

1．箱体零件工艺基面的选择：

箱体零件是机械制造业中加工工序多，工作量大，精度要求高的关键零件。这类工

件一般都有精度较高的轴承孔要加工，但这里只对轴承孔圆周分布的四孔进行加工。“一面两孔”是这类零件在组合机床上加工中时常用的典型定位方法。图 2－3 所示是“一面两孔”的定位方法示意图。

图2-2箱体零件的“一面两孔”定位

采用“一面两孔”定位方式，①可以简便地消除工件的六个自由度，使工件获得稳定可靠的定位。②有同时加工五个面的可能，既能高度集中工序，又有利于提高各面上孔的位置精度。③“一面两孔”定位方法可以作为粗加工到精加工的全部工序的基准，使整个工艺过程实现基准统一。④还可以夹紧方便，夹紧机构简单，容易使夹紧力对准支承，消除夹紧力引起工件变形对加工精度的影响。⑤“一面两孔”易于实现自动化定位，并有利于防止切屑落入基面。

为了保证箱体零件的加工精度及技术要求，不能选择零件上直径太小的孔作为定位

销孔，因为定位销孔过小，易受力变形，甚至因装卸工件碰撞而破坏定位。根据零件的重量以及工件上现有孔的情况，定位销孔可选两个￠11mm的螺栓孔。 2．确定机床配置型式及结构方案：

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，可大体上确定采取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、零件的安装和工位数的不同，而会产生各种配置方案。不同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、机床重新调整可能性及经济性效果等等，都具有不同程度的影响。因此，确定机床配置型式及结构方案时，考虑以下因素： （1）单工位多面组合机床 单工位多面组合机床，具有固定式夹具，通常安装一个工件，用于中型零件的加工。利用多轴箱同时从两个方向对工件进行加工。但其机动时间不能与辅助时间重合，因而生产率比多工位机床低。

钻孔的位置精度——孔与孔的相关位置尺寸精度，采用固定式导向能达到±0.2mm；严格要求机床主轴与夹具导向套的同轴度，减少钻头与导向套的间隙，导向套尽量接近工件时，可达±0.15mm。 （2）其他问题

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（a） 在确定组合机床完成工艺时，考虑可同时加工的最小孔间中心距。由于多轴箱结构和导向的需要，以保证必须的加工精度和工作可靠性的要求，组合机床钻孔时对于通用的多轴箱；其主轴间的最小中心距为24mm（若采用专用结构则可更小些），这样，主轴能够在铸铁上钻直径为￠10mm以下的孔了。

（b） 在确定机床配置型式和结构方案时，合理地解决工序集中的问题。在一个动力部件上配置多轴箱加工多孔来集中工序。主轴数量的多少，主要考虑加工零件的加工要求，还要考虑动力部件及多轴箱的性能、尺寸及调整机床和更换刀具方便，并注意排屑和操作使用的方便性。

二．加工工艺分析

随着组合机床在机械加工中的广泛使用，组合机床的工艺范围也是日益扩大。组合机床是钻孔最常见，也是最有效的加工方法。组合机床上钻孔多数是采用标准麻花钻。钻孔孔径及位置精度主要取决于导向精度及钻头的刃磨情况。为了提高钻孔孔径及位置精度，要减小导向套和钻头间的间隙，严格控制钻头切削刃的跳动，使导向套适当靠近被加工零件以及严格要求主轴与导向套之间的同轴度。

§ 2-2 组合机床切削用量的选择

组合机床的正常工作与合理地选用切削用量，即确定合理的切削速度和工作进给

量，有很大关系。切削用量选择得恰当，能使组合机床以最少的停车损失，最高的生产效率，最长的刀具寿命和最好的加工质量，也就是多快省地进行生产。本组合机床采用多刀加工，而且是多把钻头同时工作。计算最佳切削用量的工作比较复杂，要想从理论上来确定合理适用于多刀加工的切削用量，很少有简便可靠的方法。

一． 确定工序余量

为了使加工过程顺利进行并稳定保证加工精度，必须合理地确定工序间的余量。

对于本箱体零件上4孔的加工余量，将在“组合机床设计”一章中详细介绍。

二． 选择切削用量

确定了在组合机床上完成的工艺内容后，就可以着手选取切削用量了。

1．组合机床切削用量选择的特点:

目前组合机床切削用量的选择，还是根据多年来积累的一些经验数据来进行。由于组合机床上几把刀具同时工作，为了使机床正常工作，而达到较高的生产率，所选取的切削用量比一般通用机床单刀加工要低一些。可以概括地说：“在多轴加工的组合机床上不宜采用较大的切削速度和进给量”，但并不是说，在组合机床上就应尽可能选取较低一些的切削用量。无论何时采用降低切削用量的方法来改善加工情况是不正确的。在铸铁零件上钻孔时，如果进给量选得太小，钻头的寿命不仅不长，反而会很快磨损，且耗费功率大，并且带有尖叫声。根据现有机床的使用情况来看，多轴加工组合机床一般比通用机床的切削用量低30％左右。

2．确定切削用量应注意的问题：

（1） 尽量做到合理利用所有刀具，充分发挥其性能。 （2） 复合刀具切削用量的选择，应考虑刀具的使用寿命。 （3） 选择切削用量时，应注意零件生产批量的影响。 （4） 切削用量的选择要有利于多轴箱的设计。

（5） 选择切削用量时，还应考虑所选动力滑台的性能。 3．组合机床钻削切削用量的选择：

根据工件材料、工作条件、技术要求进行分析，按照经济地满足加工要求的原则，

合理地选择切削用量。通过查表有：

表 2－1 用高速钢钻头加工铸铁的切削用量

加工直HB＝160～200 HB＝200～241 HB＝300～400 径d v(mmin) f (mmr) v(mmin) f (mmr) v(mmin) f (mmr) （毫米） 1～6 0.07 ～ 0.12 0.05 ～ 0.1 0.03 ～ 16～24 10～18 5～12 0.08 6～12 0.12 ～ 0.2 0.1 ～ 0.18 0.08 ～ 0.15 12～22 0.2 ～ 0.4 0.18 ～ 0.25 0.15 ～ 0.20 22～50 0.4 ～ 0.8 0.25 ～ 0.4 0.20 ～ 0.30

★注： 参考《组合机床设计》第一册 P47 表 2-7 ，或者《组合机床设

计》 P55 ，表3-7

通过《实用机械设计手册》表5-6 查得：

HT250 (HT25-47) 的硬度为：HB: 170～241 HBS

但是一般计算硬度为：HB=241-（241-170）3=217HBS

因此，取切削用量为：

动力滑台进给量： v＝10～18 mmin 主轴进给量f: f=0.1～0.18 mmr

在组合机床多轴箱上的所有刀具，共用一个进给系统，通常为标准动力滑台。工作时，要求所有刀具每分钟进给量相同，且等于动力滑台的每分钟进给量。

三． 确定切削力、切削扭矩、切削功率及刀具耐用度

根据选定的切削用量，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，用以确定主轴及其他传动件（齿轮、传动轴等）的尺寸；确的切削功率，用以选择主传动电机（动力箱电机）功率；确定刀具耐用度，用以验证所选刀具是否合理。

通过生产实践及试验研究成果，高速钢钻头在灰铸铁材料上钻孔的轴向切削力F、

切削扭矩T、切削功率P、刀具耐用度的计算公式如下：（由《组合机床简明手册》表6-20组合机床切削用量计算图中推荐的切削力、转矩、功率公式得出）

F=26Df0.8HB0.6 ????????2-1 T=10D1.9f0.8HB0.6 ????????2-2

Tv ????????2-3

9740?D

式中： F——切削轴向力（牛）； D——钻头直径（毫米）；

P=

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f——每转进给量（毫米转）； T——切削扭矩（牛.毫米）； P——切削功率（千瓦）； v——切削速度（米分）； HB——布氏硬度为217

根据箱体零件图，要加工的部分是4－M10的螺纹孔，孔的深度是18mm，查《机械加工工艺手册》表1.8-2 “普通螺纹基本尺寸（GB96-81）”P212 李洪主编，取： D=8.376mm

根据刀具直径和工件、刀具材料，v=(10－18)mmin, f=(0.1－0.18)mmr 。取 v=13.35mmin f=0.1mmr

由公式3-1、3-2、3-3得出：

F=884.4N P=0.122kW T=2334.4N-mm

§2－3 组合机床总体设计“三图一卡”

组合机床总体设计，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，生产率计算卡片。

2.3.1被加工零件工序图

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，在一台机床上完成的工艺内容，加工部

位的尺寸和精度要求、技术要求、加工时的定位基准、夹压部位以及被加工零件的材料、硬度和在本机床加工前毛坯情况的图纸。它是在原有的工件图纸基础上，以突出本机床的加工内容，加以必要的说明绘制的。它是组合机床设计的主要依据，也是制造、使用、调整机床、检查精度的重要技术文件。

本设计中箱体零件的工序图包括下列内容：

1） 被加工零件的整体形状，所加工孔的分布情况。

2） 加工基面和夹压的方向、位置等，以便对夹具的支承、定位和夹压装置进行设

计。

3） 加工面的尺寸、精度要求、相对位置尺寸和技术要求。

4） 还注明被加工零件的名称、编号、材料、硬度以及被加工部位余量。 2.编制被加工零件工序图的注意事项:

1) 本机床工件加工部位的位置尺寸均由定位基面标起，尤其在本机床加工中，所选用的定位基面与设计基面相同重合。有时可以将工件的某些主要孔的位置尺寸从定位基面标准，其余各孔的位置尺寸以此孔为基准进行标准，以免由于尺寸链的影响，而不能保证要求的精度。

2) 对孔的加工余量进行分析时应注意后道工序的要求

为了使被加工零件工序图清晰明了，能突出本机床的加工内容，绘制工序图时，对

本机床上加工的部位用粗实线表示，保证的加工部位的尺寸及位置尺寸数值下方画“——”粗实线。其余部位用细实线绘制。定位基准符号用，并用下标数表明限制的自

由度数量，如

3；夹压位置符号用

或，辅助支撑符号用

表示。

图2-3加工零件工序图2.3.2加工示意图

1.加工示意图的作用和内容

加工示意图是组合机床设计的重要图纸之一，在组合机床设计中占有重要的地位。

它是设计刀具、夹具，确定主轴尺寸及伸出长度，主轴、刀具、导向套与工件间的联系尺寸等的依据。在加工示意图中应标明切削用量动力头的工作循环。 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制出工件加工部位和局部结构

的展开图。加工表面用粗实线绘制。为了简化设计，相同加工部位的加工示意图（指对同一规格的孔加工，所用的刀具、导向套、主轴、接杆等的规格尺寸、精度完全相同），可以表示其中之一，亦即同一主轴箱上结构尺寸相同的主轴可以只画一根。但必须在主轴端部标注轴号（与工件孔号相对应）。当轴数较多时，可采用缩小比例用细实线画出工件加工部位简图（向视图）并标注孔号，以便设计和调整机床。

（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。当被加工间距

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很小或需设置径向结构尺寸较大的导向装置时，相邻主轴必须按比例绘制，以便检查相邻主轴、刀具、辅具、导向套等是否干涉。

（3）主轴从多轴箱断面画起。刀具画到加工终了位置。标准通用部件（接杆）只画

外轮廓但需加注规格代号。对于专部件则为显示其结构而剖视，并标注尺寸，精度及配合。

（一）加工示意图的编制

1.刀具的选择

在编制加工示意图的过程中，首先遇到是刀具的选择，而一台机床刀具选择得是否

合理，直接影响到机床的加工精度、表面粗糙度和生产率。因而，正确地选择刀具是一个相当重要的工作。

根据工艺要求及加工精度不同，组合机床采用的刀具的结构常有两种形式：一般用标准刀具和复合刀具或特种刀具。选择刀具的结构时应注意的主要问题：

①在满足工况的条件下，为使工作可靠，结构简单，刃磨容易，应尽量选择标准刀

具（标准麻花钻）和简单刀具。

②选择刀具结构时，必须认真分析被加工零件材料的特点。

③刀具的长度应保证加工终了时刀具螺旋槽尾端离导向套外端面30～50mm，以利于

排屑和刀具磨损后能向前调整。刀具锥柄插入接杆孔内长度，在绘制加工示意图时应注意从刀具总长中减去。

根据《机械加工工艺手册》表4.3-11 “锥柄长麻花钻”（GB1439-85） P1034 （李洪主编），选取：锥柄长麻花钻 GB1439-85 直径D＝8.5mm 查得：

标准锥柄长麻花钻的全长和沟槽长度分别为： l＝181mm l1＝100mm 2.工序余量的确定

为了使加工过程能正常进行，可靠地保证加工精度，还必须合理地确定工序间的余量。组合机床上进行孔的加工时，通常工序间的余量可根据《组合机床设计》第一册 表2-6 “孔加工常用工序间余量” P38 得到：

钻孔为￠10mm左右时，工序间余量在直径上为1.5mm左右。故选取￠8.5的麻花钻较为合理。

3.导向结构的选择

在组合机床上加工孔，除用刚性主轴的除外，工件的尺寸、位置精度主要取决于夹

具导向。因此，正确选择导向结构，确定导向类型、参数、精度，不但是绘制加工示意图必须解决的问题，也是设计组合机床不可忽视的重要内容。

⑴选择刀具导向部分和夹具导向套之间既有相对移动又有相对转动的固定式导向套。这类导向套的允许线速度为v<20米分，用于小孔径的加工。

⑵导向的主要参数包括：导向套的直径尺寸和公差配合，导向套的长度、导向套离工件端面的距离等。可根据《组合机床设计》表3－17和表3－18查得常用的固定导向套的数据。

⑶固定式导向套一般由衬套、可换导向套和压套螺栓组成。衬套的作用是在导向套磨损后，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。

根据《组合机床设计简明手册》表8－5“导向装置的布置与应用范围”查得：

导向长度l1: l1≈2.5d＝2.5×8.5＝21.25mm 导向套与工件端面的长度l2： l2≈d＝8.5mm ；

但是根据零件的实际情况，要保证零件在夹具中转过90°，导套与工件端面的长度：

L2≈ 40.59

为了使工件转过90°时，避免与导套发生干涉。所以：

L2＝45mm 。 查表《组合机床设计简明手册》表8－4“通用导套的尺寸规格” P175 得：

D=15mm, D1=22mm, D2=26mm, L=16mm, l=8mm, l1=3mm

4.确定主轴的类型、尺寸、外伸长度

主轴类型主要依据工艺方法和刀杆与主轴的联接结构进行确定。主轴轴颈及轴端尺寸主要取决于切削转矩和主轴—刀具系统结构。与刀杆刚性联接时，主轴轴颈的尺寸规格按选定的切削用量计算出切削转矩T。

由前计算可知：F=884.4N P=0.122kW F=2334.4N.mm

查《组合机床设计简明手册》表3－4“轴能承受的转矩”得到： （B取6.2）

d=B410T=14.3mm

由于切削转矩T较小，如按T值来确定主轴直径，则刚性不足。因此，应按加工孔径→镗杆直径→浮动卡头规格→主轴直径的顺序，逐步推定主轴直径，故有表中数据，选取d为20mm，允许扭转角Ф为11°m。

查《组合机床设计简明手册》表3－6“通用主轴的系列参数”得到：

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选择（用于与刀具刚性连接的钻孔工序的）长主轴。 主轴类型： 滚珠轴承主轴 主轴外伸尺寸（mm）： Dd1＝3220(mm) L=115mm 接杆莫氏锥号： 1号 5.接杆的选择

由于采用非刚性主轴，组合机床主轴与刀具间采用接杆连接。因多轴箱各主轴的外伸长度都为定值，为了使工件端面至多轴箱端面为最小距离，通常按最小长度选取接杆。接杆是标准件，用标准接杆通过其尾部结构和主轴头部内孔直径d1相配。 根据《组合机床设计》表3－33“组合机床用接杆”，选出接杆为215-T0635-01其具体尺寸如下表：

表 2－2 大型组合机床用接杆 接杆D×t 莫氏圆锥号 号 2 T20×1 2 类型 A D1 18 D2 30 B 12 B1 1 L 215 l 110 表 2－3接杆零件表

序号 名称 数量 材料 接杆号2 1 接杆 1 45 2-L-T0635-41 2 螺母 2 45 零件编号 30 T0641-41 3 垫圈 1 45 29 T0654-41 4 平键 1 6×GB1096-72 25

5.标注联系尺寸

首先从同一多轴箱上所有刀具中找出影响联系尺寸的关键刀具，使其接杆最短，以获得加工终了时多轴箱前端面到工件端面的最小距离，并据此确定全部刀具、接杆、导向托架及工件之间的联系尺寸。主轴颈部需标注外径和孔径尺寸（Dd）、外伸长度L；刀具结构尺寸及标注直径和长度；导向结构尺寸应标注直径、长度、配合；工件至夹具之间的尺寸于标注工件离导套端面的距离；还须标注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.标注切削用量

各主轴的切削用量应标在相应主轴后端。其内容包括；主轴转速ni ，每转进给量fm.同一多轴箱上个主轴的每分钟进给量是相等的，等于动力滑台的工作速度vf,即

fm=vf.

7.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到加工终了位置，又返回到原位的动作过程。一般包括快速引进、工作进给和快速退回等动作。有时还有中间停止、多次往返进给、跳跃进给、死挡铁停留等特殊要求。

1） 工作进给长度Lx的确定 组合机床上有第一工作进给和第二工作进给之分。前者用于钻、扩、铰和镗孔等工序；后者常用于钻或扩孔之后需要进行锪平面、倒大角等工序。工作进给长度L工（见图２-９），应等于加工部位长度L（多轴加工时按长孔计算）与刀具切入长度L1和切出长度L2之和。即： L工?L1?L?L2

式中： L1=5～10 mm L2=13d+(3～8) 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。在加工双层或多层壁孔径相同的同轴孔系时，可采用跳跃进给循环进行加工，即在加工第一壁孔后，动力部件再快速引进到位，再加工第二层壁孔，以缩短循环时间。

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行了，但对于夹具需要回转或移动的机床，动力部件快速退回行程必须把刀具、托架、活动钻模及定位销都退离到夹具运动可能碰到的范围之外。

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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同刀具一起从主轴孔中取出时，动力部件需后退的距离（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和前、后备量之和。 8.其它应注意的问题

1） 加工示意图应与机床实际加工状态一致。表示出工件安装状态及主轴加工方法。

2） 图中尺寸应标注完整，尤其是从多轴箱端面至刀尖的轴向尺寸链应齐全，以便于检查行程和调整机床。图中应表示出机床动力部件的工作循环图及各行程长度。确定钻-攻螺纹复合工序动力部件工作循环时，要注意攻螺纹循环（包括攻进和退出）提前完成丝锥退出工件后，动力部件才能开始退回。

3） 加工示意图应有必要的说明。如被加工零件的名称、图号、材料、硬度、加工余量、毛坯要求、是否加冷却液及其他特殊的工艺要求等。

2.3.3机床联系尺寸总图

1.机床联系尺寸图的作用和内容

机床联系尺寸图是以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。是用来表示机床的配置形式、主要构相对位置及尺寸联系能否满足加工要求和通用部件选择是否合适；它为多轴箱、夹具等专用部件设计提供重要依据；它可以看成是机床总体外观简图。由其轮廓尺寸、占地面积、操作方式等可以检验是否适应用户现场使用环境。 机床联系尺寸总图表示的内容：

1） 表明机床的配置式和总布局。以适当数量的视图（一般至少两个视图，主视图应选择机床实际加工状态），用同一比例画出各主要部件的外廓形状和相关位置。表明机床基本型式（卧式、立式或复合式、单面或多面加工、单工位或多工位）及操作者位置等。

2） 完整齐全地反映各部件间的主要装配关系和联系尺寸、专用部件的主要轮廓尺寸、运动部件的运动极限位置及各滑台工作循环总的工作行程和前、后备量尺寸。

3） 标注主要通用部件的规格代号和电动机的型号、功率及转速，并标出机床分组编号及组件名称，全部组件应包括机床全部通用及专用部件，不得遗漏。

4） 标明机床验收标准及安装规程。

2．绘制机床联系尺寸总图之前应确定的内容

（1） 选择动力部件 动力部件的选择主要是确定动力箱（或各种工艺切削头）和动力滑台。实例是根据已定的工艺方案和机床配置型式并结合使用及修理等因素，确定机床为卧式双面单工位机械传动组合机床，机械滑台实现工作进给运动，选用配套的动力箱驱动多轴箱钻孔主轴。

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，可按下列公式进行估算： P多轴箱?P切削?=0.64kw

实例中左右多轴箱均选用1TD25-IA型动力箱驱动（n驱=520rmin；电动机选Y100L-6型，功率为1.6kW）。

根据选定的切削用量，计算总的进给力，并根据所需的最小进给速度、工作行程、

结合多轴箱轮廓尺寸，考虑工作稳定性，选用1HJ25I型机械滑台，以及相配套的侧底座（1CC251型）。

（2） 确定机床装料高度H 装料高度一般是指工件安装基面至地面的垂直距离。在确定机床装料高度时，首先要考虑工人操作的方便性；对于流水线要考虑车间运送工件的滚道高度；对于自动线要考虑中间底座有足够高度，以便于允许内腔通过随行夹具返回系统或冷却排屑系统。其次是机床内部结构尺寸限制和刚度要求，如工件最低孔位置出h2、多轴箱允许的最低主轴高度h1和通用部件、中间底座及夹具底座基本尺寸的限制等。考虑上述刚度、结构功能和使用等因素，新颁布国家标准装料高度为1060mm，与国际标准ISO一致。实际设计时常在850～1060mm之间选取。本设计为单机使用的机床，工件最低孔位置h2=107.5mm，滑台高度为250mm，侧底座高度为560mm。取装料高度为H=860mm。

（3） 确定夹具轮廓尺寸 主要确定夹具底座的长、宽、高尺寸。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。具体要考虑布置工件的定位、限位、夹紧机构、刀具导向装置以及夹具底座排屑和安装等方面的空间和面积需要。

加工示意图中已确定了一个或几个加工方向的工件与导向间距离以及导向套的尺寸。这里主要是合理确定设置导向的钻模架体尺寸，它在加工方向的尺寸一般不小于导向长度，通常取150～300mm，本设计取300mm；至于宽度尺寸可据导向分布尺寸及工件限位元件安置需要确定。上述尺寸确定以后，夹具底座的上部支架面积就可初步确定。

夹具底座的高度尺寸，一方面要保证其有足够的刚度，同时要考虑机床的装料高度、中间底座的刚度、排屑的方便性和便于设置定位、夹紧机构。一般不小于240mm（本设计为300mm）。

（4） 确定中间底座尺寸 中间底座的轮廓尺寸，在长宽方向应满足夹具的安装需要。它在加工方向的尺寸，实际已由加工示意图所确定，图中已规定机床在加工终了时工件端面至多轴箱前端面的距离本设计中左右均取230mm）。由此，根据选定的动力箱、滑台、侧底座等标准的位置关系，并考虑滑台的前备量，通过尺寸链就可以确定中间底座加工方向的尺寸（本设计中前备量取30mm，计算长度为915mm）。算出的长度通常应圆整，并按R20优先系数选用。应注意，考虑到毛坯误差和装配偏移，中间底座支承夹具底座的空余边缘尺寸。当机床不用冷却液时不要小于10～15mm；使用冷却液时不小于70～100mm。还须注意：当加工终了时，多轴箱与夹具轮廓间应有足够的距离，以便于调整和维修，并应留有一定的前备量（一般不小于15～20mm）。

确定中间底座的高度方向尺寸时，应注意机床的刚性要求、冷却排屑系统要求以及侧底座连接尺寸要求。装料高度和夹具底座高度（含支承块）确定后，中间底座高度就已确定（本设计高度为560mm）。

（5） 确定多轴箱轮廓尺寸 标准通用钻、镗类多轴箱的厚度是一定的、卧式为325mm，立式为340mm。因此，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。如图3-5所示，被加工零件轮廓以点划线表示，多轴箱轮廓尺寸用粗实线表式。多轴箱宽度B、高度H的大小，主要与被加工零件孔分布位置有关，可按下式确定：

B?b?2bH?h?h1?b1

式中 b——工件在宽度方向相距最远的两孔距离，单位为mm； b1——最边缘主轴中心至箱体外壁距离，单位为mm；

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h——工件在高度方向相距最远的两孔距离，单位为mm； h1——最低主轴高度，单位为mm；

b 和h为已知尺寸。为保证多轴箱内有足够安排齿轮的空间，推荐b1?70～100mm。多轴箱最低主轴高度h1必须考虑与工件最低孔位置h2、机床装料高度、滑台总高h3、侧底座高度h4等尺寸之间的关系而确定。本设计h2=107mm，H=860mm，h3=250，h4=560mm。对于卧式组合机床，h1要保证润滑油不致从主轴衬套出泄漏到箱外，推荐h1?85～140mm。本设计h1、H、B的计算如下。

H1=h2+H装-（0.5+h3+h4） =107.5+860+10.5+250+560 =157mm

若取b1=100mm，则可求出多轴箱的轮廓尺寸： H=h1+），可按下式计算：

（ T单=t切+t辅=

L?L快退L1L?2?t停）?（快进?t移?t装）=2.874； vf1vf2vfk式中：L1、L2——分别为刀具第Ⅰ、第Ⅱ工作进给长度，单位为mm；

vf1、vf2——分别为刀具第Ⅰ、第Ⅱ工作进给量，单位为mmmin；

t停——当加工沉孔、止口、锪窝、倒角、光整表面时，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5～10转所需的时

间，单位为min；

L快进、L快褪——分别为动力部件快进、快退行程长度，单位为mm；

vf1 vfk——动力部件快速行程速度。用机械动力部件时取5～6mmin；用液夜动力部

件时取3～10mmin；

t移——直线移动或回转工作台进行一次工位的转换时间，一般取0.1min； t装卸——工件装、卸（包括定位或撤消定位、夹紧或松开、清理基面或切削 吊运工件等）时间。它取决于装卸自动化程度、工件重量大小、装卸是否方便及工人的熟练程度。通常取0.5～1.5min。

如果计算出的机床实际生产率不能满足理想生产率要求，即Q1〈Q，则必须重新择切削用量或修改机床设计方案。

?负=

16.8Q?100%?80% =

Q120.88

组合机床负荷率一般为0.75～0.90，自动线负荷率为0.6～0.7。

表 2－4生产率计算卡

图号 被加工零件 名称 材料 工序名称 被加工零件数量 Z-11362A 箱体 HT250 右面钻孔4-φ8.5 毛坯种类 毛坯重量 硬度 工序号 铸件 170-241HBS 工序序号 名称 加工直径（mm） 每分钟切削速转速加工长工作行程度（m. （r. 度（mm） （mm） min?1） min?1 ） 工时进给（min） 量进给速（mm度（mm. 机辅. ?1加min） 助共?1工r） 时计 时间 间 1.5 0.014 1.5 0.014 1.24 1 2 装卸工件 右动力部件 滑台快进70 右多轴箱 滑台快退 1 8.5 18 30 13.35 500 0.1 50 1.24 备装卸工件时间取决于操作这熟练程度，本机床计算时注 取1.5min 50 0.02 00 总计 2.874min 单件工时 2.874min 机床生产20.88件h 率 机床负荷80% 率 第三章 组合机床多轴箱设计

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目前多轴箱设计有一般设计法和电子计算机辅助设计法两种。计算机设计多轴箱，由人工输入原始数据，按事先编制的程序，通过人机交互方式，可迅速、准确的设计传动系统，绘制多轴箱总图、零件图和箱体补充加工图，打印出轴孔坐标及组件明细表。一般设计法的顺序是：绘制多轴箱原始设计图；确定主轴结构、轴颈尺寸及齿轮模数；拟订传动系统；计算主轴、传动轴坐标（也可以用计算机计算和验算箱体轴孔的坐标尺寸），绘制坐标检查图，零件图及组件明细表。具体内容和方法简介如下：

§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。其主要内容如下：

1.根据机床联系尺寸图，绘制多轴箱外形图，并标注轮廓尺寸及与动力箱驱动轴的相对位置尺寸。

2.根据机床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图上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，并标注出相对位置关系尺寸，然后根据零件工序图各孔位置尺寸，算出多轴箱上各主轴坐标值。

3.根据加工示意图标注各主轴转速及转向，主轴逆时针转向（面对主轴看）可以不标，只注顺时针转向。标注旋转方向时以面向主轴为准。

4.列表表明各主轴的工序内容、切削用量及主轴外伸尺寸等。 5.标明动力部件型号及其性能参数。

图3-1所示为双面卧式钻孔组合机床右多轴箱设计原始依据图。

注：1.被加工零件名称：箱体零件。材料HT250，170～241HBS

2.主轴外伸尺寸及切削用量（见表3-1）

表3-1主轴外伸尺寸及切削用量

轴号 主轴外伸尺寸（mm） Dd L 切削用量 工序内n（r.min?1 ） 容 v（m. min?1） 0.1 f（mm.min?1） 备注 1、2、3、3020 115 钻φ500 13.35 4 8.5 3.动力部件1TD25Ⅰ、1HJ25I型机械滑台N主=1.5kW。

§3－2主轴、齿轮的确定及动力计算

1 .主轴的型式和直径，主要取决于工艺方法、刀具与主轴连接结构，刀具的进给抗力和切削转矩。钻孔时常采用滚珠轴承主轴结构，滚锥轴承主轴用于扩、镗、铰孔等工序；滚针轴承精度较低、结构刚度及装配工艺性较差，除非轴距限制，一般不选用。 主轴直径按加工示意图所示，主轴直径及外伸尺寸可初步确定。故选主轴直径为Φ20mm，传动轴的直径参考主轴直径的大小初步确定为Φ20mm，待齿轮传动系统设计完后再验算某些关键轴颈。

所谓齿轮传动路线的设计是指驱动轴通过什么样的传动路线，采用多少级齿轮传动，这些传动齿轮布置在主轴箱的什么位置，最后把运动传动到主轴上，使主轴获得规定的转速和转向，通常把这个过程简称为排齿轮。

齿轮模数m（单位为mm）一般用类比法确定，也可按公式估算，即

m?(30～32)3P ????????3-1 zn式中 P——齿轮副所传递的功率，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rmin。

多轴箱中的齿轮模数常为2、2.5、3、3.5、4几种。为了便于生产，同一多轴箱中的模数最好不多于两种。本设计中的传动齿轮取m=3mm。 2.多轴箱所需的动力计算

多轴箱的动力计算包括多轴箱所需的功率和进给力两项。 传动系统确定之后，多轴箱所需功率P按下列公式计算

P多轴箱?P切削?P空转?P损失??P切削??P空转??P损失 ????????3-2

i?1i?1i?1nnn式中——切削功率，单位为kW；

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——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；每根轴上的空转功率按表4-6（组合机床设计简明手册）确定；每根轴上的功率损失、一般可取所传递功率的1%。

由前面可知P切削=0.122kW

P损失=P切削×1%=0.00122kW 查表可知P空转=0.085kW 这样得出P多轴箱=0.207kW

多轴箱所需的进给力F（单位为N）可按下式计算：

F多轴箱??Fi=4×884.4=3573.6N ????????3-3

i?1n实际上，为了克服滑台移动时所引起的摩擦阻力，动力滑台的进给力应大于F多轴箱。

§3－3.多轴箱的传动设计

多轴箱传动设计，是根据动力箱驱动轴位置和转速、各主轴位置及转速要求，设计传动链，把驱动轴和各主轴连接起来，使各主轴获得各自预定的转速和转向。 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，力求使传动轴和齿轮的规格、数量最少。为此，应尽量用一根传动轴带动多根主轴，并将齿轮布置在同一排上。当中心距不符合标准时，可以采用变位齿轮或略为改变传动比的方法来解决。

2）尽量不用主轴带动主轴的方案，以免增加主轴负荷，影响加工质量。遇到主轴分布较密，布置齿轮的空间受到限制或主轴负荷较小，加工精度要求不高时，也可采用强度较高的一根主轴带动1～2根主轴的方案。

3）为使结构紧凑，多轴箱内齿轮副的传动比一般要大于12（最好为1～15），后盖内齿轮传动比允许取至13～13.5，尽量避免用升速传动。当驱动轴转速较低时允许先升速再降速，使传动链前面的轴、齿轮转矩较小，结构紧凑，但空转损失随之增加，故要求升速传动比小于2；为使主轴上的齿轮不过大，最后一级往往采用升速传动。

4）用于粗加工主轴的齿轮，应尽可能设在第Ⅰ排，以减少主轴的扭转变形；精加工主轴上的齿轮，应设在第Ⅲ排，以减少主轴端部的弯曲变形。

5）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。

6）刚性镗孔主轴上的齿轮，其分度圆直径要尽可能大于被加工孔的孔径，以减少振动，提高运动平稳性。

7）驱动轴直接带动的传动轴数不得超过两根，以免给装配带来困难。 2.拟定多轴箱传动系统方案 1）传动线路确定

①根据上述的一般要求和加工箱体零件上4孔的位置关系，初步拟定方案为同心圆分布，即在同心圆圆心处设置中间传动轴，由其上的一个或几个（不同排数）齿轮带动各主轴。见图3-2

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