组合机床设计

1、徐州工程学院教案2011 年至 2012 年 第 一 学期 第 57 周 星期 二、五课题名称（含教材章节） ： 第 8 章 组合机床设计教学目的和要求： 1. 了解机械制造装备的作用、地位、主要功能及组成2. 了解课程的地位和重要性教学重点： 机械制造装备组成、应具备的主要功能教学难点： 机械制造装备应具备的主要功能教 学 内 容 （ 要 点 ）1 机械制造的作用、地位和发展趋势2 机械制造装备的作用、地位、主要功能及组成3 机械制造装备设计课程的研究对象徐州工程学院教案纸第 8 章 组合机床设计8.1 概述机械加工生产线及其基本组成1. 何谓机械加工生产线是将加工装备按工件的加工工艺顺序依

2、次排列，并用传送装 备与辅助装备将它们联接成一个整体，能按工艺路线完成工件全 部加工过程的生产作业线。2. 机械加工生产线的基本组成机械加工生产加工装备 工艺 装备 输送 装备辅 助 装备控 制 系统上下料装置 储料装置 转位装置 工件输送装 辅具刀具 夹具其它装排屑装清洗装全线控制与操纵装信号装3. 生产线专用机床的总体设计 生产线上的加工装备既有通用机床、数控机床、也有专用机 床。这些加工装备可分为以下几大类：1）通用的自动机床和半自动机床，配置送料和装卸料机构。2）经自动化改造的通用机床 即对通用机床进行机械和电气系 统改造，实现加工过程的自动化机床。3）专用机床 是针对加工某种零件的特

3、定工序设计的， 并充分 考虑成组加工工艺的要求，相似零件族的典型零件的工艺要求进 行设计的。典型零件 是指具有相似零件族内各个零件全部结构特征和加 工要素的零件。何谓组合机床？组合机床 是采用模块化原理设计的，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已确定的工序进行加工 的高效专用机床。广泛应用于大批量生产行业，如：汽车、内燃机、电动机、阀 门的机械加工生产线上。功用和运动特点功用 能对工件进行多刀、多面、多工位同时加工；完成钻孔、扩孔、镗孔、攻丝、铣削、车端面等切削工序 和焊接、热处理、测量、装配、清洗等非切削工序。运动特点 组合机床由机械传动实现刀具的旋转主运动，由机械或

4、液压传动实现刀具或工作台的直线进给运动。一、组合机床的组成1. 通用部件滑台 1、切削头 2、动力箱 5、中间底座 8 侧底座 9、立柱 6、立柱底座 7，辅助部 件和控制部件。2. 专用部件夹具 3、多轴箱 4。二、组合机床的类型组合机床以动力滑台的台面宽度 B250 或 B 250为标志分 为：大型或小型组合机床。1. 固定夹具的单工位组合机床 这类组合机床用于加工大、中型箱体类零件。在加工循环中，夹具和工件固定不动，动力部件驱动刀具从单面、两面和多面对工件加工。机床加工精度高，但生产率相对较低。按机床配置形式和动力部件的进给方向分为：卧式 机床可配置成单面、双面和多面形式立式 主轴垂直布

5、置，只有单面配置形式倾斜式 主轴倾斜布置，可配置成单、双、多面形式。复合式 立、卧组合种或立、卧、倾斜三种的组合2. 移动夹具的多工位组合机床这类机床用于中、小型零件的大批量加工。 夹具和工件按预定的工作循环，作间歇移动或转动， 依次在不同工位进行不同工序的加工。 机床的生产率高， 但加 工精度不如单工位机床高。（1）移动工作台组合机床 这种机床可先后在两个工位上从两面加工， 夹具和工件随工作 台直线移动实现工位变换。（2）回转工作台组合机床 在组合机床的每个工位上可同时加工一个或多个工件。 夹具和 工件安装在可绕垂轴线回转的工作台上，并作周期转动，实现工 位的变换。这种机床在加工过程中， 能

6、实现装卸工件的辅助时间和加工时 间重合，生产率较高。（3）中央立柱式组合机床 机床的夹具和工件安装在绕垂轴线回转的环行回转工作台上， 作周期转动实现工位变换。机床的环行工作台周围以及中央立柱上均可布置动力部件， 在 各工位进行多工序加工。也是辅助时间和加工时间重合。（4）鼓轮式组合机床在这种机床上，夹具和工件安装在绕水平轴线回转的鼓轮上， 并作周期转动实现工位变换。在鼓轮两端布置动力部件，可从两 面加工工件。3. 转塔式组合机床机床具有几个多轴箱， 均安装在转塔回转工作台上， 每个多轴 箱依次旋转进行加工，可完成一个工件的多工序加工。分为：（1）多轴箱只作主运动的转塔式组合机床 （2）多轴箱作

7、主运动又作进给运动的转塔式组合机床 此类机床可减少机床台数和占地面积， 适用于中、小批量生产。三、组合机床的通用部件1. 通用部件分类动力部件 为刀具或工件提供主运动和进给运动。 是选配其它 部件的依据。包括动力滑台、动力箱和各种切削头。支承部件 用于支承和安装各种部件 , 保证各部件之间的相对位置精度，保证机床的刚度。包括底座、立柱。输送部件 用于带动夹具和工件移动、 转动，实现工位变换。 此类部件要求有较高的定位精度。控制部件 控制机床按预定的加工程序进行循环工作。包括 可编程控制器、液压元件、操纵板、控制挡铁和按钮台。辅助部件 用于实现工件自动定位和夹紧的液压或气动装置、自动上下料机械手

8、、冷却和润滑装置、排屑装置。2. 通用部件的型号、规格和配套关系（1）动力滑台的主参数以工作台面宽度 B 为依据。（2）其它通用部件的主参数 采取与其配套的滑台主参数表 示，如：动力箱、多轴箱、侧底座、立柱等部件。（3）通用部件的精度等级 普通级、精密级和高精度。（4）通用部件的标示方式如： 1HY32M B （经过一次重大改进的液压滑台，其台面宽度为 320mm，精密级，型的镶钢导轨。 ）教材表 4-1 列出了“ 1 字头”系列通用部件的型号、规格及其配套关系8 2 组合机床总体设计一、制定工艺方案分析被加工零件图纸， 根据组合机床各种工艺方法能达到的加工精度和技术要求，解决零件是否可以利用

9、组合机床加工以及采 用组合机床加工是否合理等问题。综合考虑影响制定零件工艺方 案、机床配置型式、工艺装备的各种因素。完成如下内容确定零件在组合机床上合理可行的加工方法（安排工序及流 程，选择加工的定位基准及夹压方案） 、确定工序间加工余量、确 定刀具的结构型式、数量及切削用量等。重点介绍： 1. 选择合适、可靠的工艺方法； 2 . 合理安排粗、 精加工； 3. 合理实施工序集中； 4. 合理选择定位基准及夹压点。1. 选择合适、可靠的工艺方法（1）考虑被加工零件的加工精度和加工工序 精度为 H7的孔加工，工步数应设为 34 个，对于不同尺寸 的孔径，须采用不同的工艺方法（如镗孔或铰孔） 。 当

10、孔与孔间有较高位置精度要求（误差 0.05mm）时，应 在一个安装工位对所有孔同时进行最终精加工。 如果箱体件的同一轴线上几个孔的同轴度要求较高（同轴 度误差 0.05mm），则最后精加工应从一面进行。 加工精度为 H6、Ra0.4 m的孔时，机床须采取主轴高速、 低进给量（ f 0.01mm/r） 的加工方法，以尽量减小切削力和消除 主轴振动。机床常采用皮带转动的精镗头，主轴设有卸载装置， 进給采用液压增稳系统。 加工精度为 H6H7、直径为 80 150mm的气缸孔时 ，由于气缸孔间距小，不便安装导向，且需立式加工，切屑容易落入下导向套，造成导向精度变差。此时，应采用立式刚性主轴结 构，不

11、采用结构复杂的浮动主轴带导向加工。（2）考虑被加工零件的材料、硬度、加工部位的结构形状、 零件刚性和定位基准面 同样精度的孔，加工钢件一般比加工铸铁件的工步数多。 加工薄壁易振动的工件或刚性不足的工件，安排工序不能 过于集中，以避免加工表面多而造成工件受力大、共振及发热变 形影响加工精度。 加工箱体多层壁同轴线的等直径孔，应在一根镗杆上安装 多个镗刀进行镗削，退刀时，要求工件（夹具） “让刀”，镗刀头 周向定位。（3）考虑被加工零件的生产批量及生产效率 零件生产批量是决定按单工位、多工位、自动线，还是按中、 小批生产特点设计组合机床的重要因素。 零件的生产批量越大，工序安排一般趋于分散，且粗、

12、半 精、精加工分别在不同机床上完成。 中、小批量生产，则力求减少机床台数，尽量将工序集中在一台（多工位）或少数几台机床上加工。（4）组合机床的工艺范围所能达到的加工精度 组合机床加工铸铁或钢件的主要工序能达到的精度和表面粗糙度可查阅设计手册。2. 合理安排粗、精加工首先分析零件的生产批量、 加工精度、 技术要求，再合理安排 粗、精加工工序。（1）零件批量大或加工精度较高，粗、精工序应分开 工件能得到较好的冷却，利于减少热变和内应变的影响。 避免粗加工振动对加工精度、表面粗糙度的影响。 利于精加工机床保持持久地精度。机床结构简单，便于维修、调整。 （2）零件批量不大，如能保证加工质量，粗、精加工

13、可集中 零件的粗、 精加工集中在一台机床上， 可减少机床台数， 提高 其负荷效率。但最大切除余量和最后精加工工序应分开。3. 合理实施工序集中工序集中 指运用多种刀具，采用多面、多工位和复合刀具方 法，在一台机床上对一个或几个零件完成多个工序过程，以提高 生产率。（1）注意工序集中带来的问题导致机床结构复杂， 刀具数量增加， 调整不方便，可靠性降低， 影响生产率的提高。导致切削负荷加大， 造成工件刚性不足、 工件变形而影响加工 精度。（2）合理考虑工序集中 将相同工艺内容的工序集中在同一台机床或同一工位上加 工。如：将箱体零件的大量螺孔攻丝工序集中在一台攻丝机床上， 不与大量钻、镗工序集中在用

14、一台机床上进行，使机床结构简单。 箱体零件上有相互位置精度要求的孔时，孔加工应集中在 一台机床上一次安装完成加工。 （粗、精加工） 工序集中要保证零件能在较大的切削力、夹紧力作用下不 变形，即在提高生产率的同时保证加工精度。 大量的钻、粗镗工序应分开钻孔、镗孔直径相差很大， 会使主轴转速相差较大， 导致多轴 箱传动链复杂。钻孔产生很大轴向力，会使工件变形而影响镗孔精度；粗镗孔振动较大，影响钻孔加工，造成小钻头折断。 铰孔、镗孔工序应分开铰孔是低速大进给量切削， 镗孔是高速小进给量切削。 会影响 切削用量的合理选择和多轴箱传动结构的简化。 工序集中应考虑多轴箱轴承结构、设置导向需要，否则造 成机

15、床、刀具调整不便，工作性能、生产率降低。4. 合理选择定位基准及夹压点合理的加工定位基准， 是确保加工精度的重要条件， 有利于最 大限度的集中工序和提高生产率。（1）箱体类零件定位基准选择 箱体类零件是机械加工工序多， 精度要求高的零件。 特别是有 较多高精度的孔需要加工。通常采用“一面两孔”作定位基准。 “一面两孔”定位基准的优点 可消除工件的 6 个自由度，工件得到可靠的定位。 一面两孔”可同时加工工件 5 个表面，利于提高各面上孔的位 置精度。“一面两孔”可作粗、精全部工序的定位基准，达到整个工 艺过程的基准统一。实现夹具通用化。“一面两孔”易实现自动化定位、夹紧。 “一面两孔”定位基准

16、的要求 定位平面的平面度允差一般为 0.050.08 mm，表面粗糙度一 般为 Ra1.63.2 m。定位销孔为 H7 精度，两销孔中心距 L 尽量大一些，其公差 为0.030.06mm（或为工件公差的 1/31/5 ）。不可选择零件上直径太小的孔为定位销孔。 如果定位销太细， 输送工件时，易受工件碰撞变形而破坏定位。销孔的直径可根据箱体的大小及质量来选择。（2）非箱体类零件定位基准的选择 对曲轴、连杆、转向器壳、拔叉等零件，采用以外圆柱体 为定位基准， 以 V 形块为定位元件。 V 形块夹角取 901200。 对法兰类零件， 采用一个孔 （或外圆） 及一个平面为定位 基准。（3）选择定位基准

17、的原则 基准重合原则尽量选择零件的设计基准作为组合机 床加工的定位基准。但有时必须改用其它面作为定位基准，如图：零件设计以顶面 A 为设计基准。为方便加工曲轴孔、凸轮轴 孔需安装中间导向，常改用底面 C 作为加工基准。 基准统一原则尽量在各加工机床上采取共同的定位基面，加工零件不同表面的孔或对同一孔完成不同工序。但有时个别工序不采用统一基准也为合理。例如：结论 定位基准由底面改用顶面后， 夹紧力方向与工件重力方向一致。减小了夹压力，使夹具结构简单，加工稳定性提高。 定位稳定原则尽量选择已加工的较大平面为定位基 准。且定位基准不可选在铸件或锻件的分型面上。 辅助支承 对于不具备理想定位基准的零件

18、而专门设置的 支承。以防止工件加工时变形和振动，增加定位稳定性，以承受 较大的切削力。4）确定夹压位置应注意的问题 保证零件夹压后定位稳定 即夹压力要足够，夹压点布置 使夹压合力落在定位平面内。 尽量减少和避免零件夹压后的变形加工刚性差或高度较高的箱体零件，应使夹压力尽可能沿着 箱体墙壁和肋，直接对准定位支承。对局部刚性差的零件，应适当增加辅助支承或采用多点夹压方法，使夹压力分布均匀，减少夹压变形。二、确定组合机床的配置形式和结构方案在确定工艺方案的基础上，确定机床的配置形式。影响机床 的配置形式的因素有加工精度、工件结构及机床使用条件等。1. 加工精度的影响（ 1）根据零件加工精度， 考虑采

19、用固定夹具的单工位还是移 动夹具的多工位组合机床。（ 2）根据工件各孔的位置精度高低， 考虑是否采用在同一工位上，一次安装对工件各孔同时精加工。2. 工件结构的影响工件结构的影响 指工件的形状、大小和加工部位特点等影 响。（ 1） 外形尺寸和重量较大的工件，一般应采用固定夹具的单工位组合机床。（2）多工序的中、 小型零件， 一般应采用移动夹具的多工位组合机床。（ 3）箱体孔中心线与水平定位基面平行， 且需由一面或几面 加工，应采用卧式组合机床。（4）工件孔深且直径大，且孔中心线与水平定位基面垂直， 应采用立式组合机床。3. 机床使用条件的影响（ 1）车间内零件输送线的高度直接影响机床装料高度。

20、 当工 件输送穿过机床时，机床应设计成通过式，配置不能超过三面。（ 2）生产线的工艺流程方向， 机床在车间的安装位置， 都会 影响机床的配置方案。（ 3）工厂缺乏制造、 刃磨复合刀具的能力， 制定方案应避免 采用复合刀具，考虑增加机床工位以及采用普通刀具分散加工。（ 4）炎热地区会影响液压油的性能， 使用液压传动滑台可能 造成机床进给运动不够稳定，应考虑采用机械传动的滑台进給机 床。组合机床设计的步骤 汽车变速器上盖零件图 本工序加工要求T1面：2 8.5H10 4 8.5 R a1.6 mT2 面：4 M81.5 螺纹底孔7 孔， Ra1.6 m1. 被加工零件工序图（1）工序图的作用 被加

21、工零件工序图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。2）工序图表示的内容1）零件的形状、 轮廓尺寸及与本机床设计有关的部位的结构 形状和尺寸。如需设置中间导向套，还应表示内部的肋、壁布置和有关的结构形状及尺寸，以检查工件、夹具、刀具是否干涉。2）加工所用的定位基准、夹压部位及夹压方向。3）本工序加工部位尺寸精度、 表面粗糙度、 形状位置尺寸精度；对前道工序提出的定位基准要求。4）被加工零件的编号、名称、材料、硬度、重量及加工部位的余量等。（3）工序图的绘制1）突出本机床加工内容用足够视图和粗实线突出加工部位。用细实线表示零件轮廓以及与机床、夹具设计有关的部位。

22、凡本工序保证的尺寸、 角度，应在尺寸数值下画粗实线标记。 用符号表示定位基准、夹压位置及方向、辅助支承。2）尺寸标注加工部位的位置尺寸从定位基准开始标注。 尺寸采用直角坐标系标注。如定位基准与设计基准不重合，须对加工部位的位置尺寸精 度进行分析换算。零件图上不对称位置尺寸公差换算成对称尺寸公差时，确定 公差值要考虑：能够达到零件要求的精度，用组合机床能够加工 出来。如 零件图中尺寸应换算为工序图中的尺寸 ，以便后续确定 导向 孔与主轴孔的位置坐标尺寸。3）注明零件加工对机床的特殊要求 例如：多层壁同轴线等直径孔加工，若要求孔表面不留退刀 痕迹，工序图上应注明要求“机床主轴定位，工件让刀” 。2

23、. 加工示意图 加工示意图是刀具、辅具、夹具、多轴箱、液压电气装置设 计及通用部件选择的主要原始资料；是组合机床布局和性能的原 始要求；是调整机床、刀具及试机的依据。（1）加工示意图的内容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、刀具及多轴箱之间的相对位置及其联系尺寸。3）主轴的结构类型、规格尺寸及外伸长度。4）刀具类型、数量和结构尺寸。5）接杆、浮动卡头、导向装置和攻丝靠模装置的结构尺寸。6）刀具与导向装置的配合，刀具、接杆、主轴之间的连接方式。7）除丝锥外，其它刀具表示加工终了位置。（2）加工示意图的设计加工示意图的设计包括 选择刀具、导向装置、切削用量及接杆；计算

24、转矩、进给力、功率和有关联系尺寸。1）刀具的选择原则：考虑工艺要求与加工精度、 工件材料及生产率的要求， 应尽量选用标准刀具；为提高工序集中程度和加工精度要求，也 可采用复合刀具。刀具螺旋槽尾端与导向套外端面有30 50mm 的距离。对于钻、扩、铰等刀具的长度选择，要保证加工终了位置时2）确定导向装置在组合机床上加工孔时， 其位置精度靠刀具的导向装置保证。 导向装置的类型固定式导向 刀具的导向部分在导向套内既作转动又作轴向 移动的导向套。用于刀具线速度 v 20m/min，加工孔径 d 20m/min ，加工孔径 d 40mm 的镗孔加工 确定导向数量原则通常钻、扩、铰单层壁小孔或用悬伸量不大

25、的镗杆镗削短孔时，采用单个导向加工在工件上扩孔时，若工件内部结构限制使刀杆悬伸较长，或 扩、铰位置精度较高的长孔，为加强刀具导向刚性，常采用双导 向加工。镗削大孔或多层壁一系列同轴孔时，必须根据工件具体结构 形状，采用双导向或多导向加工。设计过程中并不是扩、铰孔只能采用固定式导向，镗孔只能 采用旋转式导向。导向装置引导复合刀具时，要检查开始加工时，刀具进入导 向部分长度 L（Ld，d 为导向直径）。有时受结构限制，使用双导向或多导向时，也可固定导向和 旋转导向混合使用。 确定导向主要参数导向主要参数 导套的直径及公差配合， 导套的长度及离工件端面的距离等。结合实际加工要求，查阅设计手册选择参数

26、。3）切削用量选择原则 组合机床是多刀、 多轴、多面加工， 切削用量应比一般机 床单刀加工低 30%左右。 同一多轴箱上所有刀具共用一个进给滑台， 工作时要求各 刀具的每分钟进给量相等，且等于滑台的每分钟进给量。故刀具 主轴应设计成不同转速和不同进给量与动力滑台相应，即n1 f1 n2 f2ni fi vf其中： n1， n2， ni 各主轴转速（ r/min ）；f 1， f 2， fi 各主轴进给量（ mm/r）；vf 进给滑台的每分钟进给量（ mm/min）。 合理利用刀具， 充分发挥刀具性能。 即先按各类刀具选择 较合理的主轴转速 n和每转进给量 f ，然后适当调整， 使每个刀 具的每

27、分钟进给量相等。 复合刀具切削用量选择， 应考虑刀具使用寿命。 进给量按 复合刀具最小直径选择，切削速度按复合刀具的最大直径选择。例如 : 钻铰复合孔加工刀具切削用量的选择 对于完成同类工艺的多极阶梯复合刀具，进给量应选择其小 直径允许值上限，切削速度应选择其大直径允许值上限。整体小直径复合刀具的强度较低， 其切削速度应选得稍低些。 确定镗孔切削速度时， 除考虑保证加工精度、 表面粗糙度、 镗刀耐用度外，当镗孔主轴需要周向定位（镗杆送进、退出工件 孔时，镗刀刀尖需要处于规定方位）时，各镗轴转速应相等或成 整数倍。 切削用量选择应有利于多轴箱设计。 尽量使相邻主轴转速 接近相等，以使多轴箱的传动

28、链简单。 某些刀具带导向加工， 若不便冷却润滑， 则应适当降低切 削速度。 采用液压动力滑台进给时， 所选择的每分钟进给量一般应 比动力滑台可实现的最小进给量大 50%。否则会由于温度和其它原因导致进给量不稳定。4）确定切削力、切削转矩、切削功率及刀具耐用度 用选定的切削速度 v 和进给量 f 确定切削力 F，以此 作为选择动力部件及设计夹具的依据。 利用 f 确定切削转矩 T，以此确定主轴、 传动件（齿轮、 传动轴）的尺寸。 利用 v 和 T 确定切削功率 P，以此选择主传动电机功 率。 利用 v 和 f 确定刀具耐用度， 以此验证所选刀具是否合 理。注意：精镗孔时，因加工余量很小， 转矩也

29、很小，由转矩 T 决定镗孔主轴直径会造成刚性不足。因此主轴尺寸确定步骤是：工 件加工部位尺寸镗杆直径浮动卡头规格尺寸主轴尺寸。5）确定主轴类型、尺寸、外伸长度主轴型式 主要取决于进给抗力和主轴 - 刀具系统结构的需 要。主轴尺寸规格 根据选定的切削用量计算切削转矩 T，查表初定主轴直径。主轴外伸长度 通过综合考虑加工精度和具体工作条件， 查表 决定主轴外伸部分直径 （D/ d）、长度 L、配套的刀具接杆莫氏锥号、 攻丝靠模规格代号等。6）选择接杆、浮动卡头接杆、浮动卡头 均是组合机床主轴与刀具之间的可调整连接元件，用来保证多轴箱上的各刀具能同时到达加工终了位置。接杆连接 用于单导向进行钻、扩铰

30、、锪孔及倒角加工。标准接杆的型式、规格、尺寸可根据刀具尾部结构（莫氏锥号）和主轴外伸部分内孔直径 d1 查表而定。浮动卡头连接 用于长导向、双导向和多导向的镗、 扩、铰孔7）确定加工示意图的联系尺寸加工示意图中最重要的联系尺寸是工件端面到多轴箱端面之 间的轴向距离。为缩短刀具悬伸长度、工作行程长度，要求该距 离越小越好。该尺寸取决于如下两方面： 考虑多轴箱上刀具、接杆（卡头） 、主轴等由于结构和相互连接所需要的最小轴向尺寸。同时应注意：采用麻花钻时，刀具长度要考虑螺旋槽尾部离导向套端面有一定距离，以备排屑和刀具刃磨后有向前调整的可能。接杆长度的标准尺寸，各规格均有可选择的范围，设计时先 按最小

31、长度选择。 考虑机床总体布局所要求的联系尺寸， 如夹具的总体长度与排屑要求等。并且这两个方面的尺寸是互相制约的。8）确定动力部件的工作循环及工作行程工作循环：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。工作循环包括：快速引进，工作进给和快速退回。有时还有中间停止、多次往复进给、死挡铁停留等动作。 工作进给长度（通孔） L 工：等于工件加工部位长度 L（多轴加工按最长孔计算）与刀具切入长度 L1 和切出长度 L2 之和。L1 根据工件端面误差在 510mm之间选择，误差大取大值。L2 采用一般刀具时， 为 10mm左右，根据加工方法查手册确 定；采用复合刀具时，按

32、具体情况决定。当组合机床有工进和工进时，工作进给长度 L 工= L I 工 + L 工工进 用于钻、扩、铰、镗通孔等工序。工进 用于钻、镗孔后需锪平面或倒大角等工序。 快速退回长度快速退回长度 快速引进与工作进给长度之和。采用固定式夹具的钻、扩、铰组合机床快速退回行程长度 必须保证所有刀具均退至夹具导向套内 而不影响工件装卸。如果刀具刚性较好，能满足生产率要求，为使滑台导轨在全 长行程上均匀磨损，可加大快退行程。采用移动式或回转式夹具的组合机床快退行程长度 必须保证将刀具、 托架、钻模板及定位销都退 离到夹具运动可能碰到的范围之外。 动力部件总行程长度既要保证所要求的工作循环， 也要考虑装卸和

33、调整刀具方便， 既前备量、后备量。前备量 指补偿刀具磨损或制造、安装误差，动力部件可向 前调节的距离。后备量 指考虑刀具从接杆中或连同接杆一起从主轴孔中取 出所需要的轴向距离。要求：保证刀具退离夹具导向套外端面的距离大于接杆插入 主轴孔内（或大于刀具插入接杆孔内）的长度。结论：动力部件总行程 = 快退行程长度 + 前备量 + 后备 量。以此作为选择标准动力滑台或设计专用部件的依据。9）其它应注意的问题 加工示意图应与机床实际加工状态一致。 尺寸完整，特别是从多轴箱端面到刀尖的轴向尺寸应齐 全，以备检查行程和调整机床使用。 对多面、 多工位机床， 应按各工位加工内容， 用缩小比例 画出加工部位示

34、意图并标注孔号（与主轴编号对应） 。 确定钻 - 攻复合工序动力部件工作循环时，要注意攻丝循 环（包括攻进和攻退）完成后，动力部件才能开始退回。（3）加工示意图的画法 示意要求加工示意图应表示机床主轴箱、刀具、夹具和工件加工终了 时的实际方向和位置。 绘制顺序 按比例用细实线画出工件加工部位和局部结构的展开图，但 加工表面用粗实线。按机械制图标准绘制夹具导向、刀具、接杆（或浮动卡头） 、 主轴外伸部分及多轴箱端面等示意结构。 绘制要求 同一多轴箱上结构、尺寸相同的主轴，允许只画一根。但应 在主轴上标注轴号（与工件孔号相对应） 。主轴间的分布可不按真实距离绘制。但被加工孔间距很小或 需设置径向结

35、构尺寸较大的导向装置时，相邻主轴必须按严格比 例绘制，以便检查相邻主轴、刀具、导向等是否干涉。主轴应从多轴箱端面画起。刀具应画加工终了位置。攻丝应 画加工开始位置。标准的接杆、浮动卡头、攻丝靠模及丝锥卡头及钻镗主轴外 伸部分等，只画出外轮廓，并加注规格代号。专用的导向、刀杆托架、专用接杆或浮动卡头等，其结构必 须剖视，并标注尺寸、精度及配合公差3. 机床联系尺寸图（1）联系尺寸图的作用表示机床的配置形式、总体布局、各部件的相互装配联系和 运动关系。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；也作为多轴箱、夹具设计的依据。（2）联系尺寸图的主要内容 机床各部件的外

36、形轮廓及相关位置。 主视图的表示与机床 的实际加工状态一致。 完整地反映各部件的联系尺寸、 专用部件的轮廓尺寸、 运 动部件的极限位置及行程尺寸。 标注通用部件的规格代号， 电动机型号、 功率及转速。 注 明机床部件的分组及总行程。以便后续部件的设计。（3）联系尺寸图的设计1）选择动力部件 选择滑台确定进给运动的驱动方式 可选机械滑台或液压滑台。 确定轴向进给力 每种动力滑台都有最大进给力 F 进 的限 制，设计时，可根据切削用量计算出各主轴轴向切削合力 F。以 F F 进 来确定动力滑台的型号和规格。 确定进给速度 每种动力滑台有规定的快速行程速度及最小 进给量的限制。所选择的实际快速行程速

37、度和进给量应符合： v快（刀具） v滑台额 定 min确定滑台行程 选用动力滑台时，必须考虑滑台允许的最大 行程。设计时所确定的动力部件总行程应满足：L 总（动力） 10 20mm。后备量 考虑刀具从接杆中或刀具接杆一起从主轴孔中取出 所需要的轴向距离，一般取值 4050mm。要求：工作总行程 + 前备量 + 后备量 P 计算 原则，确定多轴箱所需的电动机功 率。2）确定机床装料高度 H 装料高度指机床上工件的定位基准面到地面距离的垂直距 离。视具体情况在 H = 8501060mm间选取。选取装料高度 H 应考虑的因素 与车间里输送工件的滚道高度相适应。 工件最低孔位置，多轴箱最低主轴高度。

38、 所选和所确定的通用部件、 中间底座、 夹具等高度尺寸的 限制。3）确定夹具的轮廓尺寸主要确定 夹具的总体长、宽、高尺寸。其中必须考虑： 工件的形状、轮廓尺寸和具体结构； 需布置的定位、夹紧、限位和导向机构； 夹具底座与中间底座连接所需要的尺寸。 对于随行夹具需从机床下方返回（从中间底座中间通过） 的自动线，机床装料高度 H=1m左右。4）确定中间底座轮廓尺寸 中间底座轮廓尺寸以满足夹具在其上安装的需要为原 则。 长度方向尺寸 根据滑台和滑座及其侧底座的位置关系、 各部件联系尺寸的合理性来确定。重点如下：保证加工终了时，工件端面至多轴箱前面的距离不小于加工 示意图上要求的距离。动力部件处于加工

39、终了位置时，多轴箱与夹具外轮廓间应有便于机床调整、维修的距离。为便于切屑、冷却液回收，中间底座周边须有足够宽度的沟槽，保证尺寸 a 宽、高方向尺寸 应考虑增强机床的刚性。5）确定多轴箱轮廓尺寸 标准的通用钻削、镗削类多轴箱的厚度尺寸已标准化，卧式 为 320mm，立式为 340mm。重点确定多轴箱的宽度 B 和高度 H 及最低主轴高度 h1B b2 2b1H h h1 b1b1 70 100mmh185 140mm（4）联系尺寸图的画法及注意要点1）主视图 视图布置应与实际机床工作位置一致 用双点划线或细实线画出零件的长、高轮廓。 以工件两端为长度方向基准、 工件最低孔中心线为高度方 向基准。

40、根据确定的各部件轮廓尺寸及主要相关尺寸，分别向左、 右画出。步骤：多轴箱动力箱滑台滑座侧底座中间底 座为便于机床调整和维修， 滑座与侧底座之间加 5mm厚 调整垫 加工终了时，滑台前端面到滑座前端面的距离 l 2。是机床长 度方向上各部件联系尺寸的可调环节，其最大范围为 7585mm。滑座前端面到侧底座前端面的距离 l 3 ，决定滑座与侧底座 在长度方向上的相对位置。机床长度方向上，多轴箱与动力滑台的重合长度为 l 1，L中间(底L1左座的L长1右度 2L2 L工 件) 2(l1 l2 l3)L 确定后，必须根据夹具底座长度尺寸 A 及在中间底座上的 安装位置检查尺寸 a 的大小，不用切削液

41、a =1015mm； 采用切 削液 a 70100mm如果计算出的 L不满足 A 和 a 的要求，可改变 L1，重新选 择接秆长度和改变 l 2 。如果夹具尺寸已确定， 而计算的中间底座长度 L 太小，造成 a 太小时，可重新选择接杆，改变 L1 来调整。如果 L 过大而造成 a 过大，可增加 l 2 或侧底座与中间底座 间加垫铁来减小 L 和 a。增加 l 2 尺寸，不要超过最大调节范围（ 7585mm）。 小结：中间底座的长度尺寸 L 比较灵活，即要考虑与其它部 件间联系尺寸的合理性，又要兼顾机床布局节省材料。2）左（或右）视图 重点表示各部件在宽度方向的轮廓尺寸，配合主视图完成联 系尺寸

42、图所要表达的内容。3）联系尺寸图应注明的状态和尺寸 标注机床各组成部件的轮廓尺寸及相关联系尺寸。 表示运动部件的原位、 终点状态及运动过程情况， 以确定 机床最大轮廓尺寸。 注明工件、 夹具、动力部件、 中间底座对中心线的位置关 系. 注明电动机型号、 功率及转速， 通用部件的型号和主要轮 廓尺寸。 对机床所有的部件分组编号。4. 机床生产率计算卡生产率卡 是反映机床的加工过程、完成每个动作所需时间、 切削用量、机床生产率及机床负荷率的计算卡。（ 1）理想生产率 Q理指完成年生产纲领 A，（包括备品率、 废品率）所要求的机床 生产率。AQ理（件/h）理K式中 K 机床全年工时总数，单班制和双班

43、制生产取值不 同。（ 2）实际生产率 Q实 指所设计的机床实际每小时生产的零件数量（ 3）机床负荷率当 Q理 Q 实 时，则机床负荷率为 一般比较适宜的组合机床负荷率为 设计时按组合机床允许最大负荷率表确定。8.3 通用多轴箱设计一、多轴箱的功用 多轴箱是按专用要求设计的传动系统、并由通用零件组成的 专用部件。作用：多轴箱将动力箱的动力传递给主轴，使主轴按加工所 要求的转速和转向旋转，提供切削动力。应用：多轴箱借助动力箱、动力滑台完成钻孔、扩孔、铰孔、 镗孔、攻丝等加工工序。分类：钻削类多轴箱，攻丝多轴箱，钻、攻复合多轴箱。 二、多轴箱的组成1. 箱体2. 主轴 钻孔主轴，攻丝主轴。3. 传动

44、轴 动力传动轴，油泵轴，手柄轴4. 齿轮 传动齿轮，驱动齿轮。5. 润滑、防油元件三、多轴箱的设计 多轴箱的设计步骤和内容 根据“三图一卡”绘制多轴箱设计原始依据图 确定主轴结构形式及齿轮模数 多轴箱传动系统设计 计算主轴及传动轴坐标 绘制多轴箱坐标检查图 绘制多轴箱总装配图1. 绘制多轴箱设计原始依据图（1）各主轴的位置尺寸及工件与多轴箱的相关尺寸。（ 2）标注主轴旋向（顺时针） 。（ 3）标出多轴箱的轮廓尺寸、驱动轴 O1、定位销孔坐标轴（4）列表标明工件材料、加工要求、主轴轴号、工序内容、 主轴外伸尺寸和切削用量。5）注明动力箱型号，功率，转速。（1）主轴结构型式的选择 主轴结构型式由零

45、件加工工艺决定，选择时需考虑主轴的工 作条件和受力情况。 钻削加工的主轴 轴向切削力较大。 选用推力球轴承承受 轴向力，向心球轴承承受径向力，且推力球轴承安排在主轴前端。 镗削加工的主轴 轴向切削力较小，有时工艺要求主轴进 退都要切削，两方向都有切削力，一般选用前后支承均为圆锥滚 子轴承的结构。承受较大的径向力和轴向力。此主轴结构的轴承个数少， 装配调整较方便， 广泛用于扩孔、 镗孔、铰孔、攻丝等加工。 主轴孔间距较小，可采用滑动轴承。 短主轴采用浮动卡头与主轴连接， 用于以长导套和或双导 套导向的镗、扩、铰等工序。 长主轴与刀具刚性连接， 其内孔较长， 可增大刀具尾部连 接的接触面，减少刀具

46、前端下垂。选用单导向套，用于钻、扩、 铰、倒角或攻丝。 钻、扩、铰、镗的主轴，轴头用圆柱孔与刀具接杆连接， 用单键传递转矩。 攻丝主轴因靠模杆在主轴孔内作轴向移动， 为获得良好的 导向，采用双键结构，轴向不定位。(2)主轴直径和齿轮模数的初步确定初定主轴直径在 “三图一卡” 时进行。 初选模数由下式估算， 再通过类比确定，即：m ( 30 32) 3 P ( mm )zn大型组合机床多轴箱常用的模数为 2 、2.5 、3、3.5 、4 等。 一般在同一个多轴箱中齿轮模数最好不多于两种。（3）多轴箱的动力设计 多轴箱的动力计算， 包括计算多轴箱所需功率和进给力两项。 多轴箱所需的功率为 P主 P

47、切 P空 P附 多轴箱所需的进给力，就是动力滑台所需的进给力 F 进， 即F进F F 1 F2Fn （N）因动力滑台的最大进给力 F 进 还要克服滑台移动所引起的 摩擦阻力，则最终选择：F进F3. 多轴箱传动系统设计多轴箱传动系统设计内容 通过一定的传动链把动力箱输出 轴传进来的动力和转速按要求分配到各主轴，实现所需的转向和 转速。传动系统的设计原则 以获得所需的主轴转速和旋向为原则。（ 1）传动系统的基本要求 在保证主轴强度、 刚度、转数和转向的前提下， 力求使主轴、 传动轴、齿轮等的规格少，数量少，体积小。1）尽量用一根中间传动轴带动多根主轴。 当齿轮啮合中心距 不符合标准时，可用变位齿轮

48、或略变传动比的方法解决。2）尽量不用主轴带动主轴的方案，否则增加主轴的负荷。3）多轴箱内的齿轮传动副的最佳传动比为 11.5 ，后盖内的 第排（或第排）齿轮，根据需要，传动比可取大一些，但不 能超过 33.5 。4）驱动轴转速较高时， 采用逐步降速传动； 驱动轴转速较低 时，可先使速度升高一点再降速。多轴箱的传动链较短， 常常是一根中间传动轴带动多根主轴。 因此，设计的重点是合理安排各传动件。为避免主轴齿轮过大，最后一级常采用升速传动。5）粗加工切削力大， 如钻孔， 其主轴上的齿轮尽量安排靠近 前支承，以减小主轴的扭转变形。6）齿轮安排 不同轴上齿轮不相碰， 可放在同一排上； 不同轴上齿轮与轴

49、或轴套不相碰，可放在不同排上； 齿轮与轴 相碰，可放在后盖内。7）驱动轴直接带动的传动轴不超过 2 根，避免装配困难。粗、 精加工合一的多轴箱，粗、精传动路线应分开。（ 2）主轴分布及传动系统设计1） 主轴分布同心圆分布 分别用一根中间传动轴带动。 主轴可等分或不等分，齿轮可在同一排或不同排，转速可相同或不相同直线分布 分别用一根中间传动轴带动两根主轴。任意分布 将靠近的主轴分别组成同心圆或直线分布。 也称混 合分布。2) 传动系统设计设计方式 : 利用传动树形图来描述多轴箱的传动链。 确定驱动轴转速、转向及位置驱动轴转速由动力箱型号确定，其转向可任意选择。 驱动轴的水平方向位置一般在多轴箱中心。垂直方向由动力 箱定。如果采用电机直接装在多轴箱上，驱动轴即电机轴的垂直 方向位置，需考虑电机外轮廓不碰滑台，装卸方便。 用最少齿轮和传动轴连接驱动轴和各主轴 主轴数量不多，分布比较分散时，可从驱动轴开始，分几路 单独和各主轴联系。主轴数量较多且较分散时， 可先将比较接近的主轴分成几组， 然后从主轴开始布置，最后连到驱动