组合机床设计论文——张会生

1、摘要机械制造业的生产能力和发展水平标志着一个国家或地区国民经 济先进化的程度，而机械制造业的生产能力主要取决于机械制造装备 的先进程度。对比之下，我国目前机械制造业的装备水平还比较落后， 表现在大部分工厂的机械制造装备基本上是通用机床加专用工艺装 备，数控机床在机械制造装备中的比重还不高，导致“刚性”强，更 新产品速度慢，生产批量不宜太小，生产品种不宜过多；自动化程度 较底。随着当今生产规模的扩大，企业产品的产量越来越大，加工精 度越来越高，采用以往的通用设备已不再满足生产的要求，这就需要 设计组合机床（专用设备） ，采用多轴多面的加工方式，从而大大提高 生产效率以满足生产发展的要求！关键词：

2、 机械制造 组合机床 设备AbstractsThe production ability of the machine manufacturing industry scribes with the level that develop a nation or region national economy forerunners the degree turns, but the production ability of the machine manufacturing industry is decided by the advanced degree that machine man

3、ufacturing equip primarily.With contrast, our country current the material level of the machine manufacturing industry returns the comparison falls behind, expressing machine in big and parts of factories manufacturing material basic is an in general use machine tool to add up the appropriation craf

4、t equips, counting to control the machine tool to make the specific weight in the material in the machine still not high, cause the " rigid" strong, renew the product speed slow, produce the batch quantity is notproper too small,produce the species is not proper andexcessive;Automationdegr

5、ee than bottom.Extend along withthe now productionscale, the yield of the business enterpriseproduct is more and more big, processing the accuracy more and more high, adopt the in general use equipments to have no longer satisfied the request of the production before, this need to design to combine

6、the machine tool( appropriation equipments), adoption many stalks many processes the way, from but increases consumedly the production efficiency to satisfy the request of the production development!Key words :Machine manufacturing Machine tool Equipments一、引言近年来，随着市场经济的发展，多数机械制造业的生产特点是：产 品多样化，变型产品日益

7、受欢迎，产品更新换代的周期缩短。以具有 高生产率、高度自动化为特征的组合机床与其自动线能适应市场需求。 技术引进和企业自身的技术改造深入，组合机床在机械制造工业中应用越来越普遍，并显出巨大的优越性。二、设计任务组合机床是一种自动化程度较高的制造技术和成套工艺装备， 它的 特征是高效率、高质、经济实用。我国传统的组合机床与组合机床自 动线主要采用机、电、气、液压控制。它的加工对象主要是生产批量 比较大的大中型箱体类和轴类零件，完成钻孔、扩孔、铰孔，加工各 种螺纹、镗孔，车端面和凸台；在孔内镗各种形状槽，以与铣削平面 和成形面等。此次毕业设计， 由我和同组成员一起设计一组电机端盖钻孔的组合 机床。

8、本人所担任的主要任务是钻该部件的 4 个直径 13mm 的孔的组 合机床设计，设计内容主要包括机床多轴箱，并绘制“三图一卡” ，多 轴箱装配图 .三、组合机床发展与其自动线概述组合机床是由大量的通用部件和少量按被加工零件的形状与加工 工艺要求设计的专用部件组成的工序集中的高效专用机床。它能够对 一种或几种零件进行多刀，多轴，多面，多工位加工。生产效率高， 加工精度稳定。组合机床之所以能被普遍使用，是因为它与万能（通用）机床，专 用机床相比有自身的特点：1 、组合机床上的通用部件和标准零件约占全部机床零件，部件总 量的7080 %。因此，设计和制造的周期短，投资少，经济效果好。2 、由于组合机床

9、采用多刀加工，并且自动化程度高，因而比万能（通用）机床生产效率高，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， 因此结构稳定，工作可靠，使用和维护方便。4 、组合机床由于多采用专用夹具、刀具和导向装置等，加工质量 靠工艺装备保证，容易保证加工精度，而且对操作工人的技术水平要 求不高。5 、当被加工产品更新时，采用其它类型的专用机床时，其大部分 部件要报废。而用组合机床时，其通用部件和标准零件可以重复利用， 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，以适应大规模的生产需要总之，组合机床既有专用机床效率高，机构简单的特点，又有万能 机床能够

10、重新调整，以适应新工件新加工方式的特点。根据组合机床动力头（ 2.2KW 为界）区分，可以分为大型和小型 两大类，除此之外，按机床的配置形式又分为单工位和多工位机床两 大类，单工位机床多有单面、双面、三面和四面四种；大型组合机床 的配置型式有固定夹具的单工位组合机床，移动夹具（多工位）组合 机床和转塔主轴箱式组合机床；其中，多工位的移动式夹具的组合机 床又有移动工作台式，回转工作台式，回转鼓轮式和中央立柱式四种 配置型式。由于组合机床加工对象的多样化，可以完成铣平面、刮平面、车平 面、钻孔、扩孔、镗孔、铰孔、攻丝、倒角、锪孔、钻深孔、切槽等 工艺。随着自动化技术的发展，组合机床能够完成的工艺范

11、围也在不 断扩大，除了上述工艺外，还可完成车外圆、车锥面、车圆弧、切削 内外螺纹、滚压孔、拉削内外圆柱面和平面、磨削、抛光、珩磨，甚 至还可以进行冲压、焊接、热处理、装配、自动测量和检查等。目前， 在组合机床与其自动线上纳入了很多精加工工序， 采用了新 结构、新刀具、新工艺方法、刀具自动补偿系统、专用刀具的复合工 艺，直接利用软件进行误差补偿等办法，其加工精度较万能机床有了 很大的提高。如提高孔径的加工精度主要是采用高精度轴承、高耐磨 性的新刀具和刀具磨损的自动补偿；对镗汽缸体缸孔的精度工序采用 正反向镗与刀具补偿，采用高精度中心距主轴箱，并采用冷却和加热 保证主轴箱的恒温，可在某一规定温度下

12、保持轴间中心距公差在± 0.005mm 以内，并可加工出孔中心距公差为 0.02mm 的箱体工件。 为了使自动线能稳定地保证加工精度，已广泛采用自动测量和刀具自 动补偿技术，做到调刀不停车。经过不断的改进和创新， 能进一步实现高效加工体现在进一步提高 通用部件的快速性能和可靠性，采用新刀具材料和新颖刀具，以缩短 加工时间。有的高生产率自动线已能达到常年三班制生产，刀具则在 班间休息时以计划换刀的方式进行更换。为提高可靠性，在有的三坐 标加工模块上设有监视主轴进给力、功率、刀具振动与轴承温度的多 种传感器，显示其工作状况，在出现异常时，发出报警信号，以便采 取措施。四、组合机床方案的制

13、定4.1 制定零件工艺方案制定工艺方案是设计组合机床最重要的一步， 工艺方案制定的正确 与否，将决定机床是否能达到“体积小，重量轻，结构简单，使用方 便，效率高，质量好”的要求。本次组合机床设计过程就是以汽车变 速箱箱体的加工要求为基准。因此，首先要认真分析被加工零件图纸 开始，了解被加工零件的结构特点、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、辅具等。解决零件是否可以利用组合机床加工以与采用组合机床 加工是否合理的问题。从而，可确定零件在组合机床上合理可行的加 工方法（包括安排工序，确定工序中的工步数，选择加工的定位基准 与夹紧方案） ，

14、确定工序（或工步）间加工余量，选择合适的切削用量， 相应的刀具种类、结构型式，确定机床的配置型式等。这些便是组合 机床方案制定的主要内容。、零件的加工方法该工序为孔加工工序， 工艺流程较简单。 本人设计的组合机床加工 工序主要任务为部件的四个直径 13mm 的孔。该工序的加工方法较简 单，非常具有代表性，可在一个加工工步中实现 4 个孔同时用一个多 轴箱来进行钻削加工，因此也没有其它的加工工步。零件的加工工序 示意简图如下：组合机床设计论文一一张会生图一 箱体顶面加工工序简图该箱体的加工定位方式比较容易确定为“一面两孔”，以箱体底面和前面工序中加工的两个定位孔为定位基准，考虑这个加工为从上往

15、下直接钻削的特点，可利用一个转动压板将其压住，就能满足加工时 的全部定位。、确定工序（或工步）间加工余量由于该加工的特殊性，所要加工的部位加工后无需精加工，没有其他的加工工步，因此也没有工序间余量可确定。、选择合适的切削用量根据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，根据经验比一般 万能机床单刀加工低30%左右。同一多轴箱上的刀具主轴可设计成不同转速和选择不同的每转进给量（mm/r ）与其相适应，以满足不同直径工件的加工需要，即：ni Xi n2 X2 nVj式中： ni, n2，ni 各主轴转速（ r/min ）;fi,f2,f4

16、各主轴进给量（ mm/r ）;vf 滑台每分进给量（mm/min ）。根据生产经验，从组合机床设计中给出的组合机床上进行孔加工的切削用量推荐表中选得加工两种直径孔时的切削参数：切削用量加工直径©（ mm ）i3v(m/min)f( mm/r )i3.3 0.44.1.4 、选择相应的刀具由于组合机床采用多刀加工， 因此对于刀具的选择与通用相比更为 重要，选择刀具时，只要条件允许，应尽可能选用标准刀具，鉴于对该箱体的两种孔加工，钻削©13mm 深17mm 并采用标准刀具：钻© 13mm 孔用直径为© 13mm 的锥柄复合麻花钻GB1437-8 。4.1.5

17、 、机床的配置型式 根据工件的结构特点，加工要求，生产率和工艺过程，结合动力头的不同配置方式，考虑到下一设计者与自己的工序的连接性，可确定 该组合机床的配置型式为具有移动随行夹具的 两工位工作台组合机 床，在加工过程中，夹具和工件固定在滑动工作台上，液压滑台带动 主轴箱作上下进给运动对工件进行切削。根据被加工零件所需要加工组合机床设计论文一一张会生的孔数目，确定出主轴箱为五根主轴其机床配置型式如下图：1 侧底座2 中间底座3 动力滑台4 动力箱5钻削主轴箱6滑动工作台面7 夹具体图二机床配置简图4.2 .切削用量、主轴功率、进给力的计算动力头部件设计前，一般首先进行切削力、功率和进给力的计算。

18、刀具材料： W18Cr4V刀具几何角度参数：ro=15 o kr=45 o辰=0br=0r=0.25mm切削用量的选择：工件材料：HT150-330加工孔:钻© 13四个孔 钻头直径© 13钻头直径主轴每分钟转速切削速度v c （米/分）=进给量f（毫米/转）f =钻头或工件每转之间的轴向相对位移钻头每分钟前进的距离f=主轴每分钟转速钻削深度ap（毫米） ap= D孔 = 13 =6.5p 2 2材料切除率Q （毫米3 /分）（每分钟钻下工件材料的体积）组合机床设计论文一一张会生1 2Q=-钻头直径2进给量 主轴每分钟转数4进给量选择取为0.14mm/ r-1（相关数据见常

19、用金属切削数据手册Cv=3323.50m=0.17b=0.41c=1.05d=0.18计算高速钢标准麻花钻头切削速度的数学模型如下:V二V切削速度30minF钻头寿命min;经济寿命建议取60min,最大生产率寿命建议f进给量D钻头直径mmHB工件材料布氏硬度值Cv系数m, b,c,d 指数则V1=30.55V2=13.3495=13.3取 v c=13.3组合机床设计论文 张会生刀具耐用度则 v c =13.3 得出 n=325.655 取 n=325r/m421、计算主切削力F,切削转距 M，切削功率 P ,T：加工© 13mm 孔时，由组合机床设计的经验公式：钻削铸铁件M= C

20、mDxmfvm (HB/190)0.75F0 CrDxmf yf (HB/190)0.75M 切削扭矩 N.MF0 轴向切削力 ND 钻头直径 mmHB 工件材料布氏硬度值C m C f 系数Xm y m x f y f 指数由常用金属材料切削数据手册查得灰铸铁Cv=2052.13m=0.30b=0.82 c1.10d=0.49Cm=0.1987Xm =1.9y m =0.8 C f=591.234y f =0.800M1=0.1987131.90.140.8020.15(150/190)0.15 4.514M2=0.1987131.90.140.80.15(330/190)0.15 8.15

21、F01 591.2341310.140.8 (150/ 190) 1335.39F02 591.2341310.8 0.150.140.8(330/190)0.15 2412.267x f =1.00组合机床设计论文 张会生由组合机床设计简明手册得0.8切削力 F= 26Df HB 0.6 2274.717切削扭矩 T= 10D1.9 f 0.18HB0.6 10 131.9 0.140.8 3300.6 8800 P=0.294P 多轴箱 =1.47KW 经济寿命建议取 60min, 最大生产率寿命建议 30min.、钻孔主轴箱部件： 动力部件设计前，一般首先进行功率和进给力的计算。a) 功

22、率计算： 主轴转速： n=325r/min钻头直径：©= 13mm切削速度：v c =13.3查表得用高速钢钻头加工铸铁的切削用量为： 切削速度：v' =13.3m/min每转进给量： f=0.4mm/r由此可知： v 在 v '范围内，并取 f=0.4mm/r 平均切削厚度： a=f/2cos31 o=0.23mm 单位面积切削力：P=34.5/ a0-367 =34.5/0.23 0-367 =59.4kgf/mm2扭矩：T= 10D1.9 f 0.18HB0.6 10 131.9 0.140.8 3300.6 8800切削功率： P=0.294若考虑N总传动主轴

23、箱所需的电机功率为：N电N总切/ nN 电 P 多轴箱=1.47KWb) 进给力计算：动力滑台所需的进给力可按下式计算：P 进=Pi = Pl +P 2 +P 3 + + 卩 n钻© 13mm孔轴向力：Pi = P a=0.294 X0.23 X=0.512KN由于是同时钻四个相同的孔，故总轴向力为：P 总=4Pi =4 X0.512 = 2.05KN即 P 进=P 总=2.05KN由于动力滑台除了需要克服各主轴的进给切削抗力之外，还要克服滑台移动时产生的摩擦阻力，而选用的动力滑台的最大进给力P '应大于P进计算所得值，滑台型号的具体选择还需要对倒角，动力部件工 作时所受轴向

24、力进行计算后才能确定。c) 主轴直径的确定当确定了切削转矩M以后，便可以根据扭转刚度初定出主轴与传动轴直径。dB 10T (cm)根据主轴在1m长度上允许最大扭转角按组合机床设计 表3-15选择B=7.3d=7.3 X 4 10 0.294 "9.56mm类比现在使用的机床标准，参阅有关资料，按标准选取d=25mm组合机床设计论文 张会生的主轴。4.3 、通用部件的选择组合机床的通用部件是指在组合机床使用与设计中可以相互更换 使用的一些专用部件，它是组合机床的重要基础，组合机床的部件通 用化程度是衡量其技术水平的重要指标之一，而各种通用部件之间有 着统一的联系尺寸标准，它包括有动力部

25、件，支承部件，控制部件等。、动力部件的选择：动力部件主要包括以实现切削刀具的旋转和进给运动的动力头和 只用于进给运动的动力滑台，它们是组合机床最主要的通用部件。首 先对液压滑台与机械滑台的主要性能作如下比较：a) 进给的稳定性机械滑台可以比较容易的得到较小的进给量， 且一般也不会因承受的载荷发生变化而引起进给量的变化，液压滑台的进给量往往不稳定， 特别是当承受的载荷或温度发生变化时，其进给稳定性更差。b) 进给量的可调性液压滑台的进给量可以在允许的范围内进行无级调整，且调整方 便，机械滑台的进给量则只能进行有级调整。c) 转换精度液压滑台的转换误差一般为0.10.5mm,机械滑台的转换精度一般

26、为0.52mm，另外机械滑台当电气转换幵关失灵时，则会出现运 动速度不能进行转换的现象，因此而损坏刀具或机床，而液压滑台只 要死挡铁，一般不会出现进给速度不能转换的现象。通过以上比较， 根据被加工零件的工艺现象，机床的布置型式与机床要求的进给量速度稳定性一般、工作循环简单，故选用液压滑台来 实现进给运动。432、动力部件规格的确定a)动力滑台的确定根据前面的进给力计算所得结果比较，由于钻削主轴箱所需要进给力为414kgf，且因液压滑台除需克服各主轴的切削抗力外，还要克服 滑台移动时产生的摩擦力，所以液压滑台的进给力要大于F进。进给速度的选择：实际进给速度要大于液压滑台的许用最小进给速度。钻削&

27、#169; 13mm 孔进给速度为 45.5 mm/mi n;在选择滑台时，多轴箱的实际进给速度要大于液压滑台的许用最小 速度。最大行程的确定：动力部件的最大行程应大于或等于工作行程，向前备量和向后备量之和。L=L 工 +L 前 +L 后=33.5+30+40= 103.5mm因此选取液压滑台的型号为：1HY 40(JB2502-78).滑台型号滑台台面宽mm滑座底面长mm行程mm最大进给力N1HY4040080040020000b）动力箱的确定动力箱安装在滑台或其它进给部件的结合面上，动力箱前端结合面安装多轴箱，动力箱的输出轴驱动多轴箱的每个主轴与传动轴，使多轴箱完成要求的切削运动。根据前面

28、所计算的数据可以参考选取仃D25A型的动力箱，其规格数据如下：型号型式电机型号电机功率电机转速驱动轴转速仃D25IAY100L-61.5kw940r/mi n520r/mi n其余相关参数:箱宽（B）400mm箱高（H ）400mm驱动轴距动力箱底面咼度（h）94.5mm驱动轴直径（d ）30mm外伸长度（l）115mm4.4、多轴箱轮廓尺寸的确定多轴箱最大轮廓尺寸主要决定于被加工零件上孔的分布范围，标准的钻镗类多轴箱的厚度有两种规格，卧式为325mm,立式为340mm,由于此类加工属于典型加工，可照规格选取所设计多轴箱的厚度为 325mm 。着重考虑的尺寸是多轴箱的宽度B和高度H与最低主轴高

29、度hi,可以根据下列公式分别进行计算:图三多轴箱轮廓尺寸的确定主轴箱宽度B二b+2b1 = 152+892=330主轴箱高度 H=h+h1+b1=152+110+89=352式中：b 工件在宽度方向相距最远的两孔距离（mm ）,bl 最边缘主轴中心距箱外壁的距离，H工件在高度方向相距最远的两孔距离，hl 为最低主轴高度。且hi和bi值由推荐值确定，根据计算结果选取确定多轴箱的轮廓尺寸为 B XH=400 mm X400 mm.4.5、组合机床支承部件是组合机床的基支承部件主要用于安装动力部件与其它工作部件，础部件。主要包括中间底座、侧底座、立柱、立柱底座等。根据该组合机床前面已有的滑台的设计标

30、准和设计要求，可选用如下配套设备：滑台行程配套部件侧底座1HY404001CC401中间底座是用于安装输送部件和夹具等的支承部件，它可以与侧底座、支架和立柱等相连接。在配置机床时往往不能用一种系列满足不 同使用要求。因此，中间底座无标准化系列，尚需要根据具体情况设 计专用的中间底座。4.6、控制部件的选择控制部件在组合机床中起着重要的作用，保证机床按照即定的程序进行工作，包括液压元件、控制板、按纽台与电气挡铁等。可按实际 需要进行选择。五、“三图一卡”的编制绘制组合机床“三图一 ”，救是针对具体零件，崽选定的工艺和结构方案的基础上，进行组合机床总体方案图样文件设计。设计其内 容包括：被加工零件

31、工序图、加工示意图、机床尺寸联系图、生产效 率计算卡。5.1、被加工零件工序图被加工零件工序图是根据选定的工艺方案，表示一台组合机床完成的工艺内容，加工部位尺寸、精度、表面粗糙度与技术要求，加工用组合机床设计论文 张会生定位基准，夹压部位与被加工零件的材料、硬度、重量和在本道工序加工前毛坯或半成品情况的图样。除了设计研制合同外，它是组合机床设计的具体依据，也是制造、使用、调整和检验机床精度的重要文件。被加工零件工序图是在被加工零件图基础上，突出本机床或自动 线的加工内容，并作必要的说明而绘制的，其主要内容包括：1 ）、被加工零件的形状和轮廓尺寸与与本设计机床有关的部位的 结构形状与尺寸。当需要

32、设置中间导向时，则应把设置中间导向临近 的工件内部肋、壁布置与有关结构形状和尺寸表示清楚。以便检查工 件、夹具、刀具之间是否有干涉。2 ）、加工用定位基准，加紧部位和夹紧方向。以便据此进行夹具 的支撑、定位、夹紧和导向等机构设计3 ）、本道工序加工部位的尺寸、精度、表面粗造度、形状位置尺 寸精度与技术要求；4）、必要的文字说明。 汽车变速器上盖顶面的五个孔的钻制加工工序图见图 1 。5.2 、加工示意图零件加工的工艺方案要通过加工示意图反映出来。 加工示意图表示 被加工零件在机床上的加工过程、刀具、辅具的分布以与工件、夹具 等机床各部件间的相对位置关系，机床的工作行程与工作循环等。其 内容包括

33、：1）刀具的选择本人所设计的组合机床用于加工电机端面孔， 其刀具的选择已在前组合机床设计论文 张会生面有所叙述。2）工序间余量的确定本机床所要加工部位， 加工后无需再精加工， 故无工序间余量可确 定。3）初定主轴类型、尺寸、外伸长度和刀具接杆的选择 根据前面对多轴箱主轴直径的确定， 按参考书查得主轴的外伸尺寸 与孔径分别为：主轴外伸直径为©38mm，内孔直径为© 26mm，外伸长度由结构确定为 115mm 。根据其主轴 的外伸尺寸和长度尺寸选择钻削主轴箱刀杆为：Tr36X24）、切削用量的确定 数据的计算见前面叙述，以上详细内容见零件加工示意图中所标 示。5）、导向结构的选

34、择在组合机床上进行孔加工， 除采用刚性主轴外， 大多数切削刀具都 需要有导向装置，其作用是保证刀具和工件之间的正确位置以与提高 刀具系统的支承刚度，从而提高机床的加工精度。由于我所设计的机床加工的孔径不大， 采用了活动钻模板， 示意图 见多轴箱装配图中所示。其它应该注意的问题：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与主轴加工方法。组合机床设计论文 张会生2）图中尺寸应标注完整，尤其是从多轴箱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与各行程长度。确定钻攻螺纹符合工序动力部件工作循 环时，要注意攻螺纹循环提前完成丝锥退出工件后，

35、动力部件才能开 始退回。3）急攻示意图应有必要的说明。如被加工零件的名称、图号、材 料。加工余量。毛坯要求、是否加工冷却液与其它特殊的工艺要求等。5.3 、机床尺寸联系图机床联系尺寸总图是以被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与确定的专用部件的总体结构而绘制 的。是用来表示机床各部件间相互尺寸联系和运动关系的总体布局图， 它是进行专用部件设计，确定机床所占面积的技术文件，可用来确定、 检验专用部件的轮廓尺寸和机床的主要联系尺寸、以与检验所选的通 用部件是否合适。1）、装料高度的确定在确定装料高度时， 应考虑到其他部件的联系尺寸关系， 根据所选 立柱和立柱侧底座的

36、标注尺寸，还要考虑工人操作的方便和习惯，就 确定本机床的装料高度为 950mm 。2）、合理选择动力部件这一步在前面已经叙述，在此就不在重复。根据所选择的所有标件和设计经验提示，可作出如图纸 3 所示的 机床尺寸联系总图。组合机床设计论文一一张会生3）、绘制机床联系尺寸总图的注意事项机床联系尺寸总图应按机床加工终了状态绘制，图中应画出机床各部件在长、宽、高方向的相对位置联系尺寸与动力部件退至起始位置 尺寸；画出动力部件的总行程和工作循环图；应注明通用部件的型号、 规格和电动机型号。功率与转速；对机床各组成部件标注分组编号。4）、机床分组为了便于设计和组织生产，组合机床各部件和装置按不同的功能划

37、分编组。5.4、机床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、动力部件的快速与工进速度等，就可以计算机床的生产率并编制生产率计 算卡，用以反映机床的加工过程、完成每一动作所需的时间、切削用 量、机床生产率与机床负荷率等。生产率计算卡的具体内容见下表所示：生产率计算卡机床的实际生产率按下式计算:式中：T单一单件工时（min ）组合机床设计论文一一张会生T机机加工时（min ）T辅辅助时间（min ）根据所得的单件工时：T单=1.7分钟，即可求出机床的理想生产率Qi所以Ql= 6°丁单T单=t切 t辅=(50+83.5)=(17/45.5+16.5/45.5)+(

38、/800)+0.5+0.0625+0.104=2.37机床负荷率按下式计算：Q/Q1式中Q1 机床的实际生产率Q 机床理想生产率。当全年工时为 2350h （按两班制计），贝V Q二N/2350（件/小时）式中 N 被加工零件年产量因为N=5万件，所以：Q=50000/2350=21.2 件 / 小时）故机床的负荷率为：Q/Q1 =21.2/25.3=83%根据现有组合机床的使用经验，机床的负荷率一般取75%90%为宜，所求机床负荷率在所列范围内，故合适。六、钻削多轴箱的设计多轴箱是组恶化机床的重要专用部件。它是根据加工示意图所确 定的工件加工孔的数量和位置、切削用量和主轴类型设计的传递各主

39、轴运动的动力部件。其动力来自通用的动力箱，于动力箱一起安装于 进给滑台，可完成钻、扩、铰、镗孔等加工工序。6.1 、多轴箱的用途多轴箱是组合机床的重要组成部件， 是用于布置 （按所要求的坐标 位置）机床工作主轴与其传动零件和相应的附加机构的箱体。它通过 按一定的速比排列传动齿轮。把动力从动力部件动力头、动力箱、 电动机等传递给各工作主轴，使之获得所要求的转速和转向等。6.2 、绘制主轴箱设计的原始依据图 根据机床设计要求，按“三图一卡”绘制出多轴箱设计的原始依据图如 下：组合机床设计论文一一张会生图四多轴箱设计原始依据图被加工零件名称：铣头电机端盖材料与硬度：灰铸铁HB150330主轴外延伸尺

40、寸： D/d=40/28L=115mm（钻© 13mm ）工序内容：钻© 13的孔.主轴 2,3,4,5. n =325 rpm , v =45.5m/min , f=0.4mm/r其相对位置是由被加工零件的工序图决定的。多轴箱的主要内容和注意事项如下：1）根据机床联系尺寸图，绘制多轴箱外形尺寸图，并标注轮廓尺 寸与与动力箱驱动轴的相对位置尺寸。2 ）根据联系尺寸图和加工示意图，标注所有主轴位置尺寸与工件与主轴、主轴与驱动轴的相关位置尺寸。3 ）根据加工示意图标注各主轴转速与转向主轴逆时针可不标，只 注顺时针转向4) 列表表明各主轴的工序内容、切削用量与主轴外伸尺寸等。5)

41、 标明动力部件型号与其性能参数等。6.3 、选择主轴的结构形式和初顶齿轮的模数由于采用非刚性主轴结构， 本工序需加工各孔的尺寸精度由刀具保 证，位置精度则依靠所设计的夹具来保证。钻削加工时，主轴受较大的轴向力，但径向力不大，且旋转精度的 要求也不太高。因此，钻削主轴内各传动轴均采用圆锥滚子轴承。主轴直径以在以上章节中确定：d主25 mm考虑到传动轴受扭矩与传动功率较大，因此选取传动轴直径：d 传=30 ( mm )多轴箱中齿轮的模数一般用类比法或凭经验确定， 常用的齿轮模数 为 2 ， 2.5 ， 3 ， 3.5 ，4 等几种。为方便组织生产，同一多轴箱中的齿 轮模数最好不多于两种。所以在设计

42、此多轴箱时，取驱动轴模数 m=2.5，其余各传动轴和主轴均为没m '= 2.5。6.4 、多轴箱传动系统的拟订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 ,转向的条件下 ,力求使传动轴和齿轮的规格 ,数量最少 .为此应尽量用一根中间传动轴带动多根主轴,并将出论布置在同 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,影响加工质量 .3) 为使结构紧凑 ,多轴箱内齿轮副的传动比一般要求大于1/2( 最佳传动比为 11/1.5), 后盖内传动比允许取 1/31/3.5; 尽量避免升速传动 .当驱动轴转速较低时 ,允许先升速后再降一些 ,使传动链前面的轴

43、,齿 轮转矩较小 ,结构紧凑 ,但空转功率损失随之增加,故要求升速传动比小于等于 2; 为使主轴上的齿轮不过大,最后一级经常采用升速传动.4) 用于粗加工主轴上的齿轮,应尽可能设置在第一排 ,以减少主轴的扭转变形 ;精加工主轴的齿轮 ,应设置在第 3 排 ,以减少主轴端的弯曲变 形.5) 多轴箱内具有粗精几个工主轴时,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) 驱动轴直接带动的转动轴数不能超过2 根,以免给装配带来困难多轴箱传动设计过程中 ,当齿轮排数

44、14 排不够用时 ,可以增加排 数 ,如在原来 1 排齿轮的位置上排两排薄齿轮或在箱体与前盖之间增设 0 排齿轮 .、多轴箱传动系统的拟订多轴箱主轴的位置分布可归结为同心分布， 直线分布， 任意分布三 种类型。尽管主轴的分布类型各样，通常采用的经济而有效的传动是： 用一根传动轴带动多根主轴，但尽量避免主轴兼做传动轴，否则将增 加主轴负荷，影响加工质量。我们本着这一原则进行传动系统的设计。由于此机床钻头是通过接杆与主轴连接， 所以其主轴的位置由工件 加工部位的尺寸所决定。采用传动型式大致如下图所示：组合机床设计论文一一张会生. 1''舟图五多轴箱传动型式由于零件轮廓尺寸的较小性，

45、使得在有限的加工尺寸内设计出的传动型式较传统的不同。如上图所示，由电机轴传动主传动轴1，然后由1传动主轴2,3,4和传动轴5。其具体分布和结构见主轴箱装配图（图纸4）0、确定齿轮齿数a）由于动力箱输入多轴箱的转速为n入520rpm又根据被加工零件工序图，主轴所需转速n主325rpm为减小主轴和输入轴的齿轮大小，故将传动比先减后加，故驱动轴到主轴的总传动比为：u总 n主 /n入 325/520 1/1.6b）确定实现总传动比的齿轮对数根据2 >u1/31/3.5的原则，驱动轴和主轴之间可以用一对齿轮传动， 但考虑到结构尺寸的要求 与驱动轴齿轮的受力情况，所以决定分别用一根传动轴，再分别带动

46、 各主轴，但实现总传动比的齿数任为一对。c）确定齿轮啮合的齿数为了保证齿轮的强度， 齿轮齿槽底部与内孔， 键槽顶部之间有一定的厚度（应2mm ）,由于中间传动轴与主轴的中心距不够大（由箱体内腔尺寸限制） ，所以齿轮的齿数不能太多。综合考虑，为能满足传动 完整和安排合理，结合尺规作图的方式确定主轴上的齿轮数为30 ，与之相啮合的传动轴 2 的齿轮齿数为 56 齿。传动轴另一齿轮齿数为 60 齿，故输入轴的齿数定为 20 齿.具体计算如下 :传动部分齿轮计算因为 A=107.5m=2.5得出 :Sz86Z主56Z从30分度圆d1m1z12.53075d2m2 z22.556140前盖内的齿轮传动

47、:因为 A=102m=2.5组合机床设计论文一一张会生同理可得出:Sz 81.6Z主20Z从60分度圆dim,Zi2.52050d2m2z22.560150故实现总传动比的齿数为: 验算主轴转速：主轴实际转速：n主520 U总520 0.622 323rpm主轴转速相对误差：n实际 n理论n理论323 3253250.00615根据所确定出的传动齿轮系分布图，可以得到以下所示的传动系 统图:组合机床设计论文一一张会生图六传动齿轮系分布图考虑到多轴箱展幵图的复杂程度，所以在此就不列出其展幵图简图，详见多轴箱装配图(图纸4 )。643、齿轮几何参数的计算驱动轴齿轮：Zi=20d i =m 乙=2.

48、5 X20=50mmdai =52.5mmdfi =46.875mm传动轴齿轮：Z2=60(m=2.5); Z3=30(m=2.5); Z4=56(m=2.5);d2=m Z2=2.5 X60=150mmda2=150.25mmdf2 =146.875mmd3=m Z3=2.5 X30=75mmd a3 =75.25mmd f3 =71.8975mmd4=m Z4=2.5 X56=140mmd a4 =140.25mmd f4 =136.875mm第一对对齿轮的传动副的实际中心距与标准中心距相符。 第二对对 齿轮的传动副的实际中心距大于标准中心距 ,略有正变位 . 七、齿轮和轴的强度验算(输入

49、轴- 主传动轴 1 )7.1 、齿轮的校核小齿轮齿数 Z1=30 ，大齿轮齿数 Z2=56 。u= Z 2/Z 1=56/30=1.867.1.1 、按齿面接触强度设计由设计计算公式( 10-9a )进行计算，即dit >2.32 XktTi(u+1)(Z e/ SH)2/ du1/3确定公式内的各计算数值试选载荷系数 kt=1.3小齿轮传递的转矩T1=95.5 X105 XP1/n1 =8.7 X104(N mm)由表10-7选取齿宽系数d=1由表 10-6 查得材料的弹性影响系数ZE=189.8Mpa由 图 10-21d 按 齿 面 硬 度 查 得 小 齿 轮 的 接 触 强 度 极

50、 限SHiimi =650MPa,大齿轮的接触强度极限SHiim2 =600MPa由式 10-13 计算应力循环次数Ni=60n ijLh=60 X323 Xi X(2 X8 X300 X15)=1.4 X109N2=N i/u=1.4 X109/ (3/1.6 ) =1.4 X109由图 10-19 查得接触疲劳寿命系数 kHN1 =0.88, k HN2 =0.92a )计算接触疲劳许用应力取失效概率为 1% ，安全系数为 S=1 ，由式( 10-12 )得： S H1= k HN1 SHlim1 /S=0.88X650/1=572MPaSH 2= k HN2 SHlim2 /S=0.92

51、X600/1=552MPa计算：试算小齿轮分度圆直径d1t,代入S H中较小的值d1t >2.32 XktT1(u+1)(Z e/ S)2/ du1/3=2.32 X1.3 X8.7X104X2.875 X(189.8/552) 2/1.875 X11/3 =65.9(mm)7.1.2 、计算圆周速度 Vv= nd1t m/60X 1000= n X 65.9 X 325/60 X1000=1.12m/s7.1.3 、计算载荷系数根据 级精度。 由图 10-8 查得动载荷系数kv=1.15直齿轮，假设 kAFt/b<100N/mm,由表 10-3 查得 kHa=k Fa=1.2由表

52、 10-2 查得使用系数 kA=1.25由表 10-4 查得 7 级精度，小齿轮相对支撑非对对称布置时，kH 3=1.15+0.18x(1+0.6 d2)d2+0.31 xi0-3b=1.15+0.18 X(1+0.6 X12) X12+0.31 X10-3 X65.9=1.458mt=d/z=65.9/30=2.19由 b/h=65.9/2.19 X 2.25=67.7, kH3=1.458, 查 图 10-13 得 kF3=1.44 故载荷系数：k=k AkvkHakH3=1 X1.15 X1.2 X1.458=2.07.1.4 、按实际载荷系数校正得分度圆直径，由式( 10-10a )得

53、：d1=d 1t(k/k t)1/3 =65.9 X(2/1.3) 1/3 =76(mm)7.1.5 、计算模数 mm=d1/z1=76/30=2.53(mm), 取 m=2.5(mm)7.1.6 、按齿根弯曲强度校核由式 10-4 得，kFtYsaYFa/bm < 珂由图10-20c 查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限3FE1=520MPa,大齿轮的弯曲疲劳强度极限3FE2=450MPa.由图 10-18 查得弯曲疲劳寿命系数 KFN1=0.82K FN2 =0.85 计算弯曲疲劳许用应力取弯曲疲劳安全系数 S=1.4, 由式( 10-12 )得：鬥仁 KFN1 3FE1/S=0.82 X5

54、20/1.4=304.6(MPa)鬥2二 KFN2 3FE2/S=0.85 X450/1.4=273.2(MPa)计算载荷系数 KK=kAkVkFakFB=1.25 X1.15 X1.2 X1.42=2.457.1.7 、 查取齿形系数由表 10-5 查得 YFa1=2.72YFa2=2.45查取应力校正系数，由表 10-5 查得 YSa1 = 1 . 57, Y Sa2=1.65Ft=2T1/d1=2X8.7 X104/(2.5 X30)=2320(N)kFtYsaYFa/bm=2.45 X 2320 X 1.57 X 2.72/(2.5 X 302.5)=129.5MPa<鬥1故符合设计要求7.1.8 、尺寸计算1 )、分度圆直径d 1=mz 1=2.5 X30=75(mm)d2=mz 2=2.5 X56=140(mm)2) 、中心距 aa=(d 1+d 2)/2=(75+140)/2=107.5(mm)3) 、计算齿轮宽度 BB=m m其中 m 齿宽系数，一般取m =6 °°10B=m m =7 X3=21(mm)根据设计标准，可选齿宽 24 、 3