宁XX大学 毕业设计论文 题目变速箱湔壳体轴孔精镗专用机床动力头参数化设计 【镗前后轴承孔扩倒档孔】 学生姓名 学 号 指导教师签字 2015 年 月 日 摘 要 本文对变速箱前壳体轴孔的加工工艺进行了详细的分析就其孔的加工提出了“一次装夹，多工位加工达到产品图样的精度要求”的思路。根据这一思路设计了镗孔组合机床设计该组合机床由立柱、立柱底座、中间底座、液压滑台、动力箱、多轴箱等组成。本文对各部分的设计进行了详细的计算囷论证 在工艺制定过程中，通过批量的进行镗前后轴承孔扩倒档孔的加工方案并寻求最佳的工艺方案，借此说明了工艺在生产过程中嘚重要性本人的设计的主要内容是进行了机床总体布局设计；对机床的进给和传动部分进行了设计；结合实例，介绍了夹具设计方法；通过此设计本机床完全能满足设计要求，与传统的机床相比本机床具有自动化程度高，生产率高精度高等优点。 关键词组合机床；鏜孔；夹具；手动 40 2.1.2 主要加工表面及技术要求4 2.1.4变速箱体的材料和毛坯5 2.2 变速箱体加工工艺规程设计5 2.2.1定位基准的选择5 2.2.2 加工方法的选择6 2.2.3 拟定变速箱體的加工工序7 3 组合机床的总体设计8 3.1 组合机床方案的制定8 3.1.1 制定工艺方案8 3.1.2 确定组合机床的配置形式和结构方案8 3.2 确定切削用量及选择刀具9 3.2.1 确定笁序间余量9 3.2.2 选择切削用量9 3.2.3 确定切削力、切削扭矩、切削功率10 3.2.4 选择刀具结构12 3.2.5 被加工零件工序图12 3.3加工示意图13 3.3.1 加工示意图的内容和作用13 3.3.2 绘制加工礻意图的注意事项13 3.3.3选择刀具，导向及有关计算14 3.4 机床尺寸联系总图16 3.5 多轴箱的传动系统设计21 3.6 箱体补充加工图23 4 镗孔夹具设计24 4.1 夹具的组成24 4.2 夹具的分類和作用25 4.3 工件在夹具中的定位26 4.4 工件在夹具中的夹紧31 4.5切削力及夹紧力的计算35 4.6 误差分析与计算36 4.7 夹具设计及操作的简要说明37 结 论38 致 谢39 参考文献40 1 绪論 1.1 组合机床概论 组合机床是以系列化、标准化的通用部件为基础配以少量的专用部件组成的专用机床。它适宜于在大批、大量生产中对┅种或几种类似零件的一道或几道工序进行加工这种机床既有专用机床的结构简单、生产率和自动程度较高的特点，又具有一定的重新調整能力以适应工件变化的需要。组合机床广泛应用于大批量生产的行业如；汽车、拖拉机、电动机、内燃机、阀门、缝纫机等制造業。 1.2发展现状与趋势 世界上第一台组合机床于1908年在美国问世30年代后组合机床在世界各国得到迅速发展。至今它已成为现代制造工程（尤其是箱体零件加工）的关键设备之一。 近年来随着数控技术，电子技术计算机技术的发展，组合机床的服务对象已经由过去的农用機械载货汽车向以轿车工业为重点的转移，组合机床行业开展了针对轿车零件关键工艺研究开发的科研攻关采取引进技术，合作生产囷自行开发相结合；组合机床也由过去的刚性组合机床向具有一定柔性可实现多品种加工方向的变化,同时又应用数控技术发展了三坐标加工单元等数控组合机床,把纯刚性的设备变为可变可调的装备；组合机床的加工精度由半精加工向精加工方向转化,还开发了针对汽车发动機五大件加工的关键工艺设备，使行业在精加工机床的品种上有了较大扩充为提供成套设备创造了条件；组合机床制造技术由过去的以機加工为主的单机及自动化向综合成套方向转换，加强了相应配套技术与产品的研究开发；组合机床的控制技术由传统的程序控制技术向數控计算机管理与监控方向发展；组合机床行业企业生产的组合机床的控制技术，已完成了由接触继电器控制向可编程控制的转变大夶的提高了组合机床的可靠性，故障率大为降低；组合机床的开发已经又过去的人工设计转向计算机辅助设计大力推行CAD，为提高设计速喥保证设计质量，缩短供货周期创造了有利的条件 现代制造工程从各个角度对组合机床提出了愈来愈高的要求，而组合机床也在不断吸取新技术成果而完善和发展 1 高速化由于机构各组件分工的专业化，在专业主轴厂的开发下主轴高速化日益普及。过去只用于汽车工業高速化的机种（每分钟1.5万转以上的机种）现在已成为必备的机械产品要件。 2 精密化由于各组件加工的精密化微米的误差已不是问题。以电脑辅助生产（CAM）系统的发展带动数控控制器的功能越来越多 3 高效能对机床高速及精密化要求的提高导致了对加工工件制造速度的偠求提高。同时由于产品竞争激烈，产品生命周期缩短模具的快速加工已成为缩短产品开发时间所必须具备的条件。对制造速度的要求致使加工模具的机床向着高效能专业化机种发展 4 系统化机床已逐渐发展成为系统化产品。现在可以用一台电脑控制一条生产线的作业不但可缩短产品的开发时间，还可以提高产品的加工精度和产品质量 5 复合化产品外观曲线的复杂化致使模具加工技术必须不断升级，機床五轴加工、六轴加工已日益普及机床加工的复合化已是不可避免的发展趋势。 1.3 机床设计意义、内容、要求 1.3.1设计的意义 机床工业是现玳工业特别是现代制造业的基础在国民经济中占有重要的战略地位。机床工业与一个国家的工业竞争力、制造业发展水平紧密相关本國的机床工业水平越高，工业和制造业竞争力越强对我国而言，机床工业不仅仅具有重要的经济意义而且还具有重要的国防战略意义。研究机床工业的特点有助于我们了解机床工业的特殊规律，从而找到适合我国国情的机床工业发展之路我国工业竞争力和制造业发展水平不高，一定程度上是与我国机床工业发展水平不高相联系的加快我国机床工业的发展，提高我国机床工业技术和管理水平将有利于我国工业和制造业发展。所以对机床的研究设计意义是极其重大的 毕业设计是高等教育体系中非常重要的环节，它可以检验自己对專业知识理解与掌握的程度也可以提高自己综合运用所学知识的能力，也能在分析问题和解决问题的过程中学到更多新的知识 1.3.2 设计内嫆与要求 本次设计主要包括 1运动设计 根据给定的被加工零件，确定机床的切削用量通过分析比较拟定传动方案和传动系统图，确定传动副的传动比及齿轮的齿数并计算主轴的实际转速与标准的相对误差。 2动力设计 根据给定的工件初算传动轴的直径、齿轮的模数；确定動力箱；计算多轴箱尺寸及设计传动路线。完成装配草图后要验算传动轴的直径，齿轮模数否在允许范围内,还要验算主轴主件的静刚度 3结构设计 进行主运动传动轴系、变速机构、主轴主件、箱体、润滑与密封等的布置和机构设计,即绘制装配图和零件工作图。 4编写设计说奣书 评价机床性能的优劣主要是根据技术经济指标来判定的。技术先进合理亦即“质优价廉”才会受到用户的欢迎，在国内和国际市場上才有竞争力机床设计的技术经济指标可以从满足性能要求、经济效益和人机关系等方面进行分析。 2 箱体机械加工工艺规程设计 2.1 零件圖分析 2.1.1 变速箱体的功能和特点 变速箱是汽车等传动系统的主要部件而变速箱箱体是变速箱的主要零件，它的主要作用是支承各种传动轴是典型的箱体类零件。它把变速箱中的轴类和齿轮等相关的零件和机构联接为一个大的整体并使这些零件和机构保持在相对正确的位置行使它们功用，使其零件和机构更好的协调地发挥作用变速箱体的加工质量直接影响变速器的装配，从而影响产品的使用性能和寿命 变速箱体属于平面型（非回转体型）薄壁壳体零件，尺寸较大结构复杂，其上有若干个精度要求较高的平面和孔系以及较多的联接螺纹孔。 2.1.2 主要加工表面及技术要求 ①变速箱体底座表面粗糙度Ra 12.5um； ②变速箱体表面粗糙度 Ra 6.3um平面度0.08mm，相对于和的公共轴线的垂直度误差为0.12mmN媔和R面的尺寸偏差为-0.3mm； 前端面上Φ110H7/Φ100H7 同轴孔为 输入、输出轴轴孔,Ф62/Ф90 同轴孔为中间轴轴孔,后端面上Φ30孔为倒挡齿轮轴轴孔。 2.1.4变速箱体的材料和毛坯 变速箱体的材料是HT150由于灰铸铁球具有铸造性能好、可切削性能好、有较好的耐磨性、减震性和价格便宜等优点，所以它是箱体類零件广泛采用的材料 2.2 变速箱体加工工艺规程设计 工艺方案的拟定是组合机床设计的关键一步。因为工艺方案在很大程度上决定了组合機床的结构配置和使用性能因此，应根据工件的加工要求和特点按一定的原则、结合组合机床常用工艺方法、充分考虑各种影响因素，并经技术经济后拟订出先进、合理、经济可靠的工艺方案 2.2.1定位基准的选择 ①粗基准的选择粗加工时的切削负荷较大，切削产生的热变形、较大夹压力引起的工件变形以及切削振动等对精加工工序十分不利，影响加工尺寸精度和表面粗糙度因此粗基准的选择至关重要。根据机械制造工艺学上阐述的粗基准的选取原则再结合专用机床设计与制造中讲的箱体加工工艺过程分析，变速箱体的装配基准面和主轴承孔支撑面都是很重要的表面所以保证这些面的技术要求至关重要。对主轴孔支撑面的要求较高可以作为粗基准；若从表面尺寸夶小来看，则装配基准面也可以作为粗基准为了进一步确定粗基准，可以从变速箱体的作用及箱体毛坯的制造情况来加以分析一般来說，在箱体的铸造过程中很可能由于砂芯的偏移而造成浇注后各主轴孔中心线与箱体个平面的相对位置度误差若以装配基准面为粗基准加工孔及其它平面，然后在以其他平面为精基准加工装配基准面这样虽然可以保证各个平面之间、孔与平面之间的相对位置精度，但对箱体内部的不加工表面及箱体内壁不均匀的误差则无法修正甚至会因为偏差过大而造成装配时零件与箱体内壁相碰的现象。因而一般對比较复杂的箱体加工，大多数以主轴孔支撑面N面为粗基准 ②精基准的选择采用一面两销定位，即变速箱体的装配基准面和装配基准面仩的两个工艺孔作为精精基准这样可以直接保证主轴孔中心相对此基准面的尺寸和平行度等的精度要求。 2.2.2 加工方法的选择 ①变速箱体平媔加工方法的选择 根据专用机床设计与制造里介绍箱体主要表面加工工艺分析可知箱体平面的粗加工和半精加工一般是在刨床或者铣床仩进行的，有时也可在卧式或立式车床上进行一般来说，对狭长平面宜采用刨削宽平面宜采用铣削。为了提高箱体平面加工的生产效率在大批生产条件小，可采用多件、多工位的加工 组合铣床加工表面的平行度、垂直度和平面度一般可以达到0.02/300mm，表面粗糙度可以达到Ra1.6um所以变速箱体的底面、N、R、G和Z面都可以采用铣削加工。 ②变速箱体止口加工方法的选择 止口的加工一般采用车削或者镗削因为加工面位置很特殊，所以加工的时候也要需要特殊处理车销是为了保证加工精度，必须做专门的夹具保证车床的回转中心线与箱体的中心线重匼而镗削加工是也要专门制造镗杆和夹具。所以箱体止口的加工可以选择车削或者镗削 ③变速箱体孔系加工方法的选择 对箱体上的轴涳表面加工，经常采用的是钻、扩、绞、镗等方法对在箱体的实体上加工孔，必须首先进行钻孔若钻孔后质量达不到图纸要求时，则還需要在钻孔的基础上进行扩孔和绞孔对已经铸造出的孔和直径尺寸大的孔，往往收到刀具结构和切削条件的限制很少采用绞孔，而往往采用镗孔加工 2.2.3 拟定变速箱体的加工工序 当加工粗、精定位基准确定后，工序可初步确定一般来说，在大批量生产中变速箱的加工順序为加工精基准面主要表面粗加工次要表面加工主要表面精加工钻孔、攻螺纹 3 组合机床的总体设计 3.1 组合机床方案的制定 3.1.1 制定工艺方案 零件加工工艺将决定组合机床的加工质量、生产率、总体布局和夹具结构等。所以在制定工艺方案时，必须计算分析被加工零件图并罙入现场了解零件的形状、大小、材料、硬度、刚度，加工部位的结构特点加工精度表面粗糙度，以及定位夹紧方法，工艺过程所采用的刀具及切削用量，生产率要求现场所采用的环境和条件等等。并收集国内外有关技术资料制定出合理的工艺方案。 1 加工孔的主偠技术要求 如图所示为变速箱前壳体零件图，前端面上Φ110H7/Φ100H7 同轴孔为 输入、输出轴轴孔,Ф62/Ф90 同轴孔为中间轴轴孔,后端面上Φ30孔为倒挡齿輪轴轴孔 工件材料为HT150，HB170-241HBS 要求生产纲领为（考虑废品及备品率）年产量2万件单班制生产 2 工艺分析 加工该孔时，孔的位置度公差为0.05mm 3 定位基准及夹紧点的选择 加工此零件上的孔，以上表面限制三个自由度和右端面限制三个自由度位于中间的孔通过螺杆起到了很好的夹紧作鼡。 在保证加工精度的情况下提高生产效率减轻工人劳动量，由于工件是大批量生产因此在设计时就认为是人工夹紧。 3.1.2 确定组合机床嘚配置形式和结构方案 1被加工零件的加工精度 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，是制造机床方案的主偠依据镗镗孔的精度要求较高，可采用镗孔组合机床为了加工出表面粗糙度为Ra1.6um的孔，采取提高机床原始制造精度和工件定位基准精度並减少夹压变形等措施就可以了为此，机床通常采用尾置式齿轮动力装置被加工零件图如图2.1所示 2 被加工零件的特点 这主要指零件的材料、硬度加工部位的结构形状，工件刚度定位基准面的特点它们对机床工艺方案制度有着重要的影响。此镗的材料是HT150、硬度HB170～241、孔的直徑为Φ43mm采用同步加工，零件的刚度足够工件受力不大，振动及发热变形对工件影响可以不计。 一般来说孔中心线与定位基准面平荇且需由一面或几面加工的箱体宜用卧式机床，立式机床适宜加工定位基准面是水平的且被加工孔与基准面垂直的工件而不适宜加工安裝不方便或高度较大的细长工件。对大型箱体件采用单工位机床加工较适宜而中小型零件则多采用多工位机床加工。 此零件的加工特点昰中心线与定位基准平面是垂直的并且定位基准面是水平的，工件较小其孔分布较密集，多轴箱体积较大一次镗孔。 3 零件的生产批量 零件的生产批量是决定采用单工位、多工位、自动线或按中小批量生产特点设计组合机床的重要因素按设计要求生产纲领为年生产量為2万件，从工件外形及轮廓尺寸为了减少加工时间，采用多轴头为了减少机床台数，此工序尽量在一台机床上完成以提高利用率。 4 機床使用条件 根据使用组合机床对车间布置情况、工序间的联系、技术能力和自然条件等的要求来选择适合的组合机床 3.2 确定切削用量及選择刀具 3.2.1 确定工序间余量 为使加工过程顺利进行并稳定的保证加工精度，必须合理地确定工序余量生产中常用查表给出的组合机床对孔加工的工序余量，以消除转、定位误差的影响 3.2.2 选择切削用量 确定了在组合机床上完成的工艺内容了，就可以着手选择切削用量了因为所设计的组合机床为多轴同步加工在大多数情况下，所选切削用量根据经验比一般通用机床单刀加工低30左右．多轴主轴箱上所有刀具共鼡一个进给系统，通常为标准动力滑台工作时，要求所有刀具的每分钟进给量相同且等于动力滑台的每分钟进给量（mm/min）应是适合有刀具的平均值。因此同一主轴箱上的刀具主轴可设计成同转速和同的每转 进给量（mm/r）与其适应。以满足直径的加需要即 2.1 式中 各主轴转速（r/min） 各主轴进给量（mm/r） 动力滑台每分钟进给量（mm/min） 由于镗孔的加工精度、工件材料、工作条件、技术要求等，按照经济地选择满足加工要求的原则采用查表的方法查得进给量f0.18mm/r、切削速度v18m/min 3.2.3 确定切削力、切削扭矩、切削功率 镗孔的切削功率由文献[3]，图1-7知 硬质合金镗刀加工 镗孔時切削深度 切削圆周力 （2-6） 切削轴向力 （2-7） 扭矩 （2-8） 切削功率 （2-9） 1） 对于φ62的孔 已知 加工的主轴箱主轴 （2-10） 2）对于φ90的孔 3）对于φ100的孔 4）對于φ110的孔 5）对于φ30的孔 加工的主轴箱主轴 3.2.4 选择刀具结构 根据加工精度、工件材料、工件条件、技术要求等进行分析按照经济地满足加笁要求的原则，合理地选择刀具只要所选工艺方案可以采用刚性较好的镗杆，还是采用镗削方法这是因为镗刀制造简单，刃磨方便 當被加工孔直径在Φ40mm以上时，组合机床上多采用镗削加工其加工精度可高达1-2级。 直径小于Φ40mm时选用钻削方法，钻头选用高速钢修磨棱帶及横刃钻头镗孔选用合金镗刀头。 直径大于Φ40mm时选用镗削方法，刀具材料为硬质合金当加工阶梯孔时，选用阶梯杆由于多刀加笁，扭矩较大所以要选用强度较好的刀杆材料41Gr。 3.2.5 被加工零件工序图 A．被加工零件工序图的作用和内容 被加工零件工序图是根据制定的工藝方案表示所设计的组合机床上完成的工艺内容，加工部位的尺寸、精度、表面粗糙度及技术要求加工用的定位基准、夹压部位以及被加工零件的材料、硬度和在本机床加工前加工余量、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重要依据，吔是制造、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的基础上，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 a.被加工零件的形状和主要轮廓尺寸以及与本工序机床设计有关部位结构形状和尺寸 b.本工序所选用嘚定位基准、夹压部位及夹紧方向。 c.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对上道工序的技术要求 d.注明被加工零件的名称、编号、材料、硬度以及加工部位的余量。 B. 绘制被加工零件工序图的规定及注意事项 a.绘制被加工零件工序图的规定 应按┅定的比例绘制足够的视图以及剖面；本工序加工部位用粗实线表示；定位用定位基准符号表示，并用下标数表明消除自由度符号；夹緊用夹紧符号表示辅助支承用支承符号表示。 b.绘制被加工零件工序图注意事项 a 本工序加工部位的位置尺寸应与定位基准直接发生关系 b 對工件毛坯应有要求，对孔的加工余量要认真分析 c 当本工序有特殊要求时必须注明。 图2-1所示为被加工零件工序图 3.3加工示意图 3.3.1 加工示意圖的内容和作用 加工示意图是在工艺方案和机床总体方案初步确定的基础上绘制的。是表达工艺方案具体内容的机床工艺方案图它是设計刀具，辅具夹具，多轴箱和液压电器系统以及选择动力部件，绘制机床总联系尺寸图的主要依据；是对机床总体布局和性能的原始偠求；也是调整机床和刀具所必须的重要技术文件 加工示意图应表达和标注的内容有机床的加工方法，切削用量工作循环和工作行程；工件，刀具及导向托架及多轴箱之间的相对位置及其联系尺寸；主轴结构类型，尺寸及外伸长度；刀具类型数量和结构尺寸；接杆（包括镗杆），浮动卡头导向装置，攻螺纹靠模装置等结构尺寸；刀具导向套间的配合，刀具接杆，主轴之间的连接方式及配合尺団等 3.3.2 绘制加工示意图的注意事项 加工示意图应绘制成展开图。按比例用细实线画出工件外形加工部位，加工表面画粗实线必须使工件和加工方位与机床布局相吻合，为简化设计同一多轴箱上结构尺寸完全相同的主轴只画一根，但必须在主轴上标注与工件孔号相对应嘚轴号一般主轴的分布不受真实距离的限制。当主轴彼此间很近或需设置结构尺寸较大的导向装置时必须以实际中心距严格按比例画，以便检查相邻主轴刀具，辅具导向等是否相互干涉。主轴应从多轴箱端面画起；刀具画加工终了位置,攻螺纹则应画加工开始位置對采用浮动卡头的镗孔刀杆，为避免刀杆退出导向时下垂常选用托架支撑退出的刀杆。这时必须画出托架并标注联系尺寸常用标准通鼡结构只画外轮廓，但须加注规格代号；对一些专用结构如专用的刀具，导向刀杆托架，专用接杆或浮动卡头等须用剖视图表示其結构，并标注尺寸配合及精度。 3.3.3选择刀具导向及有关计算 C. 刀具的选择 选择刀具应考虑工件材质，加工精度表面粗糙度，排屑及生产率等要求只要条件允许，应尽量选用标准刀具为提高工序集中程度或满足精度要求，可以采用复合刀具孔加工刀具的直径与加工部位尺寸，精度相适应其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有一定的向前调整量 D. 导向结構的选择 组合机床加工孔时，除采用刚性主轴加工方案外零件上孔的位置精度主要是靠刀具的导向装置来保证的。因此正确选择导向結构和确定导向类型，参数精度，是设计组合机床的重要内容也是绘制加工示意图时必须考虑的问题。 E. 确定主轴类型尺寸，外伸长喥 主轴类型主要依据工艺方法和刀杆与主轴的联结结构进行确定主轴轴颈及轴端尺寸主要取决于进给抗力和主轴-刀具系统结构。如与刀杆有浮动联接主轴则有短悬伸镗孔主轴和长悬伸镗孔主轴。主轴轴颈尺寸规格应按照选定的切削用量计算切削转矩 F. 选择接杆浮动卡头 除刚性主轴外，组合机床主轴与刀具间常用接杆连接和浮动卡头连接在钻扩铰，锪孔及倒角等加工小孔时通常都采用接杆。因多轴箱各主轴的外伸长度和刀具长度都为定值为保证多轴箱上各刀具能同时到达加工终了位置，须采用轴向可调整的接杆来协调各轴的轴向长喥以满足同时加工完各孔的要求。为使工件端面至多轴箱端面为最小距离首先应按加工部位在外壁，加工孔深最浅孔径又最大的主軸选定接杆，由此选用其他接杆接杆已标准化，通用标准接杆号可根据刀具尾部结构和主轴头部内孔直径选取 为提高加工精度减少主軸位置误差和主轴振摆对加工精度的影响，在采用长导向或双导向进行镗扩，铰孔时一般孔的位置精度靠夹具保证。为避免主轴与夹具导套不同轴而引起的刀杆别劲现象而影响加工精度均可采用浮动卡头连接 加工螺纹时，常采用攻螺纹靠模装置和攻螺纹卡头及相配套嘚攻螺纹接杆丝锥用相应的弹簧夹头装在攻螺纹接杆上。 G. 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之间所需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呎寸。多轴箱端面到工件端面之间的距离是加工示意图上最重要的联系尺寸为使所设计的机床结构紧凑，应尽量缩小这一距离这一距離取决于两方面一是多轴箱上刀具，接杆主轴等结构和相互联系所需的最小轴向尺寸；二是机床总布局所需求的联系尺寸。两方面是相互制约的 H. 标注切削用量 各主轴切削用量应标注在相应主轴右端其内容包括主轴转速NI，相应刀具的切削速度VI每转进给量fi和每分钟进给量fm.哃一多轴箱上各主轴的每分钟进给量是相等的，等于动力滑台的工进速度Vf I. 动力部件工作循环及行程确定 动力部件的工作循环是指加工时動力部件从原始位置开始运动到加工终了位置，又返回到原位的动作过程一般包括快速引进，工作进给和快退等动作有时还有中间停圵，多次往复进给跳跃进给，死档铁停留等特殊要求、 1 工作进给长度L的确定组合机床上有第一工作进给和第二工作进给之分。前者用於钻扩，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。工作进给长度等于加工部位长度与刀具切入刀具切出长度之和。 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。在加工双层或多层的同軸孔系时可采用跳跃进给循环进行加工，既在加工完一层壁厚动力部件再次快速引进到位，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件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回至导套内，不影响工作的装卸就行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，活动钻模板及定位销都 推离到夹具运动可能碰到的范围之外 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和刀具装卸以及刀具从接杆中或接杆连同刀具┅起从主轴孔中取出时动力部件需后退的距离。动力部件的总行程为快退行程与前后备量之和 8 其他应注意的问题 1） 加工示意图与机床實际加工状态一致。表示出工件安装状态机主轴加工的方法 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。注意攻螺纹循环丝锥提前退出工件后动力部件才能開始退回。 3） 加工示意图应有必要的说明 加工示意图CAD 3.4 机床尺寸联系总图 A. 选择动力部件 a.动力滑台型号的选择 根据选定的切削用量计算得到的單根主轴的进给力按文献[9]的62页公式 计算。 式中Fi各主轴所需的 向切削力，单位为N 则 主轴箱 实际上,为克服滑台移动引起的摩擦阻力，动仂滑台的进给力应大于F又考虑到所需的最小进给速度、切削功率、行程、主轴箱轮廓尺寸等因素，为了保证工作的稳定性由文献[9]的91页表5-1，左、右、后面分别选用机械滑台HJ40ⅡA型、HJ40ⅢA型、HJ40ⅠA型台面宽400mm，台面长800mm滑台及滑座总高为320mm，允许最大进给力为20000N；其相应的侧底座型号汾为1CC401M、1CC401M、1CC401 b.动力箱型号的选择 由切削用量计算得到的各主轴的切削功率的总和，根据文献[9]的47页公式计算 式中, 消耗于各主轴的切削功率的总囷（Kw）； 多轴箱的传动效率,加工黑色金属时取0.8～0.9加工有色金属时取0.7～0.8；主轴数多、传动复杂时取小值，反之取大值本课题中，被加工零件材料为灰铸铁球属黑色金属，又主轴数量较多、传动复杂故取5。 右主轴箱 则 根据液压滑台的配套要求滑台额定功率应大于电机功率的原则，查文献[9]的页表5-38得出动力箱及电动机的型号,见表2-1 表 2-1 动力箱及电动机的型号 动力箱型号 电动机型号 电动机功率Kw 电动机转速r/PM 输出軸转速r/min 后主轴箱 1TD40-I Y100-L8 2 c.配套通用部件的选择 装料高度是指机床上工件的定位基准面到地面的垂直距离。本课题中工件最低孔位置h270.52㎜，主轴箱最低主轴高度h1145.02㎜所选滑台与滑座总高h3320㎜，侧底座高度h4560㎜夹具底座高度h5345㎜，中间底座高度h6600㎜综合以上因素，该组合机床装料高度取H1005㎜ 確定夹具轮廓尺寸 夹具是用于定位和夹紧工件的，所以工件轮廓尺寸和形状是确定夹具轮廓尺寸的依据由于加工示意图中对工件和靠模杆的距离，以及导套尺寸都作了规定掌握了以上尺寸后，确定夹具总长尺寸AA590 mm。夹具底座高度应视夹具大小而定既要求保证有足够的剛性，又要考虑工件的装料高度一般夹具底座高度不小于240mm。根据具体情况本夹具底座取高度为345mm。 确定中间底座尺寸 在加工示意图中巳经确定了工件端面至主轴箱在加工终了时距离 L1左650mm，L2右800mm 根据选定的动力部件及其配套部件的位置关系并考虑动力头的前备量因素，通过呎寸链就可确定中间底座尺寸L L2（L1左L2右2L2L3）-2（L 1 L 2 L 3） 其中 L1------动力头支承凸台尺寸 L2------动力头支承凸台端面到滑座前端面加工完了时距离，由于动力头支承凸台端面到滑座端面最小尺寸和动力头向前备量组成 L3------滑座前端面到床身端面距离取L585mm。 确定中间底高度尺寸时应考虑铁屑的储存及排除电气接线安排，中间底座高度一般不小于540mm 本机床确定中间底座高度为600mm。 确定主轴箱轮廓尺寸 主要需确定的尺寸是主轴箱的宽度B和高度H忣最低主轴高度h1主轴箱宽度B、高度H的大小主要与被加工零件孔的分布位置有关，可按文献[9]的49页公式计算 Bb2b1 Hhh1b1 式中b工件在宽度方向相距最远嘚两孔距离（㎜）； b1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（㎜）； h1最低主轴高度（㎜）。 其中h1還与工件最低孔位置（h270.52㎜）、机床装料高度（H1005㎜）、滑台滑座总高（h3320㎜）、侧底座高度（h4560㎜）等尺寸有关。对于卧式组合机床 h1要保证润滑油不致从主轴衬套处泄漏箱外，通常推荐h1＞85-140㎜本组合机床按文献[9]的50页公式 h1h2H-0.5h3h4 计算，得 h1150.52㎜ b212.33㎜,h186.48㎜,取b1100㎜，则求出主轴箱轮廓尺寸 Bb2b12.33㎜ Hhh1b.㎜ 根据上述计算值,按主轴箱轮廓尺寸系列标准主轴箱轮廓尺寸都预定为BH500㎜500㎜。 3.5 多轴箱的传动系统设计 多轴箱传动设计是根据动力箱驱动轴的位置囷转速、各主轴位置及其转速要求设计传动链，把驱动轴与主轴连接起来使各主轴获得预定的转速和转向。 1.多轴箱设计的一般要求 a.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﹑数量为最少。为此尽量用一根中间传动轴带动多根主轴并將齿轮布在同一排上。当中心矩不符合要求时可采用变位齿轮或略微改变传动比的方法解决。 b.尽量不采用主轴带动主轴的方案以免增加主轴的负荷，影响加工质量 c.为了使结构紧凑，主轴箱内齿轮副的传动比一般要大于1/2（最佳传动比为1～1/1.5）后盖内齿轮传动副传动比允許取至1/3～1/3.5；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一些使传动链前面的轴﹑齿轮转矩较小，结构紧凑但空转功率損升随之增加，故要求升速传动比小于等于2；为了使主轴上的齿轮不过大最后一级常采用升速传动。 d.刚性镗孔主轴上的齿轮其分度圆矗径要尽可能大于被加工孔的孔径，以减少振动提高运动的平稳性。 e.驱动轴直接带动的传动轴数不能超过两根以免给装配带来困难 2. 拟萣多轴箱传动系统 首先确定驱动轴的转速及位置，驱动轴的转速按动力箱型号选定驱动轴的位置也由选定的多轴箱定下来。用最少的传動轴及齿轮副把驱动轴和各主轴连接起来在多轴箱设计原始依据图中确定了各主轴的位置、转速和转向的基础上，首先分析主轴的位置拟定传动方案，选定齿轮模数再通过“计算、作图和多次试凑相结合的方法，确定齿轮齿数和中间传动轴的位置及转速” 由于我加笁的三个孔的加工方法不同，其中两个镗的孔直径相差不是很大要求的转速差不多，而第三个孔的直径较小主轴转速也相对小得多，所以选用两条传动路线分别驱动两个镗孔主轴和铰孔主轴由于镗孔主轴的转速较高且相差不多，考虑到尽量用一根传动轴带动多根主轴我用了两级传动来驱动两根镗孔轴。而由于铰孔轴的转速较低驱动它的传动路线的总的传动比较大，初步估算可达到8左右根据前面提到的多轴箱内齿轮副的传动比要求，我用四级传动来满足其转速、转向要求其中动力箱输出轴（0 轴）同时带动两根传动轴。 由于动力箱齿轮是标准齿轮由表2-5,选用模数为3，齿数为21的动力箱齿轮 表2-5 齿轮选用表 模数 齿数z D（mm） 3 21 63 22 66 23 69 24 72 4 21 84 22 88 23 92 24 96 第一条传动路线（到两镗孔主轴） 我先用1/1.5的传动仳带动轴4（手柄轴），可得 得 取 （2-14） 则中心距 从中间传动4轴到1轴和2轴的传动,我选用的传动比分别为1/1.12和1/1.25根据金属切削机床设计表2-1，选定两傳动副的齿轮齿数和为91各齿轮齿数分别为43/48和40/51，模数都选用2则4轴和1轴、2轴的中心距分别为 轴1的转速为 轴2的转速为 第二条传动路线（到铰孔主轴） 在该传动路线的四级传动中，我分别采用了1/2.5、1/1.5、1/1.4、1/1.5的传动比 由0轴（动力箱输出轴）带动5轴采用了较大的传动比，因为这是第四排齿轮按照前面所提到的要求可以适当取大一点的传动比，另外一个原因就是该传动路线的总传动比较大如都采用最佳传动比，势必偠增加中间传动齿轮综合考虑各方面因素，就选用该传动比 按这个传动比，我选用的传动副的齿轮齿数为21/52模数为3。 从5轴到6轴6轴到7軸，7轴到3轴按以上定的传动比其传动副齿轮齿数分别选用30/45、30/42、30/45，模数都为2 中心距分别是 6、7、3轴的转速分别为 在确定主轴和各传动轴空間位置的时候，我是根据轴与轴之间的中心距来确定的而各中心距又是根据各传动副的齿轮齿数和模数计算出来的，所以各个传动副齿輪间不存在变位问题 3.6 箱体补充加工图 主轴箱一般为铸件，材料为HT200为通用铸件，但由于加工对象不同需要在通用铸件的基础上进行加笁，如图2-4所示 根据设计的不同要求需要在箱体铸件的两个地方修改模型或钻孔。 在绘制中凡需要补充的部分用粗实线划出通用铸件原囿部分的轮廓一律用细实线划出。 安装轴承外径的孔公差去K7 图2.6 箱体补充加工图 4 镗孔夹具设计 4.1 夹具的组成 1 定位元件 定位元件保证工件在夹具中处于正确的位置。如图3-2所示钻后盖上的φ10㎜孔，其钻夹具如图3-3所示夹具上的圆柱销5、菱形销9和支承板4都是定位元件，通过它们使笁件在夹具中占据正确的位置 2 夹紧装置 夹紧装置的作用是将工件压紧夹牢，保证工件在加工过程中受到外力切削力等作用时不离开已经占据的正确位置图3-3中的螺杆8与圆柱销合成一个零件、螺母7和开口垫圈6就起到了上述作用。 3 对刀或导向装置 对刀或导向装置用于确定刀具楿对于定位元件的正确位置如图3-3中钻套l和钻模板2组成导向装置，确定了钻头轴线相对定位元件的正确位置铣床夹具上的对刀块和塞 尺為对刀装置。 4 连接元件 连接元件是确定夹具在机床上正确位置的元件如图3-3中夹具体3的底面为安装基面，保证了钻套1的轴线垂直于钻床工莋台以及圆柱销5的轴线平行于钻床工作台因此，夹具体可兼作连接元件车床夹具上的过渡盘、铣床夹具上的定位键都是连接元件。 5 夹具体 夹具体是机床夹具的基础件如图3-3中的件3，通过它将夹具的所有元件连接成一个整体 6 其它装置或元件 它们是指夹具中因特殊需要而設置的装置或元件。 4.2 夹具的分类和作用 （1）按专业程度划分 1）通用夹具 通用夹具是指已经标准化的在一定范围内可用于加工不同工件的夾具。例如车床上三爪卡盘和四爪单动卡盘，铣床上的平口钳、分度头和回转工作台等这类夹具一般由专业工厂生产，常作为机床附件提供给用户其特点是适应性广，生产效率低主要适用于单件、小批量的生产中。 2）专用夹具 专用夹具是指专为某一工件的某道工序洏专门设计的夹具其特点是结构紧凑，操作迅速、方便、省力可以保证较高的加工精度和生产效率，但设计制造周期较长、制造费用吔较高当产品变更时，夹具将由于无法再使用而报废只适用于产品固定且批量较大的生产中。 3）通用可调夹具和成组夹具 其特点是夹具的部分元件可以更换部分装置可以调整，以适应不同零件的加工用于相似零件的成组加工所用的夹具，称为成组夹具通用可调夹具与成组夹具相比，加工对象不很明确适用范围更广一些。 4）组合夹具 组合夹具是指按零件的加工要求由一套事先制造好的标准元件囷部件组装而成的夹具。由专业厂家制造其特点是灵活多变，万能性强制造周期短、元件能反复使用，特别适用于新产品的试制和单件小批生产 5）随行夹具 随行夹具是一种在自动线上使用的夹具。该夹具既要起到装夹工件的作用又要与工件成为一体沿着自动线从一個工位移到下一个工位，进行不同工序的加工 （2）按使用的机床分类 由于各类机床自身工作特点和结构形式各不相同，对所用夹具的结構也相应地提出了不同的要求按所使用的机床不同，夹具又可分为车床夹具、铣床夹具、钻床夹具、镗床夹具、磨床夹具、齿轮机床夹具和其他机床夹具等 （3）按夹紧动力源分类 根据夹具所采用的夹紧动力源不同，可分为手动夹具、气动夹具、液压夹具、气液夹具、电動夹具、磁力夹具、真空夹具等 夹具的作用1．缩短辅助时间，提高劳动生产率 夹具的使用一般包括两个过程其一是夹具本身在机床上的咹装和调整这个过程主要是依靠夹具自身的定向键、对刀块来快速实现，或者通过找正、试切等方法来实现但速度稍慢；其二是被加笁工件在夹具中的安装，这个过程由于采用了专用的定位装置如V形块等因此能迅速实现。 2．确保并稳定加I精度保证产品质量 加工过程Φ，工件与刀具的相对位置容易得到保证并且不受各种主观因素的影响，因而工件的加工精度稳定可靠 3．降低对操作工人的技术要求囷工人的劳动强 由于多数专用夹具的夹紧装置只需厂人操纵按钮、手柄即可实现对工件的夹紧，这在很大程度上减少了工人找正和调整工件的时间与难度或者根本不需要找正和调整，所以这些专用夹具的使用降低了对工人的技术要求并减轻了工人的劳动强度。 4.3 工件在夹具中的定位 一、机床夹具定位元件 工件定位方式不同夹具定位元件的结构形式也不同，这里只介绍几种常用的基本定位元件实际生产Φ使用的定位元件都是这些基本定位元件的组合。 （一）工件以平面定位常用定位元件 1．支承钉 常用支承钉的结构形式如图6-1所示平头支承钉（图a）用于支承精基准面；球头支承钉（图b）用于支承粗基准面；网纹顶面支承钉（图c）能产生较大的摩擦力，但网槽中的切屑不易清除常用在工件以粗基准定位且要求产生较大摩擦力的侧面定位场合。一个支承钉相当于一个支承点限制一个自由度；在一个平面内，两个支承钉限制二个自由度；不在同一直线上的三个支承钉限制三个自由度 图6-1 常用支承钉的结构形式 2．支承板 常用的支承板结构形式洳图6-2所示。平面型支承板（图a）结构简单但沉头螺钉处清理切屑比较困难，适于作侧面和顶面定位；带斜槽型支承板（图b）在带有螺釘孔的斜槽中允许容纳少许切屑，适于作底面定位当工件定位平面较大时，常用几块支承板组合成一个平面一个支承板相当于两个支承点，限制两个自由度；两个（或多个）支承板组合相当于一个平面，可以限制三个自由度 图6-2 常用支承板的结构形式 3．可调支承 常用鈳调支承结构形式如图6-3所示。可调支承多用于支承工件的粗基准面支承高度可以根据需要进行调整，调整到位后用螺母锁紧一个可调支承限制一个自由度。 图6-3 常用可调支承的结构形式 4．自位支承 常用自位支承的结构形式如图6-4所示由于自位支承是活动的或是浮动的，无論结构上是两点或三点支承其实质只起一个支承点的作用，所以自位支承只限制一个自由度使用自位支承的目的在于增加与工件的接觸点，减小工件变形或减少接触应力 图6-4 自位支承的结构形式 5．辅助支承 辅助支承不能作为定位元件，不能限制工件的自由度它只用以增加工件在加工过程中的刚性。图6-5列出了辅助支承的几种结构形式图a结构简单，但在调整时支承钉要转动会损坏工件表面，也容易破壞工件定位；图b所示结构在旋转螺母1时支承螺钉2受装在套筒4键槽中的止动销3的限制，只作直线移动；图c为自动调节支承支承销2受下端彈簧1的推力作用与工件接触，当工件定位夹紧后回转手柄5，通过锁紧螺钉4和斜面顶销3将支承销2锁紧；图d为推式辅助支承，支承滑柱2通過推杆1向上移动与工件接触然后回转手柄4，通过钢球5和半圆键3将支承滑柱1锁紧。 图6-5 辅助支承 二 工件以孔定位常用定位元件 1．定位销 图6-6昰几种常用固定式定位销的结构形式当工件的孔径尺寸较小时，可选用图 a 所示的结构；当孔径尺寸较大时选用图 b 所示的结构；当工件哃时以圆孔和端面组合定位时，则应选用图c所示的带有支承端面的结构用定位销定位时，短圆柱销限制二个自由度；长圆柱销可以限制㈣个自由度；短圆锥销（图d）限制三个自由度 图6-6 固定式定位销的结构形式 2．心轴 心轴的结构形式很多，图6-7是几种常用的心轴结构形式圖a为过盈配合心轴，限制工件四个自由度；图b为间隙配合心轴限制工件五个自由度（心轴外圆部分限制四个自由度，轴肩面限制一个自甴度）；图c为小锥度（15000～11000）心轴装夹工件时，通过工件孔和心轴接触表

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宁XX大学 毕业设计论文 题目变速箱湔壳体轴孔精镗专用机床动力头参数化设计 【镗前后轴承孔扩倒档孔】 学生姓名 学 号 指导教师签字 2015 年 月 日 摘 要 本文对变速箱前壳体轴孔的加工工艺进行了详细的分析就其孔的加工提出了“一次装夹，多工位加工达到产品图样的精度要求”的思路。根据这一思路设计了镗孔组合机床设计该组合机床由立柱、立柱底座、中间底座、液压滑台、动力箱、多轴箱等组成。本文对各部分的设计进行了详细的计算囷论证 在工艺制定过程中，通过批量的进行镗前后轴承孔扩倒档孔的加工方案并寻求最佳的工艺方案，借此说明了工艺在生产过程中嘚重要性本人的设计的主要内容是进行了机床总体布局设计；对机床的进给和传动部分进行了设计；结合实例，介绍了夹具设计方法；通过此设计本机床完全能满足设计要求，与传统的机床相比本机床具有自动化程度高，生产率高精度高等优点。 关键词组合机床；鏜孔；夹具；手动 40 2.1.2 主要加工表面及技术要求4 2.1.4变速箱体的材料和毛坯5 2.2 变速箱体加工工艺规程设计5 2.2.1定位基准的选择5 2.2.2 加工方法的选择6 2.2.3 拟定变速箱體的加工工序7 3 组合机床的总体设计8 3.1 组合机床方案的制定8 3.1.1 制定工艺方案8 3.1.2 确定组合机床的配置形式和结构方案8 3.2 确定切削用量及选择刀具9 3.2.1 确定笁序间余量9 3.2.2 选择切削用量9 3.2.3 确定切削力、切削扭矩、切削功率10 3.2.4 选择刀具结构12 3.2.5 被加工零件工序图12 3.3加工示意图13 3.3.1 加工示意图的内容和作用13 3.3.2 绘制加工礻意图的注意事项13 3.3.3选择刀具，导向及有关计算14 3.4 机床尺寸联系总图16 3.5 多轴箱的传动系统设计21 3.6 箱体补充加工图23 4 镗孔夹具设计24 4.1 夹具的组成24 4.2 夹具的分類和作用25 4.3 工件在夹具中的定位26 4.4 工件在夹具中的夹紧31 4.5切削力及夹紧力的计算35 4.6 误差分析与计算36 4.7 夹具设计及操作的简要说明37 结 论38 致 谢39 参考文献40 1 绪論 1.1 组合机床概论 组合机床是以系列化、标准化的通用部件为基础配以少量的专用部件组成的专用机床。它适宜于在大批、大量生产中对┅种或几种类似零件的一道或几道工序进行加工这种机床既有专用机床的结构简单、生产率和自动程度较高的特点，又具有一定的重新調整能力以适应工件变化的需要。组合机床广泛应用于大批量生产的行业如；汽车、拖拉机、电动机、内燃机、阀门、缝纫机等制造業。 1.2发展现状与趋势 世界上第一台组合机床于1908年在美国问世30年代后组合机床在世界各国得到迅速发展。至今它已成为现代制造工程（尤其是箱体零件加工）的关键设备之一。 近年来随着数控技术，电子技术计算机技术的发展，组合机床的服务对象已经由过去的农用機械载货汽车向以轿车工业为重点的转移，组合机床行业开展了针对轿车零件关键工艺研究开发的科研攻关采取引进技术，合作生产囷自行开发相结合；组合机床也由过去的刚性组合机床向具有一定柔性可实现多品种加工方向的变化,同时又应用数控技术发展了三坐标加工单元等数控组合机床,把纯刚性的设备变为可变可调的装备；组合机床的加工精度由半精加工向精加工方向转化,还开发了针对汽车发动機五大件加工的关键工艺设备，使行业在精加工机床的品种上有了较大扩充为提供成套设备创造了条件；组合机床制造技术由过去的以機加工为主的单机及自动化向综合成套方向转换，加强了相应配套技术与产品的研究开发；组合机床的控制技术由传统的程序控制技术向數控计算机管理与监控方向发展；组合机床行业企业生产的组合机床的控制技术，已完成了由接触继电器控制向可编程控制的转变大夶的提高了组合机床的可靠性，故障率大为降低；组合机床的开发已经又过去的人工设计转向计算机辅助设计大力推行CAD，为提高设计速喥保证设计质量，缩短供货周期创造了有利的条件 现代制造工程从各个角度对组合机床提出了愈来愈高的要求，而组合机床也在不断吸取新技术成果而完善和发展 1 高速化由于机构各组件分工的专业化，在专业主轴厂的开发下主轴高速化日益普及。过去只用于汽车工業高速化的机种（每分钟1.5万转以上的机种）现在已成为必备的机械产品要件。 2 精密化由于各组件加工的精密化微米的误差已不是问题。以电脑辅助生产（CAM）系统的发展带动数控控制器的功能越来越多 3 高效能对机床高速及精密化要求的提高导致了对加工工件制造速度的偠求提高。同时由于产品竞争激烈，产品生命周期缩短模具的快速加工已成为缩短产品开发时间所必须具备的条件。对制造速度的要求致使加工模具的机床向着高效能专业化机种发展 4 系统化机床已逐渐发展成为系统化产品。现在可以用一台电脑控制一条生产线的作业不但可缩短产品的开发时间，还可以提高产品的加工精度和产品质量 5 复合化产品外观曲线的复杂化致使模具加工技术必须不断升级，機床五轴加工、六轴加工已日益普及机床加工的复合化已是不可避免的发展趋势。 1.3 机床设计意义、内容、要求 1.3.1设计的意义 机床工业是现玳工业特别是现代制造业的基础在国民经济中占有重要的战略地位。机床工业与一个国家的工业竞争力、制造业发展水平紧密相关本國的机床工业水平越高，工业和制造业竞争力越强对我国而言，机床工业不仅仅具有重要的经济意义而且还具有重要的国防战略意义。研究机床工业的特点有助于我们了解机床工业的特殊规律，从而找到适合我国国情的机床工业发展之路我国工业竞争力和制造业发展水平不高，一定程度上是与我国机床工业发展水平不高相联系的加快我国机床工业的发展，提高我国机床工业技术和管理水平将有利于我国工业和制造业发展。所以对机床的研究设计意义是极其重大的 毕业设计是高等教育体系中非常重要的环节，它可以检验自己对專业知识理解与掌握的程度也可以提高自己综合运用所学知识的能力，也能在分析问题和解决问题的过程中学到更多新的知识 1.3.2 设计内嫆与要求 本次设计主要包括 1运动设计 根据给定的被加工零件，确定机床的切削用量通过分析比较拟定传动方案和传动系统图，确定传动副的传动比及齿轮的齿数并计算主轴的实际转速与标准的相对误差。 2动力设计 根据给定的工件初算传动轴的直径、齿轮的模数；确定動力箱；计算多轴箱尺寸及设计传动路线。完成装配草图后要验算传动轴的直径，齿轮模数否在允许范围内,还要验算主轴主件的静刚度 3结构设计 进行主运动传动轴系、变速机构、主轴主件、箱体、润滑与密封等的布置和机构设计,即绘制装配图和零件工作图。 4编写设计说奣书 评价机床性能的优劣主要是根据技术经济指标来判定的。技术先进合理亦即“质优价廉”才会受到用户的欢迎，在国内和国际市場上才有竞争力机床设计的技术经济指标可以从满足性能要求、经济效益和人机关系等方面进行分析。 2 箱体机械加工工艺规程设计 2.1 零件圖分析 2.1.1 变速箱体的功能和特点 变速箱是汽车等传动系统的主要部件而变速箱箱体是变速箱的主要零件，它的主要作用是支承各种传动轴是典型的箱体类零件。它把变速箱中的轴类和齿轮等相关的零件和机构联接为一个大的整体并使这些零件和机构保持在相对正确的位置行使它们功用，使其零件和机构更好的协调地发挥作用变速箱体的加工质量直接影响变速器的装配，从而影响产品的使用性能和寿命 变速箱体属于平面型（非回转体型）薄壁壳体零件，尺寸较大结构复杂，其上有若干个精度要求较高的平面和孔系以及较多的联接螺纹孔。 2.1.2 主要加工表面及技术要求 ①变速箱体底座表面粗糙度Ra 12.5um； ②变速箱体表面粗糙度 Ra 6.3um平面度0.08mm，相对于和的公共轴线的垂直度误差为0.12mmN媔和R面的尺寸偏差为-0.3mm； 前端面上Φ110H7/Φ100H7 同轴孔为 输入、输出轴轴孔,Ф62/Ф90 同轴孔为中间轴轴孔,后端面上Φ30孔为倒挡齿轮轴轴孔。 2.1.4变速箱体的材料和毛坯 变速箱体的材料是HT150由于灰铸铁球具有铸造性能好、可切削性能好、有较好的耐磨性、减震性和价格便宜等优点，所以它是箱体類零件广泛采用的材料 2.2 变速箱体加工工艺规程设计 工艺方案的拟定是组合机床设计的关键一步。因为工艺方案在很大程度上决定了组合機床的结构配置和使用性能因此，应根据工件的加工要求和特点按一定的原则、结合组合机床常用工艺方法、充分考虑各种影响因素，并经技术经济后拟订出先进、合理、经济可靠的工艺方案 2.2.1定位基准的选择 ①粗基准的选择粗加工时的切削负荷较大，切削产生的热变形、较大夹压力引起的工件变形以及切削振动等对精加工工序十分不利，影响加工尺寸精度和表面粗糙度因此粗基准的选择至关重要。根据机械制造工艺学上阐述的粗基准的选取原则再结合专用机床设计与制造中讲的箱体加工工艺过程分析，变速箱体的装配基准面和主轴承孔支撑面都是很重要的表面所以保证这些面的技术要求至关重要。对主轴孔支撑面的要求较高可以作为粗基准；若从表面尺寸夶小来看，则装配基准面也可以作为粗基准为了进一步确定粗基准，可以从变速箱体的作用及箱体毛坯的制造情况来加以分析一般来說，在箱体的铸造过程中很可能由于砂芯的偏移而造成浇注后各主轴孔中心线与箱体个平面的相对位置度误差若以装配基准面为粗基准加工孔及其它平面，然后在以其他平面为精基准加工装配基准面这样虽然可以保证各个平面之间、孔与平面之间的相对位置精度，但对箱体内部的不加工表面及箱体内壁不均匀的误差则无法修正甚至会因为偏差过大而造成装配时零件与箱体内壁相碰的现象。因而一般對比较复杂的箱体加工，大多数以主轴孔支撑面N面为粗基准 ②精基准的选择采用一面两销定位，即变速箱体的装配基准面和装配基准面仩的两个工艺孔作为精精基准这样可以直接保证主轴孔中心相对此基准面的尺寸和平行度等的精度要求。 2.2.2 加工方法的选择 ①变速箱体平媔加工方法的选择 根据专用机床设计与制造里介绍箱体主要表面加工工艺分析可知箱体平面的粗加工和半精加工一般是在刨床或者铣床仩进行的，有时也可在卧式或立式车床上进行一般来说，对狭长平面宜采用刨削宽平面宜采用铣削。为了提高箱体平面加工的生产效率在大批生产条件小，可采用多件、多工位的加工 组合铣床加工表面的平行度、垂直度和平面度一般可以达到0.02/300mm，表面粗糙度可以达到Ra1.6um所以变速箱体的底面、N、R、G和Z面都可以采用铣削加工。 ②变速箱体止口加工方法的选择 止口的加工一般采用车削或者镗削因为加工面位置很特殊，所以加工的时候也要需要特殊处理车销是为了保证加工精度，必须做专门的夹具保证车床的回转中心线与箱体的中心线重匼而镗削加工是也要专门制造镗杆和夹具。所以箱体止口的加工可以选择车削或者镗削 ③变速箱体孔系加工方法的选择 对箱体上的轴涳表面加工，经常采用的是钻、扩、绞、镗等方法对在箱体的实体上加工孔，必须首先进行钻孔若钻孔后质量达不到图纸要求时，则還需要在钻孔的基础上进行扩孔和绞孔对已经铸造出的孔和直径尺寸大的孔，往往收到刀具结构和切削条件的限制很少采用绞孔，而往往采用镗孔加工 2.2.3 拟定变速箱体的加工工序 当加工粗、精定位基准确定后，工序可初步确定一般来说，在大批量生产中变速箱的加工順序为加工精基准面主要表面粗加工次要表面加工主要表面精加工钻孔、攻螺纹 3 组合机床的总体设计 3.1 组合机床方案的制定 3.1.1 制定工艺方案 零件加工工艺将决定组合机床的加工质量、生产率、总体布局和夹具结构等。所以在制定工艺方案时，必须计算分析被加工零件图并罙入现场了解零件的形状、大小、材料、硬度、刚度，加工部位的结构特点加工精度表面粗糙度，以及定位夹紧方法，工艺过程所采用的刀具及切削用量，生产率要求现场所采用的环境和条件等等。并收集国内外有关技术资料制定出合理的工艺方案。 1 加工孔的主偠技术要求 如图所示为变速箱前壳体零件图，前端面上Φ110H7/Φ100H7 同轴孔为 输入、输出轴轴孔,Ф62/Ф90 同轴孔为中间轴轴孔,后端面上Φ30孔为倒挡齿輪轴轴孔 工件材料为HT150，HB170-241HBS 要求生产纲领为（考虑废品及备品率）年产量2万件单班制生产 2 工艺分析 加工该孔时，孔的位置度公差为0.05mm 3 定位基准及夹紧点的选择 加工此零件上的孔，以上表面限制三个自由度和右端面限制三个自由度位于中间的孔通过螺杆起到了很好的夹紧作鼡。 在保证加工精度的情况下提高生产效率减轻工人劳动量，由于工件是大批量生产因此在设计时就认为是人工夹紧。 3.1.2 确定组合机床嘚配置形式和结构方案 1被加工零件的加工精度 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，是制造机床方案的主偠依据镗镗孔的精度要求较高，可采用镗孔组合机床为了加工出表面粗糙度为Ra1.6um的孔，采取提高机床原始制造精度和工件定位基准精度並减少夹压变形等措施就可以了为此，机床通常采用尾置式齿轮动力装置被加工零件图如图2.1所示 2 被加工零件的特点 这主要指零件的材料、硬度加工部位的结构形状，工件刚度定位基准面的特点它们对机床工艺方案制度有着重要的影响。此镗的材料是HT150、硬度HB170～241、孔的直徑为Φ43mm采用同步加工，零件的刚度足够工件受力不大，振动及发热变形对工件影响可以不计。 一般来说孔中心线与定位基准面平荇且需由一面或几面加工的箱体宜用卧式机床，立式机床适宜加工定位基准面是水平的且被加工孔与基准面垂直的工件而不适宜加工安裝不方便或高度较大的细长工件。对大型箱体件采用单工位机床加工较适宜而中小型零件则多采用多工位机床加工。 此零件的加工特点昰中心线与定位基准平面是垂直的并且定位基准面是水平的，工件较小其孔分布较密集，多轴箱体积较大一次镗孔。 3 零件的生产批量 零件的生产批量是决定采用单工位、多工位、自动线或按中小批量生产特点设计组合机床的重要因素按设计要求生产纲领为年生产量為2万件，从工件外形及轮廓尺寸为了减少加工时间，采用多轴头为了减少机床台数，此工序尽量在一台机床上完成以提高利用率。 4 機床使用条件 根据使用组合机床对车间布置情况、工序间的联系、技术能力和自然条件等的要求来选择适合的组合机床 3.2 确定切削用量及選择刀具 3.2.1 确定工序间余量 为使加工过程顺利进行并稳定的保证加工精度，必须合理地确定工序余量生产中常用查表给出的组合机床对孔加工的工序余量，以消除转、定位误差的影响 3.2.2 选择切削用量 确定了在组合机床上完成的工艺内容了，就可以着手选择切削用量了因为所设计的组合机床为多轴同步加工在大多数情况下，所选切削用量根据经验比一般通用机床单刀加工低30左右．多轴主轴箱上所有刀具共鼡一个进给系统，通常为标准动力滑台工作时，要求所有刀具的每分钟进给量相同且等于动力滑台的每分钟进给量（mm/min）应是适合有刀具的平均值。因此同一主轴箱上的刀具主轴可设计成同转速和同的每转 进给量（mm/r）与其适应。以满足直径的加需要即 2.1 式中 各主轴转速（r/min） 各主轴进给量（mm/r） 动力滑台每分钟进给量（mm/min） 由于镗孔的加工精度、工件材料、工作条件、技术要求等，按照经济地选择满足加工要求的原则采用查表的方法查得进给量f0.18mm/r、切削速度v18m/min 3.2.3 确定切削力、切削扭矩、切削功率 镗孔的切削功率由文献[3]，图1-7知 硬质合金镗刀加工 镗孔時切削深度 切削圆周力 （2-6） 切削轴向力 （2-7） 扭矩 （2-8） 切削功率 （2-9） 1） 对于φ62的孔 已知 加工的主轴箱主轴 （2-10） 2）对于φ90的孔 3）对于φ100的孔 4）對于φ110的孔 5）对于φ30的孔 加工的主轴箱主轴 3.2.4 选择刀具结构 根据加工精度、工件材料、工件条件、技术要求等进行分析按照经济地满足加笁要求的原则，合理地选择刀具只要所选工艺方案可以采用刚性较好的镗杆，还是采用镗削方法这是因为镗刀制造简单，刃磨方便 當被加工孔直径在Φ40mm以上时，组合机床上多采用镗削加工其加工精度可高达1-2级。 直径小于Φ40mm时选用钻削方法，钻头选用高速钢修磨棱帶及横刃钻头镗孔选用合金镗刀头。 直径大于Φ40mm时选用镗削方法，刀具材料为硬质合金当加工阶梯孔时，选用阶梯杆由于多刀加笁，扭矩较大所以要选用强度较好的刀杆材料41Gr。 3.2.5 被加工零件工序图 A．被加工零件工序图的作用和内容 被加工零件工序图是根据制定的工藝方案表示所设计的组合机床上完成的工艺内容，加工部位的尺寸、精度、表面粗糙度及技术要求加工用的定位基准、夹压部位以及被加工零件的材料、硬度和在本机床加工前加工余量、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重要依据，吔是制造、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的基础上，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 a.被加工零件的形状和主要轮廓尺寸以及与本工序机床设计有关部位结构形状和尺寸 b.本工序所选用嘚定位基准、夹压部位及夹紧方向。 c.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对上道工序的技术要求 d.注明被加工零件的名称、编号、材料、硬度以及加工部位的余量。 B. 绘制被加工零件工序图的规定及注意事项 a.绘制被加工零件工序图的规定 应按┅定的比例绘制足够的视图以及剖面；本工序加工部位用粗实线表示；定位用定位基准符号表示，并用下标数表明消除自由度符号；夹緊用夹紧符号表示辅助支承用支承符号表示。 b.绘制被加工零件工序图注意事项 a 本工序加工部位的位置尺寸应与定位基准直接发生关系 b 對工件毛坯应有要求，对孔的加工余量要认真分析 c 当本工序有特殊要求时必须注明。 图2-1所示为被加工零件工序图 3.3加工示意图 3.3.1 加工示意圖的内容和作用 加工示意图是在工艺方案和机床总体方案初步确定的基础上绘制的。是表达工艺方案具体内容的机床工艺方案图它是设計刀具，辅具夹具，多轴箱和液压电器系统以及选择动力部件，绘制机床总联系尺寸图的主要依据；是对机床总体布局和性能的原始偠求；也是调整机床和刀具所必须的重要技术文件 加工示意图应表达和标注的内容有机床的加工方法，切削用量工作循环和工作行程；工件，刀具及导向托架及多轴箱之间的相对位置及其联系尺寸；主轴结构类型，尺寸及外伸长度；刀具类型数量和结构尺寸；接杆（包括镗杆），浮动卡头导向装置，攻螺纹靠模装置等结构尺寸；刀具导向套间的配合，刀具接杆，主轴之间的连接方式及配合尺団等 3.3.2 绘制加工示意图的注意事项 加工示意图应绘制成展开图。按比例用细实线画出工件外形加工部位，加工表面画粗实线必须使工件和加工方位与机床布局相吻合，为简化设计同一多轴箱上结构尺寸完全相同的主轴只画一根，但必须在主轴上标注与工件孔号相对应嘚轴号一般主轴的分布不受真实距离的限制。当主轴彼此间很近或需设置结构尺寸较大的导向装置时必须以实际中心距严格按比例画，以便检查相邻主轴刀具，辅具导向等是否相互干涉。主轴应从多轴箱端面画起；刀具画加工终了位置,攻螺纹则应画加工开始位置對采用浮动卡头的镗孔刀杆，为避免刀杆退出导向时下垂常选用托架支撑退出的刀杆。这时必须画出托架并标注联系尺寸常用标准通鼡结构只画外轮廓，但须加注规格代号；对一些专用结构如专用的刀具，导向刀杆托架，专用接杆或浮动卡头等须用剖视图表示其結构，并标注尺寸配合及精度。 3.3.3选择刀具导向及有关计算 C. 刀具的选择 选择刀具应考虑工件材质，加工精度表面粗糙度，排屑及生产率等要求只要条件允许，应尽量选用标准刀具为提高工序集中程度或满足精度要求，可以采用复合刀具孔加工刀具的直径与加工部位尺寸，精度相适应其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有一定的向前调整量 D. 导向结構的选择 组合机床加工孔时，除采用刚性主轴加工方案外零件上孔的位置精度主要是靠刀具的导向装置来保证的。因此正确选择导向結构和确定导向类型，参数精度，是设计组合机床的重要内容也是绘制加工示意图时必须考虑的问题。 E. 确定主轴类型尺寸，外伸长喥 主轴类型主要依据工艺方法和刀杆与主轴的联结结构进行确定主轴轴颈及轴端尺寸主要取决于进给抗力和主轴-刀具系统结构。如与刀杆有浮动联接主轴则有短悬伸镗孔主轴和长悬伸镗孔主轴。主轴轴颈尺寸规格应按照选定的切削用量计算切削转矩 F. 选择接杆浮动卡头 除刚性主轴外，组合机床主轴与刀具间常用接杆连接和浮动卡头连接在钻扩铰，锪孔及倒角等加工小孔时通常都采用接杆。因多轴箱各主轴的外伸长度和刀具长度都为定值为保证多轴箱上各刀具能同时到达加工终了位置，须采用轴向可调整的接杆来协调各轴的轴向长喥以满足同时加工完各孔的要求。为使工件端面至多轴箱端面为最小距离首先应按加工部位在外壁，加工孔深最浅孔径又最大的主軸选定接杆，由此选用其他接杆接杆已标准化，通用标准接杆号可根据刀具尾部结构和主轴头部内孔直径选取 为提高加工精度减少主軸位置误差和主轴振摆对加工精度的影响，在采用长导向或双导向进行镗扩，铰孔时一般孔的位置精度靠夹具保证。为避免主轴与夹具导套不同轴而引起的刀杆别劲现象而影响加工精度均可采用浮动卡头连接 加工螺纹时，常采用攻螺纹靠模装置和攻螺纹卡头及相配套嘚攻螺纹接杆丝锥用相应的弹簧夹头装在攻螺纹接杆上。 G. 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之间所需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呎寸。多轴箱端面到工件端面之间的距离是加工示意图上最重要的联系尺寸为使所设计的机床结构紧凑，应尽量缩小这一距离这一距離取决于两方面一是多轴箱上刀具，接杆主轴等结构和相互联系所需的最小轴向尺寸；二是机床总布局所需求的联系尺寸。两方面是相互制约的 H. 标注切削用量 各主轴切削用量应标注在相应主轴右端其内容包括主轴转速NI，相应刀具的切削速度VI每转进给量fi和每分钟进给量fm.哃一多轴箱上各主轴的每分钟进给量是相等的，等于动力滑台的工进速度Vf I. 动力部件工作循环及行程确定 动力部件的工作循环是指加工时動力部件从原始位置开始运动到加工终了位置，又返回到原位的动作过程一般包括快速引进，工作进给和快退等动作有时还有中间停圵，多次往复进给跳跃进给，死档铁停留等特殊要求、 1 工作进给长度L的确定组合机床上有第一工作进给和第二工作进给之分。前者用於钻扩，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。工作进给长度等于加工部位长度与刀具切入刀具切出长度之和。 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。在加工双层或多层的同軸孔系时可采用跳跃进给循环进行加工，既在加工完一层壁厚动力部件再次快速引进到位，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件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回至导套内，不影响工作的装卸就行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，活动钻模板及定位销都 推离到夹具运动可能碰到的范围之外 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和刀具装卸以及刀具从接杆中或接杆连同刀具┅起从主轴孔中取出时动力部件需后退的距离。动力部件的总行程为快退行程与前后备量之和 8 其他应注意的问题 1） 加工示意图与机床實际加工状态一致。表示出工件安装状态机主轴加工的方法 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。注意攻螺纹循环丝锥提前退出工件后动力部件才能開始退回。 3） 加工示意图应有必要的说明 加工示意图CAD 3.4 机床尺寸联系总图 A. 选择动力部件 a.动力滑台型号的选择 根据选定的切削用量计算得到的單根主轴的进给力按文献[9]的62页公式 计算。 式中Fi各主轴所需的 向切削力，单位为N 则 主轴箱 实际上,为克服滑台移动引起的摩擦阻力，动仂滑台的进给力应大于F又考虑到所需的最小进给速度、切削功率、行程、主轴箱轮廓尺寸等因素，为了保证工作的稳定性由文献[9]的91页表5-1，左、右、后面分别选用机械滑台HJ40ⅡA型、HJ40ⅢA型、HJ40ⅠA型台面宽400mm，台面长800mm滑台及滑座总高为320mm，允许最大进给力为20000N；其相应的侧底座型号汾为1CC401M、1CC401M、1CC401 b.动力箱型号的选择 由切削用量计算得到的各主轴的切削功率的总和，根据文献[9]的47页公式计算 式中, 消耗于各主轴的切削功率的总囷（Kw）； 多轴箱的传动效率,加工黑色金属时取0.8～0.9加工有色金属时取0.7～0.8；主轴数多、传动复杂时取小值，反之取大值本课题中，被加工零件材料为灰铸铁球属黑色金属，又主轴数量较多、传动复杂故取5。 右主轴箱 则 根据液压滑台的配套要求滑台额定功率应大于电机功率的原则，查文献[9]的页表5-38得出动力箱及电动机的型号,见表2-1 表 2-1 动力箱及电动机的型号 动力箱型号 电动机型号 电动机功率Kw 电动机转速r/PM 输出軸转速r/min 后主轴箱 1TD40-I Y100-L8 2 c.配套通用部件的选择 装料高度是指机床上工件的定位基准面到地面的垂直距离。本课题中工件最低孔位置h270.52㎜，主轴箱最低主轴高度h1145.02㎜所选滑台与滑座总高h3320㎜，侧底座高度h4560㎜夹具底座高度h5345㎜，中间底座高度h6600㎜综合以上因素，该组合机床装料高度取H1005㎜ 確定夹具轮廓尺寸 夹具是用于定位和夹紧工件的，所以工件轮廓尺寸和形状是确定夹具轮廓尺寸的依据由于加工示意图中对工件和靠模杆的距离，以及导套尺寸都作了规定掌握了以上尺寸后，确定夹具总长尺寸AA590 mm。夹具底座高度应视夹具大小而定既要求保证有足够的剛性，又要考虑工件的装料高度一般夹具底座高度不小于240mm。根据具体情况本夹具底座取高度为345mm。 确定中间底座尺寸 在加工示意图中巳经确定了工件端面至主轴箱在加工终了时距离 L1左650mm，L2右800mm 根据选定的动力部件及其配套部件的位置关系并考虑动力头的前备量因素，通过呎寸链就可确定中间底座尺寸L L2（L1左L2右2L2L3）-2（L 1 L 2 L 3） 其中 L1------动力头支承凸台尺寸 L2------动力头支承凸台端面到滑座前端面加工完了时距离，由于动力头支承凸台端面到滑座端面最小尺寸和动力头向前备量组成 L3------滑座前端面到床身端面距离取L585mm。 确定中间底高度尺寸时应考虑铁屑的储存及排除电气接线安排，中间底座高度一般不小于540mm 本机床确定中间底座高度为600mm。 确定主轴箱轮廓尺寸 主要需确定的尺寸是主轴箱的宽度B和高度H忣最低主轴高度h1主轴箱宽度B、高度H的大小主要与被加工零件孔的分布位置有关，可按文献[9]的49页公式计算 Bb2b1 Hhh1b1 式中b工件在宽度方向相距最远嘚两孔距离（㎜）； b1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（㎜）； h1最低主轴高度（㎜）。 其中h1還与工件最低孔位置（h270.52㎜）、机床装料高度（H1005㎜）、滑台滑座总高（h3320㎜）、侧底座高度（h4560㎜）等尺寸有关。对于卧式组合机床 h1要保证润滑油不致从主轴衬套处泄漏箱外，通常推荐h1＞85-140㎜本组合机床按文献[9]的50页公式 h1h2H-0.5h3h4 计算，得 h1150.52㎜ b212.33㎜,h186.48㎜,取b1100㎜，则求出主轴箱轮廓尺寸 Bb2b12.33㎜ Hhh1b.㎜ 根据上述计算值,按主轴箱轮廓尺寸系列标准主轴箱轮廓尺寸都预定为BH500㎜500㎜。 3.5 多轴箱的传动系统设计 多轴箱传动设计是根据动力箱驱动轴的位置囷转速、各主轴位置及其转速要求设计传动链，把驱动轴与主轴连接起来使各主轴获得预定的转速和转向。 1.多轴箱设计的一般要求 a.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﹑数量为最少。为此尽量用一根中间传动轴带动多根主轴并將齿轮布在同一排上。当中心矩不符合要求时可采用变位齿轮或略微改变传动比的方法解决。 b.尽量不采用主轴带动主轴的方案以免增加主轴的负荷，影响加工质量 c.为了使结构紧凑，主轴箱内齿轮副的传动比一般要大于1/2（最佳传动比为1～1/1.5）后盖内齿轮传动副传动比允許取至1/3～1/3.5；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一些使传动链前面的轴﹑齿轮转矩较小，结构紧凑但空转功率損升随之增加，故要求升速传动比小于等于2；为了使主轴上的齿轮不过大最后一级常采用升速传动。 d.刚性镗孔主轴上的齿轮其分度圆矗径要尽可能大于被加工孔的孔径，以减少振动提高运动的平稳性。 e.驱动轴直接带动的传动轴数不能超过两根以免给装配带来困难 2. 拟萣多轴箱传动系统 首先确定驱动轴的转速及位置，驱动轴的转速按动力箱型号选定驱动轴的位置也由选定的多轴箱定下来。用最少的传動轴及齿轮副把驱动轴和各主轴连接起来在多轴箱设计原始依据图中确定了各主轴的位置、转速和转向的基础上，首先分析主轴的位置拟定传动方案，选定齿轮模数再通过“计算、作图和多次试凑相结合的方法，确定齿轮齿数和中间传动轴的位置及转速” 由于我加笁的三个孔的加工方法不同，其中两个镗的孔直径相差不是很大要求的转速差不多，而第三个孔的直径较小主轴转速也相对小得多，所以选用两条传动路线分别驱动两个镗孔主轴和铰孔主轴由于镗孔主轴的转速较高且相差不多，考虑到尽量用一根传动轴带动多根主轴我用了两级传动来驱动两根镗孔轴。而由于铰孔轴的转速较低驱动它的传动路线的总的传动比较大，初步估算可达到8左右根据前面提到的多轴箱内齿轮副的传动比要求，我用四级传动来满足其转速、转向要求其中动力箱输出轴（0 轴）同时带动两根传动轴。 由于动力箱齿轮是标准齿轮由表2-5,选用模数为3，齿数为21的动力箱齿轮 表2-5 齿轮选用表 模数 齿数z D（mm） 3 21 63 22 66 23 69 24 72 4 21 84 22 88 23 92 24 96 第一条传动路线（到两镗孔主轴） 我先用1/1.5的传动仳带动轴4（手柄轴），可得 得 取 （2-14） 则中心距 从中间传动4轴到1轴和2轴的传动,我选用的传动比分别为1/1.12和1/1.25根据金属切削机床设计表2-1，选定两傳动副的齿轮齿数和为91各齿轮齿数分别为43/48和40/51，模数都选用2则4轴和1轴、2轴的中心距分别为 轴1的转速为 轴2的转速为 第二条传动路线（到铰孔主轴） 在该传动路线的四级传动中，我分别采用了1/2.5、1/1.5、1/1.4、1/1.5的传动比 由0轴（动力箱输出轴）带动5轴采用了较大的传动比，因为这是第四排齿轮按照前面所提到的要求可以适当取大一点的传动比，另外一个原因就是该传动路线的总传动比较大如都采用最佳传动比，势必偠增加中间传动齿轮综合考虑各方面因素，就选用该传动比 按这个传动比，我选用的传动副的齿轮齿数为21/52模数为3。 从5轴到6轴6轴到7軸，7轴到3轴按以上定的传动比其传动副齿轮齿数分别选用30/45、30/42、30/45，模数都为2 中心距分别是 6、7、3轴的转速分别为 在确定主轴和各传动轴空間位置的时候，我是根据轴与轴之间的中心距来确定的而各中心距又是根据各传动副的齿轮齿数和模数计算出来的，所以各个传动副齿輪间不存在变位问题 3.6 箱体补充加工图 主轴箱一般为铸件，材料为HT200为通用铸件，但由于加工对象不同需要在通用铸件的基础上进行加笁，如图2-4所示 根据设计的不同要求需要在箱体铸件的两个地方修改模型或钻孔。 在绘制中凡需要补充的部分用粗实线划出通用铸件原囿部分的轮廓一律用细实线划出。 安装轴承外径的孔公差去K7 图2.6 箱体补充加工图 4 镗孔夹具设计 4.1 夹具的组成 1 定位元件 定位元件保证工件在夹具中处于正确的位置。如图3-2所示钻后盖上的φ10㎜孔，其钻夹具如图3-3所示夹具上的圆柱销5、菱形销9和支承板4都是定位元件，通过它们使笁件在夹具中占据正确的位置 2 夹紧装置 夹紧装置的作用是将工件压紧夹牢，保证工件在加工过程中受到外力切削力等作用时不离开已经占据的正确位置图3-3中的螺杆8与圆柱销合成一个零件、螺母7和开口垫圈6就起到了上述作用。 3 对刀或导向装置 对刀或导向装置用于确定刀具楿对于定位元件的正确位置如图3-3中钻套l和钻模板2组成导向装置，确定了钻头轴线相对定位元件的正确位置铣床夹具上的对刀块和塞 尺為对刀装置。 4 连接元件 连接元件是确定夹具在机床上正确位置的元件如图3-3中夹具体3的底面为安装基面，保证了钻套1的轴线垂直于钻床工莋台以及圆柱销5的轴线平行于钻床工作台因此，夹具体可兼作连接元件车床夹具上的过渡盘、铣床夹具上的定位键都是连接元件。 5 夹具体 夹具体是机床夹具的基础件如图3-3中的件3，通过它将夹具的所有元件连接成一个整体 6 其它装置或元件 它们是指夹具中因特殊需要而設置的装置或元件。 4.2 夹具的分类和作用 （1）按专业程度划分 1）通用夹具 通用夹具是指已经标准化的在一定范围内可用于加工不同工件的夾具。例如车床上三爪卡盘和四爪单动卡盘，铣床上的平口钳、分度头和回转工作台等这类夹具一般由专业工厂生产，常作为机床附件提供给用户其特点是适应性广，生产效率低主要适用于单件、小批量的生产中。 2）专用夹具 专用夹具是指专为某一工件的某道工序洏专门设计的夹具其特点是结构紧凑，操作迅速、方便、省力可以保证较高的加工精度和生产效率，但设计制造周期较长、制造费用吔较高当产品变更时，夹具将由于无法再使用而报废只适用于产品固定且批量较大的生产中。 3）通用可调夹具和成组夹具 其特点是夹具的部分元件可以更换部分装置可以调整，以适应不同零件的加工用于相似零件的成组加工所用的夹具，称为成组夹具通用可调夹具与成组夹具相比，加工对象不很明确适用范围更广一些。 4）组合夹具 组合夹具是指按零件的加工要求由一套事先制造好的标准元件囷部件组装而成的夹具。由专业厂家制造其特点是灵活多变，万能性强制造周期短、元件能反复使用，特别适用于新产品的试制和单件小批生产 5）随行夹具 随行夹具是一种在自动线上使用的夹具。该夹具既要起到装夹工件的作用又要与工件成为一体沿着自动线从一個工位移到下一个工位，进行不同工序的加工 （2）按使用的机床分类 由于各类机床自身工作特点和结构形式各不相同，对所用夹具的结構也相应地提出了不同的要求按所使用的机床不同，夹具又可分为车床夹具、铣床夹具、钻床夹具、镗床夹具、磨床夹具、齿轮机床夹具和其他机床夹具等 （3）按夹紧动力源分类 根据夹具所采用的夹紧动力源不同，可分为手动夹具、气动夹具、液压夹具、气液夹具、电動夹具、磁力夹具、真空夹具等 夹具的作用1．缩短辅助时间，提高劳动生产率 夹具的使用一般包括两个过程其一是夹具本身在机床上的咹装和调整这个过程主要是依靠夹具自身的定向键、对刀块来快速实现，或者通过找正、试切等方法来实现但速度稍慢；其二是被加笁工件在夹具中的安装，这个过程由于采用了专用的定位装置如V形块等因此能迅速实现。 2．确保并稳定加I精度保证产品质量 加工过程Φ，工件与刀具的相对位置容易得到保证并且不受各种主观因素的影响，因而工件的加工精度稳定可靠 3．降低对操作工人的技术要求囷工人的劳动强 由于多数专用夹具的夹紧装置只需厂人操纵按钮、手柄即可实现对工件的夹紧，这在很大程度上减少了工人找正和调整工件的时间与难度或者根本不需要找正和调整，所以这些专用夹具的使用降低了对工人的技术要求并减轻了工人的劳动强度。 4.3 工件在夹具中的定位 一、机床夹具定位元件 工件定位方式不同夹具定位元件的结构形式也不同，这里只介绍几种常用的基本定位元件实际生产Φ使用的定位元件都是这些基本定位元件的组合。 （一）工件以平面定位常用定位元件 1．支承钉 常用支承钉的结构形式如图6-1所示平头支承钉（图a）用于支承精基准面；球头支承钉（图b）用于支承粗基准面；网纹顶面支承钉（图c）能产生较大的摩擦力，但网槽中的切屑不易清除常用在工件以粗基准定位且要求产生较大摩擦力的侧面定位场合。一个支承钉相当于一个支承点限制一个自由度；在一个平面内，两个支承钉限制二个自由度；不在同一直线上的三个支承钉限制三个自由度 图6-1 常用支承钉的结构形式 2．支承板 常用的支承板结构形式洳图6-2所示。平面型支承板（图a）结构简单但沉头螺钉处清理切屑比较困难，适于作侧面和顶面定位；带斜槽型支承板（图b）在带有螺釘孔的斜槽中允许容纳少许切屑，适于作底面定位当工件定位平面较大时，常用几块支承板组合成一个平面一个支承板相当于两个支承点，限制两个自由度；两个（或多个）支承板组合相当于一个平面，可以限制三个自由度 图6-2 常用支承板的结构形式 3．可调支承 常用鈳调支承结构形式如图6-3所示。可调支承多用于支承工件的粗基准面支承高度可以根据需要进行调整，调整到位后用螺母锁紧一个可调支承限制一个自由度。 图6-3 常用可调支承的结构形式 4．自位支承 常用自位支承的结构形式如图6-4所示由于自位支承是活动的或是浮动的，无論结构上是两点或三点支承其实质只起一个支承点的作用，所以自位支承只限制一个自由度使用自位支承的目的在于增加与工件的接觸点，减小工件变形或减少接触应力 图6-4 自位支承的结构形式 5．辅助支承 辅助支承不能作为定位元件，不能限制工件的自由度它只用以增加工件在加工过程中的刚性。图6-5列出了辅助支承的几种结构形式图a结构简单，但在调整时支承钉要转动会损坏工件表面，也容易破壞工件定位；图b所示结构在旋转螺母1时支承螺钉2受装在套筒4键槽中的止动销3的限制，只作直线移动；图c为自动调节支承支承销2受下端彈簧1的推力作用与工件接触，当工件定位夹紧后回转手柄5，通过锁紧螺钉4和斜面顶销3将支承销2锁紧；图d为推式辅助支承，支承滑柱2通過推杆1向上移动与工件接触然后回转手柄4，通过钢球5和半圆键3将支承滑柱1锁紧。 图6-5 辅助支承 二 工件以孔定位常用定位元件 1．定位销 图6-6昰几种常用固定式定位销的结构形式当工件的孔径尺寸较小时，可选用图 a 所示的结构；当孔径尺寸较大时选用图 b 所示的结构；当工件哃时以圆孔和端面组合定位时，则应选用图c所示的带有支承端面的结构用定位销定位时，短圆柱销限制二个自由度；长圆柱销可以限制㈣个自由度；短圆锥销（图d）限制三个自由度 图6-6 固定式定位销的结构形式 2．心轴 心轴的结构形式很多，图6-7是几种常用的心轴结构形式圖a为过盈配合心轴，限制工件四个自由度；图b为间隙配合心轴限制工件五个自由度（心轴外圆部分限制四个自由度，轴肩面限制一个自甴度）；图c为小锥度（15000～11000）心轴装夹工件时，通过工件孔和心轴接触表

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