变速箱壳体专用组合钻床设计-第一版

摘要现代社会中，人们为了高效、经济地生产各种高质量产品，现代工厂中出现需要组合机床的场合越来越多。

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。

组合机床是以通用部件为基础，配以工件特定外形和加工工艺设计的专用部件和夹具，组成的半自动或自动专用机床。

它一般采用多轴，多刀，多工序，多面或多工位同时加工的方式，生产效率相比于普通机床高出几倍乃至几十倍。

因为通用部件已经标准化和系列化，所以可以根据需要灵活配置，能大大缩短设计和制造周期。

因此，组合机床兼有低成本、高效率和专用性强的优点，在大批量生产中得到广泛应用。

本课题是针对变速箱壳体端面上12Xφ18孔钻削这一特定工序而设计一台专用组合机床。

本设计中，在充分数据计算的基础上对通用零件做了仔细选择，并跟据被加工零件的结构特点、加工部位的尺寸精度、表面粗糙度要求、以及定位夹紧方式、工艺方法和加工过程中所采用的刀具，生产率，切削用量情况等设计了结构合理的多轴箱。

关键词：组合机床、多轴箱、钻削目录摘要 (I)目录 (II)第一章绪论 (1)1.1概述 (1)1.2课题研究的目的和意义 (1)1.3组合机床的发展史 (1)1.4国内外组合机床研究技术现状 (2)1.5发展趋势 (3)1.6方案制定 (3)1.7设计研究的内容 (4)1.8主要研究解决的难点、问题和拟采用的办法 (4)第二章多孔钻组合机床总体方案设计（三图一卡） (7)2.1 零件分析 (7)2.2 工艺分析 (8)2.3确定机床的配置形式 (9)2.4切削用量的选择 (10)2.5组合机床切削用量选择及计算 (12)第三章组合钻床总设计 (14)3.1被加工零件工序图 (14)3.2 加工示意图 (15)3.3 机床联系尺寸图 (19)3.4．生产率计算卡 (21)第四章多轴箱设计 (23)4.1通用多轴箱的组成 (23)4.2多轴箱设计步骤和内容 (23)4.3传动系统的设计计算 (25)结论 (28)参考文献 (29)第一章绪论1.1概述组合机床是以系列化、标准化的通用部件为基础，再配以少量专用部件而组成的专用机床，具有一般专用机床结构简单，生产率及自动化程度高，易保证加工精度的特点，又能适应工件的变化，具有一定的重新调整、重新组合的能力。

它的特征是高效、高质、经济实用。

组合机床可以对工件采用多刀、多面及多方位加工，特别适于在大批、大量生产中对一种或几种类似零件的一道或几道工序进行加工。

组合机床可完成钻、扩、铰、镗孔、攻螺纹、车、铣、磨削以及滚压等工序。

1.2课题研究的目的和意义传统机床只能对一种零件进行单刀，单工位，单轴，单面加工，成产效率低且加工精度不稳定。

组合机床能够对一种或多种零件进行多刀、多轴、多面、多工位加工。

在组合机床上可以完成钻孔、扩孔、铣削磨削等工序，生产效率高，加工精度稳定。

本课题针对变速箱壳体设计专用多孔钻机，有利于提高生产的变速箱的生产效率，提高产品精度和稳定性，节约社会资源。

1.3组合机床的发展史专用机床是随着汽车工业的兴起而发展起来的。

在专用机床中某些部件因重复使用，逐步发展成为通用部件，因而产生了组合机床。

世界上第一台组合机床于1908年在美国问世，用于加工汽车零件。

初期，各机床制造厂都有各自的通用部件标准。

为了提高不同制造厂的通用部件的互换性，便于用户使用和维修，1953年美国福特汽车公司和通用汽车公司与美国机床制造厂协商，确定了组合机床通用部件标准化的原则，即严格规定各部件间的联系尺寸，但对部件结构未作规定。

二十世纪70年代以来，随着可转位刀具、密齿铣刀、镗孔尺寸自动检测和刀具自动补偿技术的发展，组合机床的加工精度也有所提高。

铣削平面的平面度可达0.05毫米／1000毫米，表面粗糙度可达2.5～0.63微米；镗孔精度可达IT7～6级，孔距精度可达0.03～0.02微米。

1.4国内外组合机床研究技术现状自1908年在美国研制组合机床成功后便广泛应用于大批量生产的汽车工业中，并且随着汽车工业的发展而逐步完善。

组合机床是根据被加工件的工艺要求，按照工序高度集中的原则而设计的，并以系列化、标准化的通用部件为基础，配以少量专用部件而组成的专用设备，并配以专用夹具，采用多把刀具同时进行加工。

组合机床的辅助动作实现了自动化，具有专用、高效、自动化和易于保证加工精度的特点。

当被加工的零件尺寸结构有所改进时，合机床的通用零部件还可以重新利用从而组成新的组合机床，且具有一定的柔性度。

在数控设备还没有普及和推广的几十年里，它对于提高加工效率，降低对操作者的技术要求起到了很大的作用，尤其是组合铣床和专用钻床，在壳体类零件的加工线中应用非常广泛。

近几年来，由于国家加大基础设施的投入，工程机械需求呈现了强劲的增长势头。

国内工程机械同进口产品相比，其特点是价位低、产品稳定性、可靠性差、零件加工手段落后。

随着国家对世贸承诺的逐步实现，价格的竞争优势也逐渐减少，以装载机为例：目前大多数的主机生产厂及部件配套厂家对变速箱箱体、变矩器壳体前车架、后车架、动臂、驱动桥等关键零件，大多采用通用设备加工，这种加工方式的缺点有：生产能力难以扩大，产品质量不稳定，在制品积压严重，经济效益不够显著。

值得庆幸的是国内比较大的装载机生产厂家都已逐步认识到这一问题。

在机构件方面，厦工、临工、宜工、龙工纷纷采用组合机床对动臂、前车架、后车架，前后铰接架的孔系进行加工，零件一次装夹，多头同时加工，比通用机床单孔逐个加工，效率提高了3—6倍，而且避免了工件调头而产生的二次定位误差。

运用组合机床加工结构件与通用机床相比各孔系坐标精度可以由±1mm提高到±0.2mm，，同轴度0．5mm提高到±0．08mm孔系平行度由0．7mm 提高到±0．1 mm 而且所有精度均靠机床本身的装配精度保证，为提高整车的质量奠定了基础。

变速箱箱体是装载机运动系统中的核心部件，零件本身的结构刚度较差，而加工精度相对要求较高，不采用特殊措施，使得与变速器结合面0．08mm的平面度以及各孔对此面的垂直度，各孔中心矩均难以保证。

组合机床与通用机床组合生产线使适当的投资能迅速扩大生产规模，解决通用机床加工效率低，同一工序需要多台机床加工的难题。

在工程机械快速发展的今天，我们面临的产品上规模、质量上台阶的难题，都可以运用组合机床加工得到有效的解决，组合机床在工程机械领域有着更大的发展空间。

1.5发展趋势现阶段组合机床主要应用于大批量生产中，随着组合机床加工的发展与各种生产管理技术的发展与完善，组合机床在中小批量生产中也将得到广泛的应用，应用成组技术，把结构和工艺相似的零件集中在一台组合机床上加工，以提高机床的利用率。

这类机床常见的有两种，可换主轴箱式组合机床和转塔式组合机床。

组合机床未来的发展将更多的采用调速电动机和滚珠丝杠等传动，以简化结构、缩短生产节拍；采用数字控制系统和主轴箱、夹具自动更换系统，以提高工艺可调性；以及纳入柔性制造系统等。

1.6方案制定在设计方案时应准备多套方案进行对比试验。

在制定方案时应注意以下几个方面：（1）当使用和制造出现矛盾时，应先满足使用要求，其次才是尽可能便于制造。

要尽量用先进的工艺和创新的结构；（2）设计必须以生产实践和科学实验为依据，凡是未经实践考验的方案，必须经过实验证明可靠后才能用于设计；（3）继承与创造相结合，尽量采用先进工艺，迅速提高生产力，为实现四个现代化服务。

注意吸取前人和国外的先进经验，并在此基础上有所创造和发展。

1.7设计研究的内容(1)零件分析仔细阅读所拿到的零件图纸，分析零件的结构特点及技术要求。

(2)拟定零件工艺方案确定零件的材料，加工时的定位基准以及零件的加工工艺方案。

(3)总体方案设计确定机床的配置形式及总体结构方案。

(4)组合机床设计——三图一卡设计确定被加工零件的工序图，零件加工示意图，绘制机床尺寸联系图，机床生产率计算卡。

(5)主轴箱设计绘制主轴箱草图，选择主轴结构形式及动力计算，设计主轴箱的传动系统。

1.8主要研究解决的难点、问题和拟采用的办法(1) 多轴箱传动系统的设计根据查阅各种资料，以及参阅多孔钻相关案例，拟采用多轴钻动力头的形式，将输出轴按所要加工孔的位置尺寸分布，动力从主轴输出后经传动轴将动力传递给各个输出轴分布形式如图1-1所示图1-1 多孔钻动力轴传动系统示意图(2) 组合机床的配置形式为了方便加工，拟采用传统的立式钻床形式，，改造主轴箱及增加多轴箱改造形式如图1-2所示图1-2 组合机床的配置示意图第二章多孔钻组合机床总体方案设计（三图一卡）2.1 零件分析被加工零件：多轴箱壳体工件材料： HT2002.1.1零件的技术要求a 保证12Xφ18孔对基准中心的位置度±0.2mm。

b 水平方向孔中心到设计基准的位置度要求±0.1mm。

c 垂直方向孔中心到设计基准的位置度要求±0.1mm。

2.1.2结构方案分析和选择本课题是针对变速箱壳体端面上12个孔钻削这一特定工序而设计一台专用的组合机床。

正确选择加工使用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限度的集中工序，从而实现减少机床台数的目的。

由于采用专用夹具，对精度要求完全可以达到。

2.1.3选择定位基准的原则及应注意的问题(1) 应尽量选择零件设计基准作为组合机床加工的定位基准。

这样可以减少对尺寸精度的影响，以保证加工精度。

但在某些情况下，却必须选用其它作为定位基准。

(2) 选择定位基准应保证工件定位稳定。

尽量采用已加工较大平面作为定位基准，这对于加工尤为重要。

(3) 统一基准原则。

即在各台机床上采取共同的定位基面来加工零件不同表面的孔或对同一表面上的孔完成不同的工序。

2.1.4确定夹压位置应注意的问题在选择定位基面时，要相应决定夹压位置。

此时应注意的问题是：(1)保证零件夹压后位置稳定。

为使工件在加工过程中不产生振动移动，夹压力要足够，夹压点布置加压合力落在定位平面内。

(2)尽量减少避免零件夹压后的变形，消除其对加工精度的影响。

2.2工艺分析工艺分析是设计组合机床最重要的一步，必须认真分析被加工零件的工艺过程。

深入现场全面了解被加工零件的结构特点，加工部位，夹紧方式，工艺方法和加工过程所用的刀具，切削用量及生产率等。

选择单工位，单面组合机床，使机床结构简单，工件可靠，更符合多，快，好，省的要求。

(1)加工精度的要求由于加工孔相对于中心的位置度要求比较高，因此采用单工位方法一次定位，可以减少定位误差。

(2)被加工零件大小形状特点，加工部位特点要求。

一般来说，孔中心线与定位基准面平行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，而不适宜加工安装不方便或高度较大的细长工件。