组合机床多轴箱设计 毕业设计

第一章概述第一节组合机床多轴箱简介组合机床是针对被加工零件的特点及工艺要求，按高度集中工序原则设计的一种高效率专用机床。

它由大量的通用部件和少量的专用部件组成的，能够对一种（或几种）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，铰孔，钻孔，攻丝，车削，铣削及滚压等工序，生产率高，加工精度稳定。

1.组合机床上的通用部件和标准零件约占全部机床零、部件总量的70%-80%，因此设计和制造的周期短，投资少，经济效果好。

2.由于组合机床采用多刀加工，并且自动化程度高，因此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，又有专门厂成批制造，因此结构稳定、工作可靠，使用和维修方便。

4.在组合机床上加工零件时，由于采用专用夹具、刀具和导向装置等，加工质量靠工艺装备保证，对操作工人的技术水平要求不高。

5.当被加工产品更新时，采用其他类型的专用机床时，其大部分部件要报废。

用组合机床时，其通用部件和标准零件可以重复使用，而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。

通过分析，采用组合机床加工。

多轴箱是组合机床的主要部件之一，它关系到整台组合机床质量的好坏。

按专用需求进行设计，由通用零件组成，按加工工件和工艺要求进行专门设计。

其主要作用是，根据被加工零件的加工要求，将动力和运动由电动机或动力部件传给各工作主轴，使主轴得到所要求的转速和转向。

多轴箱的设计主要包括多轴箱箱体的设计和传动系统的设计。

第二节本设计简介本设计来源于实际生产中的问题，当零件有多孔或者相同特征的多个部位需要加工时，如果用传统的机床逐个加工，势必会造成生产效率低下以及定位精度低的问题，这个时候，组合机床的优势就会凸现出来。

如果采用专用钻床加工，一次进刀只能加工一个孔，生产效率就会跟不上整体的节奏，而且也不容易保持三个孔之间的位置精度，如果采用留空同时加工的组合机床，情况就会大大改观，正是基于此，才提出了《基于UG的多轴箱设计及虚拟装配》的课题。

本设计课题为设计一台单工位卧式组合机床，用于加工S195柴油机机体主轴承盖面六孔，六个孔的尺寸都是 6.7。

零件材料为铸铁HB170-241，各孔的技术要求见零件图，生产纲领为年产4万件，属大批量生产。

箱体类零件是机械加工中工序多、精度要求高的零件，定位基准采用常用的“三平面”定位的方法。

它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，采用一次装夹，基准统一，有利于提高各孔的位置精度和尺寸精度。

若采用“一面两孔”或其他定位方法，可能出现夹不紧或自由度不能被完全限制，而且机床重量很大，也没有合适的工艺孔定位，这10个孔的深度不一样，定位夹紧要求很高，故采用上述“三平面”即底面、上盖面面和前端面定位。

图1-1 零件加工示意图第二章多轴箱箱体的设计第一节组合机床的方案的制定工艺方案的制定的正确与否，将决定机床能否达到“体积小，重量轻，结构简单，使用方便，效率高，质量好。

”的要求。

一、组合机床常用工艺方法能达到的工艺精度及表面粗糙度。

被加工零件为铸铁HB170-241,组合机床常用工艺方法能达到的工艺精度为IT7,表面粗糙度Ra1.6mm。

.二、确定工艺方案的原则及注意的问题（一）大批量生产中粗精分开（二）工序集中与分散根据以上两原则，由于大批量生产，故将工艺规程中，钻，铰；粗精铣分开，在本工序中对六个孔同时加工。

（三）制定工艺方案应注意的其它问题：1）钻孔组合机床应注意加工后孔的表面是否允许留下螺旋或直线退刀痕迹。

2）钻阶梯孔应先钻大孔，后钻小孔，这样可缩小孔的深度，并使小钻头减小折断的可能性。

3）相应结合的两零件，应从结合面钻起，以更好的保证小孔的位置精度，有利于零件的装配。

4）端面一般采用铣削加工5）在制定流水线，自动线工艺过程方案时，尽可能将精加工工序放于所有粗加工工序后。

（四）定位基准选择在本工序前由于已加工左侧面，因此以它作为定位基面，以右侧面作为辅助定位。

（五）确定夹压位置选择夹压位置应注意的问题：1、保证零件定位后稳定2、尽量减少和避免夹压后的变形。

第二节 确定切削用量及选择刀具一、 确定工序间余量为使加工过程顺利进行，并稳定保证加工精度必须合理的确定工序间余量钻孔时，应考虑工作冷硬层、铸孔偏心和铸造黑皮，直径上余量一般应不小于6～7毫米，否则容易损坏刀具。

由于本道工序加工的是直径为6.7㎜的小孔,而且精度要求不高,是作为主轴承盖上的螺纹底孔,14-M8螺纹的底孔φ6.7,孔口倒角为1×45°,用复合钻直接钻到工序要求,所以由于本道工序要求的精度不高,无须考虑加工余量.二、 确定切削用量切削用量选择是否合理，对组合机床的加工精度，生产率，刀具耐用度，机床的布局型式及正常工作均有很大的影响。

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，根据经验应比一般万能机床单刀加工低30%左右。

组合机床多轴主轴箱上所有刀具共用一个进给系统，通常为标准动力滑台。

工作时，要求所有刀具的每分钟进给量相同，且等于动力滑台的每分钟进给量。

这个每分钟进给两（毫米/分）应是适合于所有刀具的平均值。

因此，同一主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与其相适应，以满足不同直径工件的加工需要。

由于钻孔为高速小进给量切削，所以必须从实际出发，根据加工精度，工件材料，工作条件，技术要求，等进行分析，按照既经济又满足加工要求的前提下，合理选择切削用量。

一般采用查表法，根据生产经验来获得，就本工序,可得：硬度 2411702412003HB -=-=[1] φ6.7 孔 深23mm切削速度 min /30m v =进给量 r mm f /12.0=主轴转速 min /14267.614.33010001000r D v n =⨯⨯==π 进给速度 min /17112.01426mm n f =⨯=⨯确定切削力，切削功率，切削扭矩（Fz :主切削力〈N 〉；x F ：轴向切削力<N>;M ：转矩〈N.mm 〉;P:切削功率〈KW 〉） 6.08.026HB DfF =[2] 6.08.09.110HB f DT =[2] D TVP π=[2]对于7.6φF=26×6.7×6.08.020012.0⨯=767N T=N 163520012.07.6106.08.09.1=⨯⨯⨯ P=KW 24.07.614.39740301653=⨯⨯⨯ 表2-1 切削用量第三节 确定主轴规格一、导向选择在组合机床上加工孔，除用刚性主轴方案外，工件的尺寸，位置精度主要取决于夹具导向。

由于导向线速度20/v ≥米分，故采用旋转式导向。

二、初定主轴类型，尺寸，外伸长度，和选择接杆，浮动卡头 主轴型式主要取决于进给抗力和主轴-刀具系统结构上的需要。

主轴尺寸规格应根据选定的切削用量计算出切削扭矩M ，和初定主轴直径d ，再综合考虑加工精度和具体的工作条件，根据决定主轴外伸部分尺寸（直径1Dd ，长度L ）及配套的刀具接杆莫氏锥号，攻丝靠模规格代号等。

初定主轴直径d对于孔φ6.7mm N T ⋅=1635 mm M B d 5.1210016352.610044=== （B=6.2）初定主轴mm d 20= T ——轴所传递的扭(n mm ⋅)主轴外伸端直径 /20/36D d mm =外伸端长度L 75L mm =（短主轴） 接杆莫氏锥号1第四节 主轴结构型式的选择及动力计算一、主轴结构型式的选择主轴结构型式由零件加工工艺决定，并考虑主轴的工作条件及受力情况。

轴承是主轴部件的主要特征，进行钻削加工的主轴，轴向切削力较大，最好用推力球轴承承受轴向力。

有时由于工艺要求，主轴进退都要切削，两个方向都有切削力，一般选用前后支承均为圆锥滚子轴承的主轴结构。

这种支承可承受较大的径向力和轴向力，且结构简单，轴承个数少，装配比较方便。

二、主轴直径和齿轮模数的初步确定（一） 主轴直径的确定见上节（二） 模数的估算3)32~30(n Z N m ⋅≥ [1] （毫米） 6.010023.0323≥≥m mN ——齿轮的传动功率 Z ——小齿轮齿数 n ——小齿轮转速取 2m =（三） 主轴箱动力计算：主轴箱动力计算包括主轴箱所需功率和。

1、主轴箱功率（kw ）N N N N =++切损主空N 主— 主轴箱总功率N 切— 各轴切削功率之和N 空— 各轴空载消耗功率之和损N — 各轴损失功率之和各轴空载功率N 空——主轴1，2，3，4空载功率均为0.166kwN 空=0.166×6=1.128KW%1⨯=切损N N=0.24×1﹪=0.0024KW损空切主N N N N ++=24.00024.0128.1++=kw 37.1=2、 主轴箱所需的进给力∑=⨯==N P P 46026767进1TD32-V 型动力箱，电机功率为KW 2.2 大于主轴箱功率, 1HY25-I 液压滑台进给力8000N 大于主轴箱所需进给力4312.42,故均符合要求.第五节 多轴箱轮廓尺寸的确定一、 与多轴箱尺寸有关的机床动力部件的选择（一） 齿轮动力箱有关参数（1TD32- V ）电动机为Y100L-4，电动机功率为2.2KW, 动力箱输出轴转速n=min /715r 动力箱与动力滑台结合尺寸长500mm ，宽435mm ，动力箱与多轴箱结合尺寸宽500mm ，高400mm ；动力箱输出轴距箱底面高度159.5mm 。

（二） 液压滑台125HY B -∏有关参数：台面宽250B mm =，台面长500mm ，行程长250mm ，滑台滑座长1790l mm =,允许最大进给力8000P N =进,快速行程速度12/min m ，工进速度32800/min mm -.（三） 配套通用部件：侧底座 1CC251—I:高度mm H 5603=宽度6450B mm =,长度41050L mm =（四） 确定多轴箱体尺寸标准的通用钻床多轴箱的厚度是一定的，有两种尺寸规格，卧式为325mm 立式为340mm 本设计中采用卧式，所以厚度尺寸选择325mm 。

多轴箱的宽度B 、高度H 的大小主要与被教工零件孔的分布位置有关，根据公式：b 和h 为已知尺寸。

为保证多轴箱体内有足够的空间安排齿轮，一般1b 70~100mm 。

多轴箱最低主轴高度1h 必须考虑与工件最低孔位置2h ，机床装料总高度H 、滑台总高3h ,侧底座高度4h 等尺寸之间的关系而确定。

1b 取100，可以确定主轴相当宽度： mm b b B 3888522181=⨯+=+=5.99)5602505.0(9003.13)5.0(4321=++-+=++-+=h h H h h取100多轴箱高：mmb h h H 3885.9910018911=++=++=b ——工件在宽度方向上最远两孔距离(mm)1b ——最边缘主轴中心距箱外壁的距离(mm)图2-1 多轴箱尺寸图尺寸确定1h ——最低主轴高度h ——工件在高度方向上相距最远两孔距离(mm)得400400B H ⨯=⨯多轴箱箱体厚度325mm（五） 生产效率计算卡（机床联系尺寸图）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，动力部件的快速及工进速度等就可以计算机床的生产率，并编制生产率卡用以反映机床的加工过程，完成一动作所需时间，切削用量，机床生产率及机床负荷等。