组合机床多轴箱设计毕业设计资料.docx
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组合机床多轴箱设计毕业设计资料
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，铳削及滚压等工序，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。
195
/L
CL
X
1
X.
——丿
'Si.
J
1
0
图i-i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；粗精铳分开，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）端面一般采用铳削加工
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
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6.7mm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6.7,孔口倒角为1X45°,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
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：
丙宀241170[1]
硬度HB241200
3
6.7孔深23mm
进给量
f0.12mm/r
主轴转速
1000v100030
n1426r/min
D3.146.7
进给速度
fn14260.12171mm/min
确定切削力，切削功率，切削扭矩
（Fz:
主切削力〈N〉Fx:
轴向切削力;皿：
转矩〈N.mm;P:
切削功率〈KW〉
F26Df0.8HB0.6[2]
T10D1.9f0.8HB0.6[2]
pTV[2]
D
对于6.7
F=26X6.7X0.120.82000'6=767N
1.90.80.6
T=106.70.122001635N
表2-1切削用量
直径
Fz（N）
Fx（N）
P（KW）
6.7
767
1635
0.24
第二节确定主轴规格
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v20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Dd，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6.7
T1635Nmm
（B=6.2）
初定主轴d20mm
T轴所传递的扭（nmm）
主轴外伸端直径
D/d20/36mm
外伸端长度L
L75mm（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
m（30~32）3N⑴（毫米）
n
m323°・23\100
m0.6
小齿轮转速
N――齿轮的传动功率Z――小齿轮齿数n
取m2
（二）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主N切N空N损
N主一主轴箱总功率
N切一各轴切削功率之和
N空一各轴空载消耗功率之和
N损一各轴损失功率之和
各轴空载功率
N空——主轴1，2，3，4空载功率均为0.166kw
N空=0.166X6=1.128KW
N损N切1%
=0.24X1%
=0.0024KW
N主N切N空N损
1.1280.00240.24
1.37kw
2、主轴箱所需的进给力
P进P76764602N
1TD32-V型动力箱，电机功率为2.2KW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=715r/min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1HY25B有关参数：
台面宽B250mm,台面长500mm，行程长250mm，滑台滑座长h790mm,允
许最大进给力P进8000N,快速行程速度12m/min，工进速度32800mm/min.
（三）配套通用部件：
侧底座1CC251—I:
高度H3560mm
宽度EB5450mm,长度L41050mm
（4）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b170~100mm多轴箱最
低主轴高度hi必须考虑与工件最低孔位置h2，机床装料总高度H滑台总高h3,侧底座高度
h4等尺寸之间的关系而确定。
bi取100，可以确定主轴相当宽度：
Bbb|218285388mm
h1――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
BH400400
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。
1、理想生产率
年生产纲领A4万件
全年工作总数K2350小时
A
理想生产率Q—
K
40000
2350
=17.02件/小时
2、实际生产率
实际生产率指所设计机床每小时实际可以生产的零件数量。
T单一一生产一个零件所需时间（分）
零件生产时间T单=t切+t辅
点计t停）+（
L快进L快退
45
171
0.04
245
1.8
10100
=2.217min
L1,L2――分别为刀具第一，第二工作进给行程长度
Vf1,Vf2――刀具第一，第二工作进给量
t停一一动力滑台在死挡铁上停留时间t
L快进丄快退——动力部件快进，快退行程长度L快进
t移t装卸）〈1〉
L|45mm
v171mm/min
停0.04分
100mmL快退145mm
Vfk-动力部件快速行程速度10m/min
t装卸-工件装卸时间1-8min
实际生产率Q1
60
28.2
2.217
Q1Q
机床实际生产率满足理想生产率要求
3）机床负荷率负
当Q1Q时计算两者的比值即为负荷率
Q_
17.021
28.2
0.604
第六节多轴箱的组成
一、多轴箱作用及组成
多轴箱是组合机床的主要部件之一，按专用要求进行设计，由通用零件组成。
1、多轴箱作用：
根据被加工零件的加工要求，安排各主轴位置，并将动力和运动由电机或动力部件传给各工作主轴，使之得到要求的转速和转向。
2、通用多轴箱的组成：
箱体、主轴、传动轴、齿轮、轴套等零件和通用的附加机构组成。
在多轴箱的内腔，可安排两排32mn宽的齿轮或三排24mm宽的齿轮；箱体后壁与后盖之间可安排一排（后盖用90mm时）或两排（后盖用125mm时）24mm宽的齿轮。
二、多轴箱的通用零件
（一）箱体类零件
大型通用多轴箱箱体材料HT200,前，后，侧盖材料为HT150,箱体具体形状和尺寸按
标准GB36888.1-83选择，通用多轴箱箱体的厚度为180毫米，卧式的多轴箱前盖厚度为90
毫米。
BH400400mm
（二）轴类零件
主轴结构型式由零件加工工艺决定，并应考虑主轴的工作条件和受力情况。
轴承型式是
主轴部件结构的主要特征，由于钻削加工过程中，轴向切削力较大，同时还承受径向力，因
此此处选用前后支承均为圆锥滚子轴承的主轴结构。
这种结构可承受较大的轴向力和径向力，且结构简单，轴承个数少，装配调整比较方便。
主轴结构型式的选择，除了轴承之外，还应考虑轴头结构。
由于本设计中主轴均为短主轴，在采用长导向套或多个导向套进行钻孔时，为避免主轴与夹具导向套的同轴度以及主轴的振摆对加工精度的影响，刀具与主轴采用浮动卡头连接。
主轴的有关参数：
直径d20mm外伸端直径—30外伸端长L75mm。
主轴
d,14
材料一般为40Cr钢，热处理C42。
通用主轴的最小间距，本设计中主轴最小间距为50.5mm
通用传动轴一般用45钢，调质T235；滚轴承传动轴用20Cr钢，热处理S0.5~C59。
在本设
计过程中，采用圆锥滚子轴承。
直径d20mm,材料20Cr，热处理S0.5~C59.
（三）齿轮
多轴箱用通用齿轮有：
传动齿轮、动力箱齿轮和电动机齿轮三种，本设计中用到的有传动齿轮和动力箱齿轮。
材料45钢，热处理为齿部高频淬火G54。
90mm
动力箱齿轮有A型（宽度为84mn）和B型（宽度为44mm两种。
由于本设计中采用后的基型后盖，所以选A型。
三、绘制多轴箱设计的原始依据图
多轴箱设计原始依据图是根据“三图一卡”整理编绘出来的，其内容包括多轴箱设计的原始条件和已知要求。
1、多轴箱轮廓尺寸：
400400
2、工件轮廓尺寸及各孔位置尺寸
3、工件与多轴箱相对位置尺寸。
Ann
{~-
一
寸
图2-2主轴箱设计原始依据图
表2-2主轴外伸尺寸及切削用量表
轴号
工序
内容
加工直径（mm）
主轴直径
（mm）
主轴外伸尺寸
D/di（mm）L=115
V
米/分
nrpm
fmm/r
Vf
mm/min
1
钻孔
①6.7
20
30/14
30
1426
0.12
171
根据这些数据可编制出主轴箱设计原始依据图。
见下图：
动力部件：
1TD40V型动力箱，电机功率为5.5KW，转速960rpm，驱动轴转速为480rpm。
第三章多轴箱的传动系统设计
第一节传动系统设计
多轴箱的传动系统的设计，就是通过一定的传动链把动力箱输出轴（也称多轴箱驱动轴）
传进来的动力和转速按要求分配到各主轴。
传动系统设计的好坏，将直接影响多轴箱的质量、
通用化程度、设计和制造工作量的大小以及成本的高低。
设计中主要是确定传动轴的位置和
大小以及传动齿轮设计计算，作为通用部件的多轴箱箱体的设计。
所涉及的主要内容则是
根据主轴和传动轴的位置确定安装这些轴的轴承座孔位置和大小。
一、对传动系统的一般要求
设计传动系统，应在保证主轴强度、刚度、转速和转向的前提下，力求使主要传动件（主
轴、传动轴、齿轮等）的规格少，数量少，体积小；因此在设计传动系统时，要注意下面几点：
（一）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，可用变位齿轮或略变传动比的方法解决。
（二）为使结构紧凑，多轴箱内的齿轮传动副的最佳传动比为1—1.5，后盖内齿轮传动比允许取1/3~1/3.5;尽量避免用升速传动；为使主轴上齿轮不过大，最后一级经常采用升速传
动。
（三）粗加工切削力大，主轴上的齿轮应尽量安排靠近其前支承，以减少主轴的扭转变形。
（四）齿轮排数可按下面方法安排：
不同轴上齿轮不相碰，可放在箱体内同一排上。
不同轴上齿轮与轴不相碰，可放在箱体内不同排上。
齿轮与轴相碰，可放在后盖内。
（五）驱动轴直接带动的转动轴数不能超过两根，以免给装配带来困难
以上各点是设计时的通用原则。
二、主轴分布类型
（一）主轴分布类型
组合机床加工的零件是多种多样的，结构也各不相同，但零件上孔的分布大体可归纳
为三种类型；相应地，多轴箱中的主轴分布也可分为三种类型：
同心圆分布，直线分布，任意分
布。
考虑到设计中的六个加工孔呈对称分布，而且每边的三个孔呈同心圆分布，所以采用同
心圆式的分布形式。
（二）传动系统设计方法
（1）将主轴划分为各种分布类型，尽可能使之形成同心圆分布，用一根中间传动轴带动多根主轴。
（2）确定驱动轴的转速，转向及其在主轴上的位置。
驱动轴的转向，采用液压滑台时可任意选择。
驱动轴转速按动力箱型号定，其水平方向位置在多轴箱中心，垂直方向由动力箱
（3）用最少数量的齿轮和中间传动轴把驱动轴和各主轴连接起来。
（4）多轴箱操纵大型通用多轴箱一般都有一个调整手柄轴，用于对刀，调整或装配
维修时检查主轴精度等。
为了省力轻便，手柄轴转速尽量高些，手柄轴位置应靠近工人操作位置，其周围应有较大空间，保证回转时手柄不至于碰到主轴。
（5）润滑油泵安排油泵轴的位置要尽可能靠近油池，离油面高度不大于400—500毫米；油泵轴的转速，须根据工作条件而定，主轴数目多，油泵转速应选得高些。
油泵的安置要使其回转方向保证进油口到排油口转过270°
三、传动系统设计
本课题主轴呈同心圆分布，可以从驱动轴开始，通过一根中间传动轴带动主轴。
驱动轴的转速按照动力箱的型号选定；当采用动力滑台时，驱动轴旋转方向可任意选择；动力箱与多轴箱连接时，驱动轴的中心设置在多轴箱宽度的中心线上，根据选定的动力
箱的型号，其中心高度为125mm这在设计原始图中已经体现。
在多轴箱设计原始依据图中已经确定了各主轴的位置、转向和转速。
在此基础上，分析主轴位置，拟定传动方案，选定齿轮齿数、模数，再通过“计算、作图和的多次试凑”相结合的方法，确定齿轮齿数和中间传动轴的位置和转速
主轴转速：
主轴转速：
n
1426r/min，驱动轴转速n715r/min,转向顺逆均可以.
第二节传动系统的计算
拟定传动路线
主轴呈同心圆分布，可以从驱动轴开始，通过一根中间传动轴带动主轴。
在其圆心处设中间传动轴1，图中箭头表示传动方向，需要确定的就是中间传动轴的位置。
各主轴转速及驱动轴到主轴之间的传动比
轴1到轴6的转速是相同的，从驱动轴到主轴的传动比是相同的
n驱715r/minn主1426r/min
.n驱7151
i驱主
n主14262
三、传动比分配
因为要求主轴上齿轮不过大，故最后一级齿轮采用升速。
传动比i=0.5
四、确定中间传动轴位置，并配对各对齿轮
取m2由A巴也Z2）解下列方程:
2
z1z2109
Z2
五、验证齿轮和轴是否会干涉
验证主轴齿数为36的齿轮是否打到驱动轴1
主轴到驱动轴1距离为109
10910
38
61
0
符合不会打到。
验算各主轴转速
n
715
72
721430r/min
36
六、验算主轴转速
转速误差
14301426
3
2.810
0.28%
1426
符合设计要求。
七、选择油泵
多轴箱常采用叶片油泵润滑，油泵供油至分油器经油管分送至各润滑点。
本设计采用
R22型叶片泵，由驱动轴5传动。
n720r/min
n泵在400~800rpm范围内满足要求。
需要说明的是，在设计中，试凑、计算等是反复进行的，最后结果的确定要经过好多次
尝试，综合各种要求和说明，才能最终确定各轴转速和位置。
第三节多轴箱的坐标计算
坐标计算是组合机床主轴箱设计中的特殊问题。
坐标计算就是根据已知驱动轴和主轴的位置及传动关系计算出中间传动轴的坐标，以便在绘制主轴箱体零件加工图时，将各孔的坐
标尺寸完整的标注出来，并用以绘制坐标检查图，作为对传动系统设计的全面检查。
一、加工基准坐标架的选择及确定各主轴坐标。
（一）采用直角坐标系，用XOY表示。
坐标原点选在定位销孔上。
（二）标原点确定后，便可根据主轴箱设计原始依据图，在基准坐标架XOY注出各主
轴及驱动轴坐标。
（三）钻孔加工主轴箱各主轴坐标见下表
表3-1多轴箱主轴坐标表
0销
10销
1轴
2轴
3轴
4轴
5轴
6轴
X
Y
X
Y
X
Y
X
Y
X
Y
X
Y
X
Y
X
Y
0
0
0
350
283.
155.
237.
254.
128.
263.
66.4
174.
112.
75.7
221.
P66.2
6
5
5
3
9
8
5
5
1
、选择计算用的小坐标架XOY计算中间传动轴4坐标
传动轴的传动形式有：
与一轴定距、与二轴定距和与三轴等距。
本课题设计主轴箱传动轴传动形式为与三轴等距。
驱动轴坐标（4轴传动形式为三轴等距）驱动轴与1，2，3等距均为109mm。
如图所示选择XOY小坐标
y|
图3-2多轴箱坐标检查计算图
因为x2y2R2[2]
⑻X）（dy）R[]
a2x）（b2y）R[]
解得:
22
bil_2bzLi
x
2（a2b1a1b2）
三、验算中心距误差
i122-
10961.6916.41
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