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畢業(yè)設(shè)計（論文）
任務(wù)書
設(shè)計（論文）題目： 泵加工專用機床設(shè)計——
鉆4-f17.5孔組合機床設(shè)計 學 院 名 稱： 機械工程學院
專 業(yè)： 機械設(shè)計制造及其自動化
學 生 姓 名： 羅成棟 學號： 11403010417
指 導 教 師： 趙偉敏
2014年11月12日
1．設(shè)計（論文）擬解決的主要問題
本設(shè)計擬解決的主要問題是泵體加工(見零件圖)的專用機床設(shè)計，此課題要求3人一組共同完成，該生主要任務(wù)為鉆4-f17.5底孔的組合機床的設(shè)計，工件材料HT200,生產(chǎn)綱領(lǐng)為18000件/年，單班制生產(chǎn)。要求在滿足加工要求的前提下，降低成本，提高生產(chǎn)率。
2．設(shè)計（論文）的主要內(nèi)容和基本要求
1）主要內(nèi)容
本設(shè)計是進一步培養(yǎng)和訓練學生綜合運用所學知識解決工程實踐問題的能力，主要內(nèi)容是設(shè)計減速器箱體加工的專用機床，該生主要任務(wù)為鉆10-M16底孔的組合機床的設(shè)計。
2）基本要求
關(guān)鍵技術(shù)：機床的布局形式，機床的傳動方案，確定運動參數(shù)和動力參數(shù)，繪制加工示意圖，機床的聯(lián)系尺寸，生產(chǎn)率的計算。
主要技術(shù)參數(shù):要求生產(chǎn)率高，孔加工精度相對于C與E基準位置度：0.5。
圖紙數(shù)量：鉆孔專用機床的總裝圖，多軸箱等的裝配圖,總圖量不得小于3張A0圖紙。
圖樣質(zhì)量：計算機繪圖，符合最新標準；表達完整，布局勻稱；裝配合理、尺寸齊全、技術(shù)要求全面；零件圖注意結(jié)構(gòu)要素和加工工藝性。
設(shè)計計算書要求：機床布局和傳動的分析選擇、受力分析、強度、剛度，必要的運動學和動力學計算。設(shè)計推導簡明扼要；計算正確可靠。避免冗長，嚴禁抄襲。
3．推薦參考文獻
[1]李云.機械制造工藝及設(shè)備設(shè)計指導手冊[M]. 北京：機械工業(yè)出版社，2007.1
[2]孫大涌.先進制造技術(shù)手冊[M]. 北京：機械工業(yè)出版社，2002.2
[3] 哈爾濱工業(yè)大學, 北京理工大學. 機床夾具設(shè)計[M]. 北京，科學技術(shù)出版社, 1980.
[4] Markus A，Markusek E，F(xiàn)arkas J.Fixture Design using Prologan Expert System [J]。Int J Robotics CIMS，1984，1(2)-167-72.
[5] Ferreira PM，Liu CR. Generation of Work Piece Orientations for Machining Using a Rule-based System. Int J Robotics CIMS，1988，5.
4．進度安排
2014年11月17日－2014年11 月23日 畢業(yè)設(shè)計選題，熟悉內(nèi)容，文獻檢索。
2014年11月24日－2014年12月12日 完成上傳英文翻譯、文獻綜述及開題報告；
2014年12月13日－2014年12月21日 完成“三圖一卡”，機床布局、機床傳動方案選擇，主軸箱、側(cè)底座設(shè)計方案確定，草圖繪制(含計算)；機床的結(jié)構(gòu)設(shè)計，繪圖
2014年 12月22日－2015年1月12日 修改圖樣和 整理設(shè)計計算書。上傳所有設(shè)計資料。
2015年1月13日－2015年1月16日 畢業(yè)設(shè)計資料審核評閱。
2015年1月19日 —2015年1月23日 第一批答辯
指導教師（簽字） 趙偉敏
2014年 11 月 12日
教研室主任審核意見：
教研室主任（簽字）
年 月 日
畢業(yè)設(shè)計（論文）
設(shè)計（論文）題目： 泵加工專用機床設(shè)計——
鉆4-f17.5孔組合機床設(shè)計 學 院 名 稱： 機械工程學院
專 業(yè)： 機械設(shè)計制造及其自動化
學 生 姓 名： 羅成棟 學號： 11403010417
指 導 教 師： 趙偉敏
2014年11月12日
32
摘 要
根據(jù)設(shè)計任務(wù)書的要求,本設(shè)計說明書針對泵體機床的設(shè)計及專用夾具設(shè)計進行說明。要內(nèi)容包括組合機床工藝方案的制定、組合機床配置型式的選擇、組合機床總體設(shè)計以及主軸箱設(shè)計。
全文要包括組合機床的總體設(shè)計和主軸箱設(shè)計兩部分。機床總體設(shè)計要是在選定工藝方案并確定機床配置形式、結(jié)構(gòu)方案基礎(chǔ)上確定“三圖一卡”，主軸箱設(shè)計根據(jù)“三圖一卡”，整理編繪出主軸箱原始依據(jù)圖，重點分析傳動系統(tǒng)，經(jīng)過各種方案的比較，最后確定最優(yōu)方案。
關(guān)鍵詞：主軸箱；組合機床；夾具
Abstract
According to the requirements of the mission design, design for wallboard machine and special fixture for the design specification is described. The main contents include aggregate machine-tool craft plan formulation, combined machine tool configuration choice, aggregate machine-tool system design and main shaft case design.
The full text mainly includes overall design and main shaft box combination milling machine design two parts. The overall design of machine tool is mainly in the selected process and determine the basis of machine tool configuration, structure scheme to determine the "three charts and a card", the headstock design according to "three charts and a card", reorganizes the compilation to leave the headstock primitive basis chart, the key analysis transmission system, through the comparison of various schemes, and finally to determine the optimal scheme. In addition, in order to improve labor productivity, reduce labor intensity, guaranteed the processing quality, need to design special jig.
Keywords: spindle box; modular machine tool; fixture
目 錄
摘 要 II
Abstract 1
1 緒論 1
1.1 課題研究意義 1
1.2鉆孔專用設(shè)備應用 1
1.3 鉆孔專用設(shè)備 2
1.3.1多軸頭 2
1.3.2 主軸箱 2
1.3.3多軸鉆床 3
1.3.4 自動更換主軸箱機床 3
1.4 鉆孔專用設(shè)備趨勢 4
1.5 組合機床總體設(shè)計 4
1.5.1 組合機床的概述 4
1.5.2 組合機床的技術(shù)發(fā)展趨勢 5
2 組合機床的總體設(shè)計 8
2.1 組合機床方案的制定 8
2.1.1制定工藝方案 8
2.1.2確定組合機床的配置形式和結(jié)構(gòu)方案 9
2.2 確定切削用量及選擇刀具 10
2.2.1確定工序間余量 10
2.2.2選擇切削用量 10
2.2.3確定切削力、切削扭矩、切削功率 11
2.2.4選擇刀具結(jié)構(gòu) 12
2.3 鉆孔組合機床總設(shè)計“三圖一卡”的編制 12
2.3.1 被加工零件工序圖 12
2.3.2 加工示意圖 13
2.3.3機床聯(lián)系尺寸圖 17
2.3.4生產(chǎn)率計算卡 19
3 主軸箱的設(shè)計 22
3.1 主軸箱的設(shè)計 22
3.1.1繪制主軸箱設(shè)計原始依據(jù)圖 22
3.1.2齒輪模數(shù)選擇 23
3.1.3主軸箱的傳動設(shè)計 23
3.1.4繪制傳動系統(tǒng)圖 25
3.2 傳動軸的直徑估算 26
3.2.1 確定各軸轉(zhuǎn)速 26
3.2.2傳動軸直徑的估算：確定各軸最小直徑 27
3.2.3 鍵的選擇 28
3.3 傳動軸的校核 28
3.3.1 傳動軸的校核 28
3.3.2 鍵的校核 29
結(jié)論 30
致 謝 31
參考文獻 32
1 緒論
1.1 課題研究意義
市場的開放性和全球化使產(chǎn)品的競爭日趨激烈。而決定產(chǎn)品競爭力的指標是產(chǎn)品的開發(fā)時間(Time ) ， 產(chǎn)品(Quality)，成本(Cost)，創(chuàng)新能力(Creation)和服務(wù)(Service)。用戶在追求高質(zhì)量產(chǎn)品的同時，會更多的追求較低的價格和較短的交貨周期。美國制造業(yè)在20世紀50至40年代要以擴大生產(chǎn)規(guī)模作為企業(yè)競爭力的第一要素，而在70年代競爭力的第一要素為降低生產(chǎn)成本，80年代為提高產(chǎn)品質(zhì)量，90年代為市場響應速度。所以現(xiàn)代企業(yè)都期望通過提高自身的科技含量，增強競爭力。
制造業(yè)是國家重要的基礎(chǔ)工業(yè)之一，制造業(yè)的基礎(chǔ)是。是眾多機械制造的母機，它的發(fā)展水平，與制造業(yè)的生產(chǎn)能力和制造精度有著直接關(guān)系，關(guān)系到國家機械工業(yè)以至整個制造業(yè)的發(fā)展水平.是先進制造技術(shù)的基本單元載體，機械產(chǎn)品的質(zhì)量、更新速度、對市場的應變能力、生產(chǎn)效率等在很大程度上取決于的效能。因此，制造業(yè)對于一個國家經(jīng)濟發(fā)展起著舉足輕重的作用我國是世界上產(chǎn)量最多的國家.根據(jù)德國工業(yè)協(xié)會(VD W )2000年統(tǒng)計資料，在要的生產(chǎn)國家中，中國排名為世界第五位。但是在國際市場競爭中仍處于較低水平:即使在國內(nèi)市場也面臨著嚴峻的形勢:一方面國內(nèi)市場對各類產(chǎn)品有著大量的需求，而另一方面卻有不少國產(chǎn)滯銷積壓，國外產(chǎn)品充斥市場。
1.2鉆孔專用設(shè)備應用
據(jù)統(tǒng)計，一般在車間中普通機床的平均切削時間很少超過全部工作時間的15%。其余時間是看圖、裝卸工件、調(diào)換刀具、操作機床、測量以及清除鐵屑等等。使用數(shù)控機床雖然能提高85%，但購置費用大。某些情況下，即使生產(chǎn)率高，但加工相同的零件，其成本不一定比普通機床低。故必須更多地縮短加工時間。不同的加工方法有不同的特點，就鉆削加工而言，鉆孔專用設(shè)備是一種通過少量投資來提高生產(chǎn)率的有效措施。雖然不可調(diào)式多軸頭在自動線中早有應用，但只局限于大批量生產(chǎn)。即使采用可調(diào)式多軸頭擴大了使用范圍，仍然遠不能滿足批量小、孔型復雜的要求。尤其隨著工業(yè)的發(fā)展，大型復雜的鉆孔專用設(shè)備更是引人注目。例如原子能發(fā)電站中大型冷凝器水冷壁管板有15000個ψ20孔，若以搖臂鉆床加工，單單鉆孔與锪沉頭孔就要842.5小時，另外還要劃線工時151.1小時。但若以數(shù)控八軸落地鉆床加工，鉆锪孔只要171.6小時，劃線也簡單，只要1.9小時。因此，利用數(shù)控控制的二個坐標軸，使刀具正確地對準加工位置，結(jié)合鉆孔專用設(shè)備不但可以擴大加工范圍，而且在提高精度的基礎(chǔ)上還能大大地提高工效，迅速地制造出原來不易加工的零件。有人分析大型高速柴油機30種箱形與桿形零件的2000多個鉆孔操作中，有40%可以在自動更換主軸箱機床中用二軸、三軸或四軸多軸頭加工，平均可減少20%的加工時間。1975年法國巴黎機床展覽會也反映了鉆孔專用設(shè)備的使用愈來愈多這一趨勢。
1.3 鉆孔專用設(shè)備
鉆孔專用設(shè)備是在一次進給中同時加工許多孔或同時在許多相同或不同工件上各加工一個孔。這不僅縮短切削時間，提高精度，減少裝夾或定位時間，并且在數(shù)控機床中不必計算坐標，減少字塊數(shù)而簡化編程。它可以采用以下一些設(shè)備進行加工：立鉆或搖臂鉆上裝多軸頭、多軸鉆床、多軸組合機床心及自動更換主軸箱機床。甚至可以通過二個能自動調(diào)節(jié)軸距的軸或主軸箱，結(jié)合數(shù)控工作臺縱橫二個方向的運動，加工各種圓形或橢圓形孔組的一個或幾個工序?，F(xiàn)在就這方面的現(xiàn)狀作一簡介。
1.3.1多軸頭
從傳動方式來說要有帶傳動、齒輪傳動與萬向聯(lián)軸節(jié)傳動三種。這是大家所熟悉的。前者效率較高，結(jié)構(gòu)簡單，后者易于調(diào)整軸距。從結(jié)構(gòu)來說有不可調(diào)式與可調(diào)式二種。前者軸距不能改變，多采用齒輪傳動，僅適用于大批量生產(chǎn)。為了擴大其贊許適應性，發(fā)展了可調(diào)式多軸頭，在一定范圍內(nèi)可調(diào)整軸距。它要裝在有萬向.二種。（1）萬向軸式也有二種:具有對準裝置的軸。軸裝在可調(diào)支架中，而可調(diào)支架能在殼體的T形槽中移動，并能在對準的位置以螺栓固定。（2）具有公差的圓柱形軸套。軸套固定在與式件孔型相同的模板中。前一種適用于批量小且孔組是規(guī)則分布的工件（如孔組分布在不同直徑的圓周上）。后一種適用于批量較大式中小批量的輪番生產(chǎn)中，剛性較好，孔距精度亦高，但不同孔型需要不同的模板。多軸頭可以裝在立鉆式搖臂鉆床上，按鉆床本身所具有的各種功能進行工作。這種鉆孔專用設(shè)備方法，由于鉆孔效率、加工范圍及精度的關(guān)系，使用范圍有限。
1.3.2 主軸箱
也象多軸頭那樣作為標準部件生產(chǎn)。美國Secto公司標準齒輪箱、主軸箱等設(shè)計的不可調(diào)式主軸箱。有32種規(guī)格，加工面積從300Ｘ300毫米到600Ｘ1050毫米，工作軸達60根，動力達22.5千瓦。Romai工廠生產(chǎn)的可調(diào)主軸箱調(diào)整方便，只要先把齒輪調(diào)整到接近孔型的位置，然后把與它聯(lián)接的可調(diào)軸移動到正確的位置。因此，這種結(jié)構(gòu)只要改變模板，就能在一定范圍內(nèi)容易地改變孔型，并且可以達到比普通主軸箱更小的孔距。
根據(jù)成組加工原理使用主軸箱或多軸頭的組合機床很適用于大中批量生產(chǎn)。為了在加工中獲得良好的效果，必需考慮以下數(shù)點：（1）工件裝夾簡單，有足夠的冷卻液沖走鐵屑。（2）夾具剛性好，加工時不形變，分度定位正確。（3）使用二組刀具的可能性，以便一組使用，另一組刃磨與調(diào)整，從而縮短換刀停機時間。（4）使用優(yōu)質(zhì)刀具，監(jiān)視刀具是否變鈍，鉆頭要機磨。（5）尺寸超差時能立即發(fā)現(xiàn)。
1.3.3多軸鉆床
這是一種能滿足鉆孔專用設(shè)備要求的鉆床。諸如導向、功率、進給、轉(zhuǎn)速與加工范圍等。巴黎展覽會中展出的多軸鉆床多具液壓進給。其整個工作循壞如快進、工進與清除鐵屑等都是自動進行。值得注意的是，多數(shù)具有單獨的變速機構(gòu)，這樣可以適應某一組孔中不同孔徑的加工需要。
1.3.4 自動更換主軸箱機床
為了中小批量生產(chǎn)合理化的需要，最近幾年發(fā)展了自動更換主軸箱組合機床。
(1) 自動更換軸機床
自動更換軸機床頂部是回轉(zhuǎn)式主軸箱庫，掛有多個不可調(diào)主軸箱?？v橫配線盤予先編好工作程序，使相應的主軸箱進入加工工位，定位緊并與動力聯(lián)接，然后裝有工件的工作臺轉(zhuǎn)動到主軸箱下面，向上移動進行加工。當變更加工對象時，只要調(diào)換懸掛的主軸箱，就能適應不同孔型與不同工序的需要。
(2)多軸轉(zhuǎn)塔機床
轉(zhuǎn)塔上裝置多個不可調(diào)或萬向聯(lián)軸節(jié)主軸箱，轉(zhuǎn)塔能自動轉(zhuǎn)位，并對夾緊在回轉(zhuǎn)工作臺的工件作進給運動。通過工作臺回轉(zhuǎn)，可以加工工件的多個面。因為轉(zhuǎn)塔不宜過大，故它的工位數(shù)一般不超過4—6個。且主軸箱也不宜過大。當加工對象的工序較多、尺寸較大時，就不如自動更換主軸箱機床合適，但它的結(jié)構(gòu)簡單。
(3)自動更換主軸箱組合機床
它由自動線或組合機床中的標準部件組成。不可調(diào)主軸箱與動力箱按置在水平底座上，主軸箱庫轉(zhuǎn)動時整個裝置緊固在進給系統(tǒng)的溜板上。主軸箱庫轉(zhuǎn)動與進給動作都按標準子程序工作。換主軸箱時間為幾秒鐘。工件夾緊于液壓分度回轉(zhuǎn)工作臺，以便加工工件的各個面。好果回轉(zhuǎn)工作臺配以卸料裝置，就能合流水生產(chǎn)自動化。在可變生產(chǎn)系統(tǒng)中采用這種裝置，并配以相應的控制器可以獲得完整的加工系統(tǒng)。
(4) 數(shù)控八軸落地鉆床
大型冷凝器的水冷壁管板的孔多達15000個，它與支撐板聯(lián)接在一起加工。孔徑為20毫米，孔深180毫米。采用具有內(nèi)冷卻管道的麻花鉆，5－7巴壓力的冷卻液可直接進入切削區(qū)，有利于排屑。鉆尖磨成90°供自動定心。它比普通麻花鉆耐用，且進給量大。為了縮短加工時間，以8軸數(shù)控落地加工。
1.4 鉆孔專用設(shè)備趨勢
鉆孔專用設(shè)備生產(chǎn)效率高，投資少，生產(chǎn)準備周期短，產(chǎn)品改型時設(shè)備損失少。而且隨著我國數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，鉆孔專用設(shè)備的范圍一定會愈來愈廣，加工效率也會不斷提高。
1.5 組合機床總體設(shè)計
1.5.1 組合機床的概述
組合機床（transfer and unit machine）是以系列化和標準化的通用部件為基礎(chǔ)，配以少量專用部件對一種或多種工件按預先確定的工序進行切削加工的機床。兼有萬能機床和專用機床的優(yōu)點。通用零部件通常占整個機床零部件的70％～90％，只需要根據(jù)被加工零件的形狀及工藝改變極少量的專用部件就可以部分或全部進行改裝，從而組成適應新的加工要求的設(shè)備。由于在組合機床上可以同時從幾上方向采用多把刀具對一個或數(shù)個工件進行加工，所以可減少物料的搬運和占地面積，實現(xiàn)工序集中，改善勞動條件，提高生產(chǎn)效率和降低成本。將多臺組合機床聯(lián)在一起，就成為自動生產(chǎn)線。組合機床廣泛應用于需大批量生產(chǎn)的零部件，如汽車等行業(yè)中的箱體等。另外在中小批量生產(chǎn)中也可應用成組技術(shù)將結(jié)構(gòu)和工藝相似的零件歸并在一起，以便集中在組合機床上進行加工。
組合機床一般可完成的工藝范圍有：銑平面、刮平面、車端面、車錐面、鉆孔、擴孔、鉸孔、鏜孔、倒角、切槽、以及加工螺紋、滾壓、拉削、磨削、拋光工序。
組合機床一般采用多軸、多刀、多序、多面或多工位同時加工的方式，生產(chǎn)效率比通用機床高幾倍至幾十倍。由于通用部件已經(jīng)標準化和系列化，可根據(jù)需要靈活配置，能縮短設(shè)計和制造周期。因此，組合機床兼有低成本和高效率的優(yōu)點，在大批、大量生產(chǎn)中得到廣泛應用，并可用以組成自動生產(chǎn)線。
組合機床一般用于加工箱體類或特殊形狀的零件。加工時，工件一般不旋轉(zhuǎn)，由刀具的旋轉(zhuǎn)運動和刀具與工件的相對進給運動，來實現(xiàn)鉆孔、擴孔、锪孔、鉸孔、鏜孔、銑削平面、切削內(nèi)外螺紋以及加工外圓和端面等。有的組合機床采用車削頭夾持工件使之旋轉(zhuǎn)，由刀具作進給運動，也可實現(xiàn)某些回轉(zhuǎn)體類零件(如飛輪、汽車后橋半軸等)的外圓和端面加工。
組合機床的通用部件按功能分為動力部件、支承部件、輸送部件、控制部件和輔助部件5類。動力部件為機床提供主運動和進給運動，主要有動力箱（將電動機的旋轉(zhuǎn)運動傳遞給主軸箱）、切削頭（裝在各個主軸上，用于各單一工序的加工）、動力滑臺（用于安裝動力箱或切削頭，以實現(xiàn)進給運動）；支承部件用以安裝動力滑臺、帶有進給機構(gòu)的切削頭或夾具等的部件，有側(cè)底座、中間底座、支架、可調(diào)支架、立柱和立柱底座等；輸運部件用以輸送工件或主軸箱至加工工位的部件，主要有分度回轉(zhuǎn)工作臺、環(huán)形分度回轉(zhuǎn)工作臺、分度鼓輪和往復移動工作臺等；控制部件用以控制機床的自動工作循環(huán)的部件，有液壓站、電氣柜和操縱臺等；輔助部件包括潤滑、冷卻和排屑裝置等。根據(jù)配置型式，組合機床可分為單工位和多工位兩大類。其中單工位組合機床按被加工面的數(shù)量又有單面、雙面、三面和四面4種，通常只能對各個加工部位同時進行一次加工；多工位組合機床則有回轉(zhuǎn)工作臺式、往復工作臺式、中長立柱式和回轉(zhuǎn)鼓輪式4種，能對加工部位進行多次加工。通用部件按功能可分為動力部件、支承部件、輸送部件、控制部件和輔助部件五類。
1.5.2 組合機床的技術(shù)發(fā)展趨勢
最早的組合機床于1911年在美國制成，用于加工汽車零件。1953年，美國福特汽車公司和通用汽車公司與美國機床制造廠協(xié)商，確定了組合機床通用部件標準化的原則。1973年，國際標準化組織（ISO）公布了第一批組合機床通用部件標準。1975年，中國第一機械工業(yè)部頒布了中國的第一批組合機床通用部件標準。組合機床現(xiàn)代發(fā)展的方向主要有以下幾個特點：
a、組合機床品種的發(fā)展重點。在組合機床這類專用機床中，回轉(zhuǎn)式多工位組合機床和自動線占有很重要的地位。因為這兩類機床可以把工件的許多加工工序分配到多個加工工位上，并同時能從多個方向?qū)ぜ膸讉€面進行加工，此外，還可以通過轉(zhuǎn)位夾具(在回轉(zhuǎn)工作臺機床上)或通過轉(zhuǎn)位、翻轉(zhuǎn)裝置(在自動線上)實現(xiàn)工件的五面加工或全部加工，因而具有很高的自動化程度和生產(chǎn)效率，被汽車、摩托車和壓縮機等工業(yè)部門所采用。
b、自動線節(jié)拍時間進一步縮短。目前，以大批量生產(chǎn)為特征的轎車和輕型載貨車，其發(fā)動機的年產(chǎn)量通常為60萬臺左右，實現(xiàn)這樣大的批量生產(chǎn)，回轉(zhuǎn)式多工位組合機床和自動線在三班運行的情況下，其節(jié)拍時間一般為20～30秒，當零件生產(chǎn)批量更大時，機床的節(jié)拍時間還要更短些。自動線的短節(jié)拍，主要是通過縮短基本時間和輔助時間來實現(xiàn)的?？s短基本時間的主要途徑是采用新的刀具材料和新穎刀具，以通過提高切削速度和進給速度來縮短基本時間。縮短輔助時間主要是縮短包括工件輸送、加工模塊快速引進以及加工模塊由快進轉(zhuǎn)換為工進后至刀具切入工件所花的時間。為縮短這部分空行程時間，普遍采用提高工件(工件直接輸送)或隨行夾具的輸送速度和加工模塊的快速移動速度。目前，隨行夾具的輸送速度可達60m/min或更高些，加工模塊快速移動速度達40m/min。
c、組合機床柔性化進展迅速。十多年來，作為組合機床重要用戶的汽車工業(yè)，為迎合人們個性化需求，汽車變型品種日益增多，以多品種展開競爭已成為汽車市場競爭的特點之一，這使組合機床制造業(yè)面臨著變型多品種生產(chǎn)的挑戰(zhàn)。為適應多品種生產(chǎn)，傳統(tǒng)以加工單一品種的剛性組合機床和自動線必須提高其柔性。組合機床的柔性化主要是通過采用數(shù)控技術(shù)來實現(xiàn)的。開發(fā)柔性組合機床和柔性自動線的重要前提是開發(fā)數(shù)控加工模塊，而有著較長發(fā)展歷史的加工中心技術(shù)為開發(fā)數(shù)控加工模塊提供了成熟的經(jīng)驗。由數(shù)控加工模塊組成的柔性組合機床和柔性自動線，可通過應用和改變數(shù)控程序來實現(xiàn)自動換刀、自動更換多主軸箱和改變加工行程、工作循環(huán)、切削參數(shù)以及加工位置等，以適應變型品種的加工。
組合機床自動線柔性化的迅速發(fā)展和節(jié)拍時間的日益縮短，充分顯示了CNC技術(shù)和刀具技術(shù)給組合機床自動線帶來的巨大技術(shù)進步，使柔性自動線在多品種、大批量生產(chǎn)中成為重要的技術(shù)裝備。但在這里必須指出，在組合機床和自動線實現(xiàn)柔性化發(fā)展的同時，加工中心高速化發(fā)展異常迅速。加工中心與組合機床的競爭日趨激烈。
d、加工精度日益提高。特別自80年代中期以來，汽車制造業(yè)為增強其汽車的競爭力，不斷地加嚴其發(fā)動機的關(guān)鍵件的制造公差，并通過計算機輔助測量和分析方法，以及通過設(shè)備能力檢驗來提高其產(chǎn)品的質(zhì)量。這無疑是對組合機床和自動線提出了更高的要求。組合機床制造廠為了滿足用戶對工件加工精度的高要求，除了進一步提高主軸部件、鏜桿、夾具(包括鏜模)的精度，采用新的專用刀具，優(yōu)化切削工藝過程，采用刀具尺寸測量控制系統(tǒng)和控制機床及工件的熱變形等一系列措施外，目前，空心工具錐柄(HSK)和過程統(tǒng)計質(zhì)量控制(SPC)的應用已成為自動線提高和監(jiān)控加工精度的新的重要技術(shù)手段。
e、綜合自動化程度日益提高。近十年來，為進一步提高工件的加工精度和減少工件在生產(chǎn)過程中的中間儲存、搬運以及縮短生產(chǎn)流程時間，將工件加工流程中的一些非切削加工工序(如工序間的清洗、測量、裝配和試漏等)集成到自動線或自動線組成的生產(chǎn)系統(tǒng)中，以實現(xiàn)工件加工、表面處理、測量和裝配等工序的綜合自動化。
f、其它技術(shù)的應用動向。在工業(yè)發(fā)達國家的組合機床行業(yè)中，下列技術(shù)得到了較為廣泛的應用。組合機床設(shè)計普及CAD技術(shù)在國外許多公司中，組合機床設(shè)計已普遍采用CAD工作站，在設(shè)計室?guī)缀鹾茈y見到傳統(tǒng)的繪圖板。CAD除應用于繪圖工作外，并在構(gòu)件的剛度分析(有限元方法)、組合機床及自動線設(shè)計方案比較和選擇，以及方案報價等方面均已得到廣泛應用，從而顯著地提高了設(shè)計質(zhì)量和縮短了設(shè)計周期。加之國外許多公司在組合機床和自動線組成模塊方面的系列化和通用化程度很高(一般達90%以上)，使組合機床和自動線的交貨期進一步縮短。
2 組合機床的總體設(shè)計
2.1 組合機床方案的制定
2.1.1制定工藝方案
零件加工工藝將決定組合機床的加工質(zhì)量、生產(chǎn)率、總體布局和夾具結(jié)構(gòu)等。所以，在制定工藝方案時，必須計算分析被加工零件圖，并深入現(xiàn)場了解零件的形狀、大小、材料、硬度、剛度，加工部位的結(jié)構(gòu)特點加工精度，表面粗糙度，以及定位，夾緊方法，工藝過程，所采用的刀具及切削用量，生產(chǎn)率要求，現(xiàn)場所采用的環(huán)境和條件等等。并收集國內(nèi)外有關(guān)技術(shù)資料，制定出合理的工藝方案。
圖2.1
根據(jù)被加工零件（泵體）的零件圖（圖2.1），加工4個孔的工藝過程：
(1) 加工孔的要技術(shù)要求。
4個直徑均為Φ17.5mm。
工件材料為HT200，HB170-241HBS
要求生產(chǎn)綱領(lǐng)為（考慮廢品及備品率）年產(chǎn)量3萬件，2班制生產(chǎn)，每班6小時。
(2) 工藝分析
加工該孔時，孔的位置度公差為0.05mm。
根據(jù)組合機床的工藝方法及能達到的精度，可采用如下的加工方案：
一次性加工通孔，孔徑為Φ17.5mm。
(3) 定位基準及夾緊點的選擇
加工此零件上的孔，以上表面限制三個自由度和右端面限制三個自由度，位于中間的孔通過螺桿起到了很好的夾緊作用。
在保證加工精度的情況下，提高生產(chǎn)效率減輕工人勞動量，由于工件是大批量生產(chǎn)，因此在設(shè)計時就認為是人工夾緊。
2.1.2確定組合機床的配置形式和結(jié)構(gòu)方案
(1)被加工零件的加工精度
被加工零件需要在組合機床上完成的加工工序及應保證的加工精度，是制造機床方案的要依據(jù)。泵體鉆孔的精度要求較高，可采用鉆孔組合機床。為了加工出表面粗糙度為Ra1.6um的孔，采取提高機床原始制造精度和工件定位基準精度并減少夾壓變形等措施就可以了。為此，機床通常采用尾置式齒輪動力裝置，進給采用液壓系統(tǒng)，被加工零件圖如圖2.1所示
圖2.1 泵體
(2) 被加工零件的特點
這要指零件的材料、硬度加工部位的結(jié)構(gòu)形狀，工件剛度定位基準面的特點，它們對機床工藝方案制度有著重要的影響。此泵體的材料是HT200、硬度HB170～241、孔的直徑為Φ17.5mm。采用多孔同步加工，零件的剛度足夠，工件受力不大，振動，及發(fā)熱變形對工件影響可以不計。
一般來說，孔中心線與定位基準面平行且需由一面或幾面加工的箱體宜用臥式機床，立式機床適宜加工定位基準面是水平的且被加工孔與基準面垂直的工件，而不適宜加工安裝不方便或高度較大的細長工件。對大型箱體件采用單工位機床加工較適宜，而中小型零件則多采用多工位機床加工。
此零件的加工特點是中心線與定位基準平面是垂直的，并且定位基準面是水平的，工件較小，其孔分布較密集，主軸箱體積較大，一次鉆孔，選擇立式鉆床。
(3) 零件的生產(chǎn)批量
零件的生產(chǎn)批量是決定采用單工位、多工位、自動線或按中小批量生產(chǎn)特點設(shè)計組合機床的重要因素。按設(shè)計要求生產(chǎn)綱領(lǐng)為年生產(chǎn)量為2萬件，從工件外形及輪廓尺寸，為了減少加工時間，采用多軸頭，為了減少機床臺數(shù)，此工序盡量在一臺機床上完成，以提高利用率。
(4) 機床使用條件
根據(jù)使用組合機床對車間布置情況、工序間的聯(lián)系、技術(shù)能力和自然條件等的要求來選擇適合的組合機床。
綜合以上所述：通過對泵體零件的結(jié)構(gòu)特點、加工部位、尺寸精度、表面粗糙度和技術(shù)要求、定位、夾緊方式、工藝方法，并定出影響機床的總體布局和技術(shù)性能等方面的考慮，最終決定設(shè)計四軸頭多工位同步鉆床。
2.2 確定切削用量及選擇刀具
2.2.1確定工序間余量
為使加工過程順利進行并穩(wěn)定的保證加工精度，必須合理地確定工序余量。生產(chǎn)中常用查表給出的組合機床對孔加工的工序余量，以消除轉(zhuǎn)、定位誤差的影響。Φ17.5mm的孔在鉆孔時，直徑上工序間余量均為0.2mm。
2.2.2選擇切削用量
確定了在組合機床上完成的工藝內(nèi)容了，就可以著手選擇切削用量了。因為所設(shè)計的組合機床為多軸同步加工在大多數(shù)情況下，所選切削用量，根據(jù)經(jīng)驗比一般通用機床單刀加工低30%左右．多軸主軸箱上所有刀具共用一個進給系統(tǒng)，通常為標準動力滑臺，工作時，要求所有刀具的每分鐘進給量相同，且等于動力滑臺的每分鐘進給量（mm/min）應是適合有刀具的平均值。因此，同一主軸箱上的刀具軸可設(shè)計成同轉(zhuǎn)速和同的每轉(zhuǎn) 進給量（mm/r）與其適應。以滿足直徑的加需要，即：
…………………………………2.1
式中： … ——各軸轉(zhuǎn)速（r/min）
——各軸進給量（mm/r）
——動力滑臺每分鐘進給量（mm/min）
由于泵體鉆孔的加工精度、工件材料、工作條件、技術(shù)要求等，按照經(jīng)濟地選擇滿足加工要求的原則，采用查表的方法查得：孔鉆頭直徑D=17.5mm，進給量f=0.18mm/r、切削速度v=18m/min
2.2.3確定切削力、切削扭矩、切削功率
根據(jù)選定的切削用量（要指切削速度v及進給量f）確定切削力，作為選擇動力部件（滑臺）；確定切削扭矩，用以確定軸及其它傳動件（齒輪，傳動軸等）的尺寸；確定切削功率，用以選擇傳動電動（一般指動力箱）功率，通過查表計算如下：
切削力： =26…………………………2.2
=26×17.5××
=2378.5N
切削扭矩： =10………………………2.3
=10×××
=9979N·mm
切削功率： =……………………………2.4
=9979×18/(9740×3.14×17.5)
=0.43kw
式中： HB——布氏硬度
F——切削力（N）
D——鉆頭直徑（mm）
f——每轉(zhuǎn)進給量（mm/r）
T——切削扭矩(N·mm)
V——切削速度（m/min）
P——切削功率(kw)
2.2.4選擇刀具結(jié)構(gòu)
泵體的布氏硬度在HB170-241，孔徑D為17.5mm刀具的材料選擇高速鋼鉆頭（W18Cr4V），為了使工作可靠、結(jié)構(gòu)簡單、刃磨簡單，選擇標準Φ17.5mm的麻花鉆?？准庸さ毒叩拈L度應保證加工終了時刀具螺旋槽尾端與導向套之間有30～50mm的距離，以便排出切屑和刀具磨損后有一定的向前的調(diào)整量。
2.3 鉆孔組合機床總設(shè)計“三圖一卡”的編制
總體設(shè)計方案的圖紙表達形式——“三圖一卡”設(shè)計，其內(nèi)容包括：
繪制被加工零件工序圖、加工示意圖、機床聯(lián)系尺寸圖、編制生產(chǎn)率卡。
2.3.1 被加工零件工序圖
1、被加工零件工序圖的作用及內(nèi)容
被加工零件工序圖是根據(jù)選定的工藝方案，表示一臺組合機床完成的工藝內(nèi)容，加工部位的尺寸、精度、表面粗糙度及技術(shù)要求，加工用的定位基準、夾具部位及被加工零件的材料、硬度等狀況的圖紙。它是在原零件圖基礎(chǔ)上，突出本機床的加工的內(nèi)容，加上必要的說明繪制成的，是組合機床設(shè)計的要依據(jù)，也是制造、使用、檢驗和調(diào)整機床的重要技術(shù)文件。泵體鉆孔組合機床的被加工零件工序圖如2.2所示。
圖上要內(nèi)容：
（1）被加工零件的形狀，要外廓尺寸和本機床要加工部位的尺寸、精度、表面粗糙度、形位精度等技術(shù)要求，以及對上道工序的技術(shù)要求等。
（2）本工序所選定的定位基準、夾緊部位及夾緊方向。
（3）被加工零件的名稱、編號、材料、硬度及被加工部位的加上余量等。
2、繪制被加工零件工序圖的注意事項
（1）為了使被加工零件工序圖清晰明了，一定要圖出被本機床的加工內(nèi)容。繪制時，應按一定的比例，選擇足夠的視圖及剖位視圖，突出加工部位（用粗實線），并把零件輪廓及與機床、夾具設(shè)計有關(guān)粗實線標記。如圖2.2中定位基準，機械夾壓位置及方向，輔助支承均須用規(guī)定的符號部（用細實線）表清楚，凡本道工序保證的尺寸、角度等，均應在尺寸數(shù)值下方面用表示出來。
圖2.2泵體工序圖
（2）加工部位的位置尺寸應由定位基準注起，為便于加工及檢查，有時因所選定位基準與設(shè)計基準不重合，則須對加工部位要求位置尺寸精度進行分析換算。
2.3.2 加工示意圖
1、加工示意圖的作用和內(nèi)容
加工示意圖是被加工零件工藝方案在圖樣上的反映，表示被加工零件在機床上的加工過程，刀具的布置以及工件、夾具、刀具的相對位置關(guān)系，機床的工作行程及工作循環(huán)等，是刀具、夾具、主軸箱、電氣和液壓系統(tǒng)設(shè)計選擇動力部件的要依據(jù)，是整臺組合機床布局形式的原始要求，也是調(diào)整機床和刀具所必需的重要文件。圖2.3為泵體鉆孔的加工示意圖
圖2.3加工示意圖
在圖上應標注的內(nèi)容：
（1）機床的加工方法，切削用量，工作循環(huán)和工作行程。
（2）工件、夾具、刀具及主軸箱端面之間的距離等。
（3）軸的結(jié)構(gòu)類型，尺寸及外伸長度；刀具類型，數(shù)量和結(jié)構(gòu)尺寸、接桿、導向裝置的結(jié)構(gòu)尺寸；刀具與導向置的配合，刀具、接桿、軸之間的連接方式，刀具應按加工終了位置繪制。
2、繪制加工示意圖之前的有關(guān)計算
（1）刀具的選擇
刀具選擇考慮加工尺寸精度、表面粗糙度、切削的排除及生產(chǎn)率要求等因素。刀具的選擇前已述及，此處就不在追述了。
（2）導向套的選擇
在組合機床上加工孔，除用剛性軸的方案外，工件的尺寸、位置精度要取決于夾具導向。因此正確選擇導向裝置的類型，合理確定其尺寸、精度，是設(shè)計組合機床的重要內(nèi)容，也是繪制加工示意圖時必須解決的內(nèi)容。
1）選擇導向類型 根據(jù)刀具導向部分直徑和刀具導向的線速度v=18m/min，選擇固定式導向。
2）導向套的參數(shù) 根據(jù)刀具的直徑選擇固定導向裝置
固定導向裝置的標準尺寸如下表：
表2.1 固定導向裝置的標準尺
d
d1
D
D1
D2
l
l1
l2
l3
l4
L5
17.5
17.5
40
30
34
150
40
17.5
12
17
46
固定裝置的配合如下表：
表2.2 固定裝置的配合
導向
類別
工藝
方法
D
D
D1
刀具導向
部分外徑
固定
導向
鉆孔
G7（或F8）
H7/g6
H7/n6
g6
固定導向裝置的布置如圖2.4所示
圖2.4 固定導向裝置的布置
（3）初定軸類型、尺寸、外伸長度
因為軸的材料為40Cr，剪切彈性模量G=81.0GPa,剛性軸取ψ＝1／4（0）／m,所以B取2.316，
根據(jù)剛性條件計算軸的直徑為：
dB……………………………………2.59
式中： d——軸直徑（mm）（24.65）
T——軸所承受的轉(zhuǎn)矩（N·mm）
B——系數(shù)
本設(shè)計中軸直徑d=17.5mm,軸外伸長度為：L=115mm，D/為40/28。
（4）選擇刀具接桿
由以上可知，主軸箱各軸的外伸長度為一定值，而刀具的長度也是一定值，因此，為保證主軸箱上各刀具能同時到達加工終了位置，就需要在軸與刀具之間設(shè)置可調(diào)環(huán)節(jié)，這個可調(diào)節(jié)在組合機床上是通過可調(diào)整的刀具接桿來解決的,連接桿如圖2.5所示，
圖2.5 可調(diào)連接桿
連接桿上的尺寸d與軸外伸長度的內(nèi)孔D配合，因此，根據(jù)接桿直徑d選擇刀具接桿參數(shù)如表2.3所示：
表2.3 可調(diào)接桿的尺寸
d
D1(h6)
d2
d3
L
l1
l2
l3
螺母
厚度
28
Tr28×2
莫氏1號
12.061
36
17.55
51
42
50
12
（5）確定加工示意圖的聯(lián)系尺寸
從保證加工終了時主軸箱端面到工件端面間距離最小來確定全部聯(lián)系尺寸，加工示意圖聯(lián)系尺寸的標注如圖2.3所示。其中最重要的聯(lián)系尺寸即工件端面到主軸箱端面之間的距離（圖中的尺寸321mm）,它等于刀具懸伸長度、螺母厚度、軸外伸長度與接桿伸出長度（可調(diào)）之和，再減去加工孔深度和切出值。
（6）工作進給長度的確定
如圖2.6工作進給長度應等于工件加工部位長度L與刀具切入長度和切出長度之和。切入長應應根據(jù)工件端面誤差情況在5～10mm之間選擇，誤差大時取大值，因此取=8mm，切出長度=1/3d+(3～8)= x17.5+712mm，所以=8+12+12=32mm.
（7）快進長度的確定
考慮實際加工情況，在未加工之前，保證工件表面與刀尖之間有足夠的工作空間，也就是快速退回行程須保證所有刀具均退至夾具導套內(nèi)而不影響工件裝卸。這里取快速退回行程為120mm，快退長度等于快速引進與工作工進之和，因此快進長度120-45=75mm.
2.3.3機床聯(lián)系尺寸圖
圖2.7 機床聯(lián)系尺寸圖
1、聯(lián)系尺寸圖的作用和內(nèi)容
一般來說，組合機床是由標準的通用部件——動力箱、動力滑臺、立柱、立柱底座加上專用部件組合而成。聯(lián)系尺寸圖用來表示機床各組成部件的相互裝配和運動關(guān)
系，以檢驗機床各部件的相對位置及尺寸聯(lián)系是否滿足要求，通用部件的選擇是否合適，并為進一步開展主軸箱、夾具等專用部件、零件的設(shè)計提供依據(jù)。聯(lián)系尺寸圖也可以看成是簡化的機床總圖，它表示機床的配置型式及總體布局。
如圖2.7所示，機床聯(lián)系尺寸圖的內(nèi)容包括機床的布局形式，通用部件的型號、規(guī)格、動力部件的運動尺寸和所用電動機的要參數(shù)、工件與各部件間的要聯(lián)系尺寸，專用部件的輪廓尺寸等。
2、選用動力部件
選用動力部件要選擇型號、規(guī)格合適的動力滑臺、動力箱。
（1）滑臺的選用 通常，根據(jù)滑臺的驅(qū)動方式、所需進給力、進給速度、最大行程長度和加工精度等因素來選用合適的滑臺。
1）驅(qū)動形式的確定 根據(jù)對液壓滑臺和機械滑臺的性能特點比較，并結(jié)合具體的加工要求，使用條件選擇HY系列液壓滑臺。
2）確定軸向進給力 滑臺所需的進給力
=∑=4×2378.5=9517.5N
式中： ——各軸加工時所產(chǎn)生的軸向力
由于滑臺工作時，除了克服各軸的軸的向力外，還要克服滑臺移動時所產(chǎn)生的摩擦力。因而選擇滑臺的最大進給力應大于＝9.517.5KN。
3）確定進給速度 液壓滑臺的工作進給速度規(guī)定一定范圍內(nèi)無級調(diào)速，對液壓滑臺確定切削用量時所規(guī)定的工作進給速度應大于滑臺最小工作進給速度的0.5～1倍;液壓進給系統(tǒng)中采用應力繼電器時，實際進給速度應更大一些。本系統(tǒng)中進給速度=n·f=18mm/min。所以選擇1HY32ⅡA液壓滑臺，工作進給速度范圍20～650mm/min，快速速度10m/min。
4）確定滑臺行程 滑臺的行程除保證足夠的工作行程外，還應留有前備量和后備量。前備量的作用是動力部件有一定的向前移動的余地，以彌補機床的制造誤差以及刀具磨損后能向前調(diào)整。本系統(tǒng)前備量為20mm，后備量的作用是使動力部件有一定的向后移動的余地，為方便裝卸刀具，這里取80mm,所以滑臺總行程應大于工作行程，前備量，后備量之和。
即：行程L＞120+20+80=220mm，取L＝630mm。綜合上述條件，確定液壓動力滑臺型號1HY32ⅡA,以及相配套的滑臺底座（1CC321型）。
（2）由下式確定動力箱的選用 動力箱要依據(jù)多軸所需的電動機功率來選用，在主軸箱沒有設(shè)計之前，可算
＝／η……………………………2.6
＝6*0.43／0.8
＝3.217.5KW
式中：η——主軸箱傳動效率，加工黑色金屬時η＝0.8～0.9；有色金屬時η＝0.7～0.8，本系統(tǒng)加工HT200，取η＝0.8．
動力箱的電動機功率應大于計算功率，并結(jié)合軸要求的轉(zhuǎn)速大小選擇。因此，選用電動機型號為Y132M1-6的1TD32I型動力箱，動力箱輸出軸至箱底面高度為180mm。要技術(shù)參數(shù)如下表：
表2.4電機型號及參數(shù)
電機傳動型號
轉(zhuǎn)速范圍（r/min）
電機功率（）
配套軸部件型號
電機轉(zhuǎn)速
輸出轉(zhuǎn)速
D50 Y132M1-6
960
470
4
1HY32ⅡA,1CC321,1CD321
3、配套支承部件的選用
立柱底座1CD322。
4、確定裝料高度
裝料高度指工件安裝基面至機床底面的垂直距離，在現(xiàn)階段設(shè)計組合機床時，裝料高度可視具體情況在H＝580～1060mm之間選取，本系統(tǒng)取裝料高度為800mm。
5、中間底座輪廓尺寸
中間底座的輪廓尺寸要滿足滑臺在其上面聯(lián)接安裝的需要，又考慮到與立柱底座相連接。因此，中間底座采用側(cè)底座1CD321。
6、確定主軸箱輪廓尺寸
本機床配置的主軸箱總厚度為340mm，寬度和高度按標準尺寸中選取。計算時，主軸箱的寬度B和高度H可確定為：B=320，H=17.50
根據(jù)上述計算值，按主軸箱輪廓尺寸系列標準，最后確定主軸箱輪廓尺寸B×H=320×17.50mm。
2.3.4生產(chǎn)率計算卡
生產(chǎn)率計算卡是反映所設(shè)計機床的工作循環(huán)過程、動作時間、切削用量、生產(chǎn)率、負荷率等技術(shù)文件，通過生產(chǎn)率計算卡，可以分析擬定的方案是否滿足用戶對生產(chǎn)率及負荷率的要求。計算如下：
切削時間： T切= L/vf+t?！?.7
= 45/74.7＋10/415
=0.617.5 min
式中： T切——機加工時間（min）
L——工進行程長度（mm）
vf—— 刀具進給量（mm/min）
t停——死擋鐵停留時間。一般為在動力部件進給停止狀態(tài)下，刀具旋轉(zhuǎn)5～10 r所需要時間。這里取10r
輔助時間 T輔 = +t移+t裝……………………2.8
= （75＋120）/1000+0.13+2
= 2.317.5min
式中： L3、L4 ——分別為動力部件快進、快退長度（mm）
vfk ——快速移動速度（mm/min）
t移 ——工作臺移動時間（min）,一般為0.05～0.13min,取0.13 min
t裝 ——裝卸工件時間（min）一般為0.5～1.5min,本例取2min
機床生產(chǎn)率 Q1 = 60/T單…………………………………2.9
= 60/（T切+T輔）
=60/（0.617.5+3.295）
=15.3 件/h
機床負荷率按下式計算 η = Q / Q1×100%…………………………2.10
= A / Q1tk×100%
=20000/15.3×1950×100%
=67.04%
式中：Q——機床的理想生產(chǎn)率（件/h）
A——年生產(chǎn)綱領(lǐng)（件）
tk——年工作時間，單班制工作時間tk =1950h
表2.5 生產(chǎn)率計算卡
3 主軸箱的設(shè)計
3.1 主軸箱的設(shè)計
3.1.1繪制主軸箱設(shè)計原始依據(jù)圖
主軸箱設(shè)計原始依據(jù)圖是根據(jù)“三圖一卡”繪制的如圖3.1所示:
圖3.1 鉆孔組合機床主軸箱
圖中主軸箱的兩定位銷孔中心連線為橫坐標，工件加工孔對稱，選擇箱體中垂線為縱坐標，在建立的坐標系中標注輪廓尺寸及動力箱驅(qū)動軸的相對位置尺寸。軸部為逆時針旋轉(zhuǎn)（面對軸看）。
軸的工序內(nèi)容，切削用量及軸尺寸及動力部件的型號和性能參數(shù)如表 3.1所示：
表3.1 軸外尺寸及切削用量
軸號
軸外伸尺寸
工序
內(nèi)容
切削用量
D/d
L
N
（r/min）
V
(m/min)
f
(mm/r)
Vf
(mm/min)
1、2、
3、4
40/28
115
鉆Φ17.5
415
18
0.18
74.7
注：1．被加工零件編號及名稱：箱體材料：HT200 JB297-62；硬度: HB170-241，
前、后、側(cè)蓋等材料為HT150
2．動力部件型號：1TD32I動力箱，電動機型號Y112M-6；功率P＝2.2kw。
3.1.2齒輪模數(shù)選擇
本組合機床要用于鉆孔，因此采用滾珠軸承軸。
齒輪模數(shù)m可按下式估算：
m=(30～32)=32×≈2.1……………2.11
式中：m——估算齒輪模數(shù)
P——齒輪所傳遞的功率（kw）
Z——對嚙合齒中的小齒輪數(shù)
N——小齒輪的轉(zhuǎn)速（r/min）
主軸箱輸入齒輪模數(shù)取m=2.5。
3.1.3主軸箱的傳動設(shè)計
（1）根據(jù)原始依據(jù)圖（圖3.2），畫出驅(qū)動軸、軸坐標位置。如下表：
表3.2 驅(qū)動軸、軸坐標值
坐標
銷O1
驅(qū)動軸O
軸1
軸2
軸3
軸4
X
－175
0
37
37
-37
-37
Y
0
86.5
103.5
17.59.5
17.59.5
103.5
（2）確定傳動軸位置及齒輪齒數(shù)
圖3.2 齒輪的最小壁厚
1）最小齒數(shù)的確定
為保證齒輪齒根強度，根據(jù)《組合機床簡明設(shè)計手冊》可知，驅(qū)動軸齒數(shù)要在21-24之間。
2）傳動軸2為軸1，2，3，4都各自在同一同心圓上。
主軸箱的齒輪模數(shù)按驅(qū)動軸齒輪估算
………………………2.17.5
主軸箱輸入齒輪模數(shù)取m=2.5。軸1，2，3，4要求的轉(zhuǎn)速一致且較高，所以采用降速傳動。軸齒數(shù)選取Z=21，傳動齒輪采用z=22齒的齒輪，變位系數(shù)。傳動軸的轉(zhuǎn)速為:
…………………………2.15
由于前面選取了軸直徑為40，顯然傳動軸直徑都選取40，這樣為了減少傳動軸種類和設(shè)計題目需要由于傳動軸轉(zhuǎn)速是，則驅(qū)動軸至傳動軸的傳動比為:
……………………………2.16
所以選擇兩級傳動，且傳動比分配為：一級為1.0×1.0;二級為1.4×1.0。
驅(qū)動軸的直徑為40mm，由《組合機床簡明設(shè)計手冊》查得知：t=33.3mm,當m=3時，驅(qū)動軸上的齒數(shù)為：
Zmin≥………2.17
去驅(qū)動齒輪齒數(shù)Z=24。
通用的齒輪有三種，即傳動齒輪、動力箱齒輪和電機齒輪。材料均為45鋼，熱處理為齒部高頻淬火G54。本機床齒輪的選用按照下表選用
表2.8齒輪種類及參數(shù)
齒輪種類
寬度（mm）
齒 數(shù)
模數(shù)（mm）
孔徑（mm）
驅(qū)動軸齒輪
24
32
17～50連續(xù)
17～70
2、2.5、3
2、2.5、3、4
15、20、30、35、40
17.5、30、35、40、50
傳動軸齒輪
44（B型）
21-24
3
17.5、30、35、40、50
輸出軸齒輪
32
21-24
3
18、22、28、32、36
計算各軸轉(zhuǎn)速
使各軸轉(zhuǎn)速的相對轉(zhuǎn)速損失在5%以內(nèi)，由公式：V= 知：
n1=n2=n3=n4=18x1000/3.17.5/17.5=415r/min…………………2.18
3.1.4繪制傳動系統(tǒng)圖
傳動系統(tǒng)圖是表示傳動關(guān)系是示意圖，即用以確定的傳動軸將驅(qū)動軸和各軸連接起來，繪制在主軸箱輪廓內(nèi)的傳動示意圖，如圖3.3所示
圖3.3 鉆孔主軸箱傳動系統(tǒng)圖
圖中傳動軸齒輪和驅(qū)動軸齒輪為第Ⅰ排。在圖中標出齒輪的齒數(shù)、模數(shù)、變位系數(shù)，以校核驅(qū)動軸是否正確。另外，應檢查同排的非嚙合齒輪是否齒頂干涉；還畫出軸直徑和軸套直徑，以避免齒輪和相鄰的軸軸套相碰。
3.2 傳動軸的直徑估算
傳動軸除應滿足強度要求外，還應滿足剛度的要求，強度要求保證軸在反復載荷和扭載荷作用下不發(fā)生疲勞破壞。機床傳動系統(tǒng)精度要求較高，不允許有較大變形。因此疲勞強度一般不失是要矛盾，除了載荷很大的情況外，可以不必驗算軸的強度。剛度要求保證軸在載荷下不至發(fā)生過大的變形。因此，必須保證傳動軸有足夠的剛度。
3.2.1 確定各軸轉(zhuǎn)速
⑴、確定軸計算轉(zhuǎn)速：計算轉(zhuǎn)速是傳動件能傳遞全部功率的最低轉(zhuǎn)速。各傳動件的計算轉(zhuǎn)速可以從轉(zhuǎn)速圖上，按軸的計算轉(zhuǎn)速和相應的傳動關(guān)系確定。
根據(jù)【1】表3-10，軸的計算轉(zhuǎn)速為
⑵、各變速軸的計算轉(zhuǎn)速：
①軸Ⅲ的計算轉(zhuǎn)速可從軸71r/min按72/18的變速副找上去，軸Ⅲ的計算轉(zhuǎn)速為
100r/min；
②軸Ⅱ的計算轉(zhuǎn)速為400r/min；
③軸Ⅰ的計算轉(zhuǎn)速為800r/min。
⑶、各齒輪的計算轉(zhuǎn)速
各變速組內(nèi)一般只計算組內(nèi)最小齒輪，也是最薄弱的齒輪，故也只需確定最小齒輪的計算轉(zhuǎn)速。
變速組c中，22/86只需計算z = 22 的齒輪，計算轉(zhuǎn)速為280r/min；
變速組b計算z = 18的齒輪，計算轉(zhuǎn)速為400r/min；
變速組a應計算z = 28的齒輪，計算轉(zhuǎn)速為800r/min。
⑷、核算軸轉(zhuǎn)速誤差
∵
∴
所以合適。
3.2.2傳動軸直徑的估算：確定各軸最小直徑
根據(jù)【5】公式（7-1），，并查【5】表7-13得到取1.
①Ⅰ軸的直徑：取
②Ⅱ軸的直徑：取
③Ⅲ軸的直徑：取
其中：P-電動機額定功率（kW）；
-從電機到該傳動軸之間傳動件的傳動效率的乘積；
-該傳動軸的計算轉(zhuǎn)速（）；
-傳動軸允許的扭轉(zhuǎn)角（）。
當軸上有鍵槽時，d值應相應增大4～5%;當軸為花鍵軸時，可將估算的d值減小7%為花鍵軸的小徑;空心軸時，d需乘以計算系數(shù)b，b值見【5】表7-12。Ⅰ和Ⅳ為由鍵槽并且軸Ⅳ為空心軸，Ⅱ和Ⅲ為花鍵軸。根據(jù)以上原則各軸的直徑取值：，和在后文給定，軸采用光軸，軸和軸因為要安裝滑移齒輪所以都采用花鍵軸。因為矩形花鍵定心精度高，定心穩(wěn)定性好，能用磨削的方法消除熱處理變形，定心直徑尺寸公差和位置公差都能獲得較高的精度，故我采用矩形花鍵連接。按規(guī)定，矩形花鍵的定心方式為小徑定心。查【15】表5-3-30的矩形花鍵的基本尺寸系列，軸花鍵軸的規(guī)格；軸花鍵軸的規(guī)格。
④各軸間的中心距的確定：
；
；
；
3.2.3 鍵的選擇
查【4】表6-1選擇軸上的鍵，根據(jù)軸的直徑，鍵的尺寸選擇，鍵的長度L取22。