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机电工程学院

毕业设计说明书

设计题目: 柴油机气缸体工艺及专用机床设计

学生姓名： 张炎涛
学 号： 142043
专业班级： 机自0402
指导老师： 马玉平

年 5 月 31 日

目 录

1 绪论………………………………………………………………………1
1.1 课题起源和意义………………………………………………………1
1.2 组合机床组成及分类………………………………………………1
1.3 组合机床特点………………………………………………………2
2 被加工零件工艺方案确实定…………………………………………3
2.1 零件工艺分析………………………………………………………3
2.2 零件工艺方案确实定…………………………………………………3
2.3 机床加工方案确定……………………………………………………4
2.4 切削用量确实定………………………………………………………4
3 组合机床总体设计——“三图一卡” …………………………………6
3.1 被加工零件工序图……………………………………………………6
3.2 加工示意图……………………………………………………………6
3.3 机床尺寸联络图………………………………………………………8
3.4 生产率计算卡………………………………………………………11
4 组合机床多轴箱设计…………………………………………………17
4.1 多轴箱选择………………………………………………………17
4.2 多轴箱设计原始依据图……………………………………………18
4.3 多轴箱传动设计……………………………………………………19
4.4 主轴、传动轴、齿轮确实定及动力计算…………………………26
4.5 多轴箱总图及零件图绘制………………………………………30
4.6 镗刀具设计………………………………………………………31
5 夹具滑台和专用夹具设计……………………………………………32
5.1 零件定位分析………………………………………………………32
5.2 零件夹紧分析及计算………………………………………………32
5.3 夹具滑台选择……………………………………………………35
5.4 夹具设计……………………………………………………………35
设计总结……………………………………………………………………37
致谢…………………………………………………………………………38
参考文件……………………………………………………………………39
1 绪论
1.1 课题起源和意义
1.1.1 课题起源
该课题来自工厂，柴油机气缸体是柴油机上关键零件，年产量为10000件。生产中常见组合机床和专用机床组成流水线进行组织生产。本课题依据于此，是专用机床结构设计。
依据图样技术要求要求，三轴两工位立式镗床用于粗镗气缸孔基刮止口，气缸材料为HT250，硬度180~230HB，加工余量为5mm，零件外形尺寸为860mm×320mm×425.4mm。
本设计包含到机制专业学生所学关键专业课和专业基础课，能充足得到机制专业方面能力训练。要求在设计过程中掌握专用机床设计方法，尽可能采取合理机床设计方案，确保加工精度、生产率和操作方便。
1.1.2 课题意义
组合机床是集机电于一体综合自动化程度较高制造技术和成套工艺装备,它特征是高效、高质、经济实用,所以被广泛用于工程机械、交通、能源、军工、轻工、家电等行业。
柴油机是大量生活设备及生产机械关键动力部件，柴油机气缸体是柴油机关键元件，是需要大批量生产产品。而她特殊不规则机构已经不能用常见机床加工了，必需设计专用机床来快速生产并要确保质量，所以可在自动线上完成一系列加工，而本课题只是这条加工自动线上一道工序。现有技术已经完全能够完成本道工序自动化加工，可提升生产效率，提升加工精度，降低劳动强度。
1.2 组合机床组成及分类
组合机床是依据工件加工需要，以大量通用部件为基础，配以少许专用部件组成一个高效专用机床。
通常组合机床由以下部件组成：动力箱、多轴箱、滑台、切削头、夹具、侧底座、中间底座、液压装置、电气设备、刀工具等。
组合机床通用部件分大型和小型两大类。大型通用部件是指电机功率为1.5——30千瓦动力部件及其配套部件。这类动力部件多为箱体移动结构形式。小型通用部件是指电机功率在0.1——2.0千瓦动力部件及其配套部件。这类动力部件多为套筒移动结构形式。用大型通用部件组成机床称为大型组合机床。用小型通用部件组成机床成为小型组合机床。
组合机床除分为大型和小型外，按配置形式又分为单工位和多工位机床两大类。单工位机床又有单面、双面、三面和四面多个工作形式，多工位机床则有移动工作台式、回转工作台式、中央工作台式和回转鼓轮式等工作形式。
1.3 组合机床特点
组合机床特点：
（1）关键用于箱体类零件和其它不规则零件孔面加工。
（2）生产率高。因为工序集中，可多面，多工位，多轴，多刀同时自动加工。
（3）加工精度稳定。因为工序集中，可选择成熟通用部件，精密夹具和自动工作循环来确保加工精度一制性。
（4）研制周期短，便于设计，制造和使用维护，成本低。因为通用化，系列化，标准化程度高，通用零部件占70%——90%，通用件可组织批量生产进行预制或外购。
（5）自动化程度高，劳动强度低。
（6）配置灵活，因为结构模块化，组合化。可按工件或工序要求，用大量通用部件和少许专用部件灵活组成加工各类零件用组合机床及自动线；机床易于改装；产品或工艺改变时，通用部件通常还能够反复使用。
2 被加工零件工艺方案确实定
2.1 零件工艺分析
本课题设计机床是专用来加工柴油机六个气缸孔及止口粗加工组合机床。气缸体共六个气缸孔，公差带为H11，且有一定位置度要求，满足位置度公差值为⊙0.3，且满足独立标准，即孔位置公差应小于⊙0.3mm，不受尺寸公差带限制。
对于箱体类零件有较高精度孔加工，定位基准常采取“一面两孔”定位。在本道工序中，采取地面作为定位基准面，“两孔”选择地面定位销孔，一孔用圆柱销一孔用菱形销，夹紧力作用在顶面。这么消除了工件六个自由度，定位稳定可靠，有利于提升各孔位置精度。
零件生产批量试举定采取单工位、双工位或自动线，还是按中小批生产特点设计组合机床关键原因。此次设计所加工零件生产节拍是30分钟/每件，生产纲领为10000件，属于大批量生产，工序安排通常趋于分散，且粗、精加工分布在不一样机床上加工完成，经过调研，可考虑采取液压传动机床。
2.2 零件工艺方案确实定
1. 铸造零件毛坯
2. 粗、精铣定位底面
3. 粗镗气缸孔，刮止口（本课题设计内容）
4. 精镗气缸孔，刮止口
5. 热处理
6. 去毛刺，清洗
7. 终检
本课题设计专用机床就是用来完成粗镗气缸孔、刮止孔这一工序，气缸孔有三个不一样直径加工面，设计第一把镗刀用来平整铸造出通孔，第二、三把镗刀切削圆柱面。
2.3 机床加工方案确定
大型组合机床配置型式可分为单、多工位两大类，根据工序集中程度和不一样生产需要还有其它配置型式。工序高度集中组合机床结合工件特定情况来配置，并增设动力部件来加工工件多个表面。用于大批量生产组合机床，为提升生产率，除缩短加工时间和辅助时间，尽可能使辅助时间和加工时间重合外，还可考虑在每个工位上同时安装多个工件同时加工，或在一个工位上设置几套夹具。本课题设计机床要加工位是一样规格呈直线排列六个气缸孔，依据被加工零件结构特点和技术要求分析，大致可确定采取立式三轴两工位。配置主轴箱一个，立式液压滑台一个，滑动夹具工作台一个，专用夹具一套，PC控制变频调速系统一套，单独液压站驱动液压系统一套。
2.4 切削用量确实定
1、确定切削速度V、转速n、进给量和
由参考文件【1】《组合机床设计》表3-11查得，采取硬质合金刀具粗镗铸铁时切削速度V=35-50m/min。
粗镗128.5mm孔时 取V=50m/min
n=
取实际转速n=120r/min则实际切削速度
V=
粗镗122.5mm孔时 取V=48m/min
n=
取实际转速n=120r/min则实际切削速度
V=
粗镗119.5mm孔时 取V=46m/min
n=
取实际转速n=120r/min则实际切削速度
V=
每转进给量f=0.4-1.5mm/r，取f=0.9mm/r
则每分钟进给量=n×f=120×0.9=108mm/min
2、确定切削力F 切削转矩T 切削功率P
由参考文件【3】《专用机床设备设计》表7-24得硬质合金刀具镗孔时一系列公式以下：
圆周力
切削转矩
切削功率
—切削深度(mm) =3mm (每刀切削深度不一样，最大为3mm)
f—进给量(mm/r) f=0.9mm
HB—布氏硬度
HB=HBmax-1/3(HBmax-HBmin)=230-1/3(230-180)=213.3
D—加工直径（mm）
V=切削速度(m/min)
最大圆周力N
最大径向力
最大切削转矩Nmm
最大切削功率

3 组合机床总体设计——“三图一卡”
3.1 被加工零件工序图
被加工零件工序图是依据已确定工艺方案，表示在该组合机床上完成工艺内容，加工部件尺寸、精度，表面粗糙度及技术要求，加工用定位基准，加紧部件和被加工零件材料、硬度和在本机床加工前加工余量，毛坯或半成品情况图样。除了设计研制协议外，它是组合机床设计具体依据，也是制造、使用、调整和验收机床精度关键文件。被加工零件工序图是在被加工零件图基础上，突出本机床加工内容，并作出必需说明而绘制。
3.1.1 被加工零件工序图包含内容
（1） 被加工零件外形和关键轮廓尺寸，和和本工序机床设计相关部件结构形状和尺寸。如本设计加工零件外形尺寸854mm×320mm×425.4mm。
（2） 本工序选择定位基准、加压部位及加紧方向，方便据此进行夹具设计和导向设计。本设计选择底面为定位基准，底面及底面上两销定位，顶面加紧。
（3） 本工序加工表面尺寸、精度、表面粗糙度、形位公差等技术要求和对上一道工序技术要求。本设计工序加工表面为气缸孔，尺寸分别为mm,mm,和mm。位置公差为。
（4） 注明被加工零件名称、编号、材料、硬度和加工余量。本加工零件为气缸体，材料为HT250，硬度为180—230HBS，总加工余量为5mm。
3.1.2 另附被加工零件工序图
3.2 加工示意图
加工示意图是在工艺方案和机床总体方案初步确定基础上绘制，是表示工艺方案具体内容机床工艺方案图，是设计刀具、辅具、夹具、多轴箱和液压、电器系统和选择动力部件、绘制机床总联络尺寸图关键依据，是对机床总体布局和性能原始要求，也是调整机床和刀具所必备关键技术文件。
3.2.1 加工示意图表示和标注内容
（1） 反应机床加工方法、加工条件及加工过程。本课题设计是三轴二工位立式组合镗床，用于粗镗气缸孔刮止口。加工过程：第一组刀具镗mm孔，预切削去除铸件表面不光滑毛刺等；第二组刀镗mm；第四组刀刮止口mm。
（2） 依据加工部位特点及加工要求，确定刀具类型、数量、结构尺寸（直径和长度）。为确保机床加工效率，避免在镗孔时需要二次调整夹具，选择刚性主轴，在主轴箱前盖加专用套杯固定。选择硬质合金镗刀头装在专用镗杆上，在确定专用镗杆直径时要确保镗杆有足够刚度，又要使镗杆和工件间有合适容屑空间。镗杆直径d=（0.6—0.8）D=0.8×119.5=95.6mm。取镗杆直径为96mm镗杆用优质合金结构钢制造，经过铸造、调质、淬火（或渗碳处理）。
（3） 确定主轴结构类型、规格尺寸及外伸长度。查《组合机床简明设计手册》表3-4可知主轴轴径选50mm，为承受较大径向力和轴向力这里选择圆锥轴承主轴，型号为50-1T0721-41刚性主轴，主轴外伸40mm。
（4） 标明主轴、夹具和工件之间联络尺寸、配合及精度。
（5） 依据机床要求生产率及刀具材料特点，合理确定并标注主轴切削用量。
（6） 确定机床传动部件工作行程及工作循环。选择1HY63型立式机床，加工深度为345mm，查《组合机床设计》表3-24选择切入长度为10mm，切出长度为10mm，初步确定工进深度为365mm。
3.2.2 另附加工示意图
3.3 机床尺寸联络图
机床联络尺寸图是以被加工零件工序图和加工示意图为依据，并根据初步选定关键通用部件总体结构绘制。它用来表示机床配置形式、关键组成及部件安装位置、相互联络、运动关系和操作方位总体布局图。它用于检验各部件相对位置及尺寸联络能否满足加工要求和通用部件选择是否适宜。它为多轴箱、夹具等专用部件设计提供关键依据。它能够看成机床总体外观简图。尤其轮廓尺寸、占地面积、操作方法等能够检验是否适合现场使用环境。
3.3.1 选择动力箱、动力滑台、立柱及其侧底座
动力部件选择关键是确定动力箱和动力滑台。本工序依据已定工艺方案和机床配置型式并结合使用及修理等原因，确定机床为立式两工位液压传动组合机床，液压滑台实现工作进给运动，选择配套动力箱驱动多轴箱镗孔主轴。
动力箱规格和滑台匹配，其驱动功率关键依据多轴箱所传输切削功率来选择。

式中——消耗于各主轴切削功率总合，单位为kW；
——多轴箱传动效率，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；这里取0.9。
所以：
kW
依据《组合机床设计简明手册》表5-39选1TD50-ⅴ型动力箱驱动（r/min；电动机选Y160M-6，功率为7.5 kW）
进给速度： mm/min
依据切削速度能够确定进给力为：

则多轴箱所需要进给力为=16578N
由《组合机床简明设计手册》表2-4，并依据动力箱尺寸，选择1HY63动力滑台，相配合1CL63型立柱，1CD631侧底座。
3.3.2 确定机床装料高度H
装料高度指工件安装基面至地面垂直距离，在确定机床装料高度时，首先要考虑工人操作方便性；对于流水线要考虑车间运输工件滚道高度；对于自动线要考虑中间底座足够高度，方便许可内腔经过随行夹具返回系统或冷却排屑系统，其次是机床内部结构尺寸限制和刚度要求。实际设计时常在850～1060之间选择。考虑到排屑、机床刀具调整方便和车间内工件传送滚道高度，选择装料高度为940mm，本设计所选动力滑台高度为450mm，输送装置高度为60mm，则侧底座高度为430mm。
初步确定动力部件工作行程图表示：

3.3.3 确定夹具轮廓尺寸
关键确定夹具底座长，宽，高尺寸。工件轮廓尺寸和形状是确定夹具底座轮廓尺寸基础依据。具体要考虑部署工件定位，限位，夹紧机构，刀具导向装置和夹具底座排屑和安装等方面空间和面积需要。
因为本设计课题中工件外形尺寸为854mm×320mm×425.4mm，初选夹具外形尺寸为1000mm×800mm×460mm。
3.3.4 确定多轴箱轮廓尺寸

依据标准，镗类立式多轴箱厚度为340mm。所以，确定多轴箱尺寸，关键是确定多轴箱宽度B和高度H及最低主轴高度h。依据实际情况和动力箱选择，查《组合机床简明设计手册》表7-1及表7-4我们能够初定多轴箱轮廓尺寸800×630。
查《组合机床简明设计手册》表7-2我们能够初步确定多轴箱后盖和动力箱法兰尺寸。

其中为100mm，A为600mm，为180mm，h为250mm,为100mm，L为125mm。后盖和动力箱连接法兰尺寸630×499.5。
查《机床设计简明手册》表5-40确定多轴箱和动力箱结合面上联接螺孔、定位销孔及其位置。

其中L=1000mm，=630mm，=170mm，=490mm，=50mm，±0.2=100mm，±0.2=200mm，±0.2=300mm，±0.2=400mm，±0.2=500mm，=mm，键14×63mm，=9-M16-6H，=12-M16-6H 深35mm，（锥销）=16×70mm，=300mm，K=169.5mm，t=249.5mm，=499.5mm，±0.05=280mm，=80mm，=21mm，=210mm，=50mm，=130mm，=200mm，=630mm，=500mm，±0.2=450mm，=15mm，=120mm，=280mm，=440mm，=575mm，±0.02=560mm，±0.2=590mm，B=800mm，E=50mm，=70mm，=85mm。
3.3.5 另附机床联络尺寸图
3.4 生产率计算卡
依据加工示意图所确定工作循环及切削用量等，就能够计算机床生产率并编制生产效率计算卡。生产率计算卡是反应机床生产节拍或生产实际生产率和切削用量﹑动作时间﹑生产纲领及负荷率等关系技术文件。它是用户验收机床生产效率关键依据。
3.4.1 理想生产率Q
理想生产率Q（单位为件/h）是指完成年生产纲领A（包含备品及废品率）所要求机床生产率。它和整年工时总数相关，通常情况下，两班制取4600h。则

3.4.2 实际生产率
实际生产率（单位为件/h）是指所设计机床每小时实际可生产零件数量。即

式中 ——生产一个零件所需要时间（min），可按下式计算：

式中,,——为刀具工作进给长度，单位为mm;
,,——为刀具工作进给量，单位为mm/min；
﹑——分别为动力部件快进﹑快退形成长度，单位为mm；
——当加工沉孔，止口，倒角、光整平面时，动力滑台在死挡铁上停留时间，通常指刀具在加工终了时无进给状态下旋转5∽10r所需时间（min）；
——动力部件快速行程速度。用机械动力部件时取5～6m/min；用液压动力部件时取3～10m/min；查《组合机床设计》表2-3取5m/min。
——直线移动或回转工作台进行一次工位转换时间，一
般取0.1min；
——工件装卸﹑卸（包含定位或撤销定位﹑夹紧或松开﹑清理基面或切屑及吊晕工件等）时间。它取决于装卸自动花程度﹑工件重量大小﹑装卸是否方便及工人熟练程度。通常取0.5～1.5min。这里取1min。
则 min
=2.56>Q
计算出机床实际生产率能满足理想生产率要求，时可行方案。
3.4.3 机床负荷率
>，机床负荷率为二者之比。即

4 组合机床多轴箱设计
4.1 多轴箱选择
多轴箱由通用零件如箱体、主轴、传动轴、齿轮和附加机构组成，标准厚度180mm，立式机床多轴箱前盖兼作油池，加厚到70mm，后盖厚度为90mm。箱体内腔安排两排32mm宽齿轮。箱体宽度和高度依据配套滑台规格按要求系列尺寸（《组合机床设计简明手册》 表7-1）选择，选定多轴箱编号为800×630T0711-11。箱体材料为HT200，前后盖材料为HT150。多轴箱后盖和动力箱法兰尺寸可查表查出，其结合面上连接螺孔、定位销孔及螺孔位置相适应。
查《组合机床设计简明手册》图7-1及表7-3通用多轴箱体结构尺寸及螺孔位置

宽度方向（B）螺孔距：
前壁：=30mm，=30mm，=190mm，=350mm，=510mm，=670mm，=730mm；
后壁：=30mm，=50mm，=250mm，=450mm，=650mm，=730mm。
高度方向（H）螺孔距：
前壁：=50mm，=210mm，=370mm，=530mm，=580mm;
后壁：=50mm，=210mm，=370mm，=530mm，=580mm。
上盖螺孔距：=100mm，A=600mm，=193mm，=387mm，=580mm；
侧盖螺孔距：=180mm，=250mm，=115mm，=230mm。
其它：=100mm，=125mm，=55mm，=25mm，=M12，
=M16，=M20，=90mm，=40mm，=14mm，
=40mm，=35mm，=18mm，=30mm，=43mm，
=18mm，=16mm，=8mm，=12mm，R=30mm。
4.2 多轴箱设计原始依据图
依据“三图一卡”绘制多轴箱设计原始依据图，关键内容为：
1、 依据机床联络尺寸图绘制多轴箱外形图，标注轮廓及动力箱驱动轴相对位置尺寸。
2、 依据联络尺寸图和加工示意图，标注全部主轴位置及工件和主轴、主轴和驱动轴相对位置尺寸。
3、 依据加工示意图标注各主轴转速及转向。
4、 列表标明各主轴工序内容、切削用量和外伸尺寸等。
5、 标明动力部件型号及其性能参数等。

注：1.材料及硬度：材料HT250，硬度180~230HB
2.主轴外伸尺寸及切削用量
轴号
主轴外
伸尺寸
（mm）
切削用量
备注
工序内容
n（rmin-1）
V(mmin-1)
f(mmr-1)
1、2、3
40
镗119.5mm孔
120
45.03
108

1、2、3
40
镗122.5mm孔
120
46.16
108

1、2、3
40
镗128.5mm孔
120
48.42
108

4.3 多轴箱传动设计
4.3.1 传动方案设计
多轴箱传动设计，是依据动力箱驱动轴位置和转速、各主轴位置及其转速要求，包含传动链，把驱动轴和各主轴联络起来，使各主轴取得预定转速和转向。
在确保主轴强度、刚度、转速和转向条件下，努力争取使传动轴和齿轮规格、数量最少。尽可能不用主轴带动主轴方案，以免增加主轴负荷，影响加工质量。为了使结构紧凑，多轴箱内齿轮副传动比通常要大于（最好传动比为），后盖内齿轮传动比许可取至；尽可能避免升速传动。用于粗加工主轴齿轮，应尽可能设置在第Ⅰ排，以降低主轴扭转变形。另外应注意，刚性镗孔主轴上齿轮，其分度圆直径要尽可能大于被加工孔孔径，以降低震动，提升运动平稳性。
依据三主轴要求转速等技术参数全部相同，而且呈直线分布情况，可在主轴连线垂直平分线上设传动轴，由其上一个或多个齿轮来带动各主轴。初步确定多根传动轴对称传动方案：
三主轴是中心对称，可设计对称传动轴，以简化设计。初步确定传动方案图以下：

此方案中轴4、5、6全部是传动轴，4在中心线上，5、6型号相同以中心线相对称。
依据选择1TD50-Ⅴ动力箱，其输出转轴速为485r/min，要求主轴转速为120r/min，可计算出总传动比，选定由电动机输出轴到传动轴4传动比为，传动轴4道主轴1传动比为。
查《组合机床简明设计手册》表7-22能够初步选定动力箱齿轮为3×24
×40-1T0741-41，宽度取84mm。
4.3.2 确定传动轴位置及齿轮齿数
传动轴4取在驱动轴0正下方，垂直方向位置待齿数确定后便可确定。
驱动轴0和传动轴4之间传动比为，则传动轴4上第Ⅲ排齿轮齿数为
，转速为r/min，可确定驱动轴0和
传动轴4之间距离为108mm。传动轴4第Ⅱ排齿轮和主轴1上齿轮齿合，
主轴1和传动轴4之间距离为=216mm，又知道传动轴4到主轴1传动
比为，我们取齿轮模数为3mm，轴4直径均为50mm，可求出=25，=50。
主轴1转速为。
取第Ⅰ排齿轮模数也为3mm，已知即，传动
轴4和主轴2距离为，可求出，=56，
。由此能够确定传动轴5和主轴2转速为
r/min。 ，所以齿轮5在齿轮2、4
连线向外偏移一部分。
传动轴6、主轴3和传动轴5、主轴2相关中心线对称。即=56，
=56，=121.25。
4.3.3 润滑油泵和手柄轴安置
本多轴箱采取叶片油泵润滑，油泵供油至分油器经油管分送到第二排齿
轮和第三排齿轮。本箱体尺寸中等，主轴数目较少，所以只设置一个润滑油
泵。因为是立式机床，油在前盖内，由油管分散引至最高排齿轮上面，使主
轴箱内传动件得到润滑，所以把油泵安装在前盖内，油泵齿轮放在第三排。在关键传动步骤安排好以后，给油泵轴安排一个适宜位置。叶片润滑泵使用转速为400~800r/min，叶片润滑油泵中心线离油面高度不应大于400~500mm。
本设计中选择ZIR12-2液压泵（z=24，m=3）。油泵轴转速
，输油量根据《组合机床设计简明手册》图7-13选择，供油量Q=2.8L/min，吸油高度H=0.68m，查表7-4可知注油量为11L。
多轴箱设置手柄轴，用于对刀、调整或装配检修时检验主轴精度。为了
扳动起来方便，手柄轴转速应尽可能高些，其所处位置要靠近机床操作者
一侧，而且是便于下扳手地方。另外，手柄轴周围应由较大空间，
方便扳动一次手柄轴转角大于60度。传动系统安排好后，按上述要求从
传动轴中选择一根作为手柄轴。
本设计中选定传动轴6作手柄轴，周围有足够大空间能够进行上述操
作。
4.3.4 演算各主轴转速。
（ 符合要求）
4.3.5 多轴箱坐标计算
为了便于多轴箱体加工，我们选择坐标原点为定位销直角坐标系为
加工基准坐标架。
依据原始依据图算出驱动轴、主轴坐标尺寸如表所表示：
坐标
销孔
驱动轴O
主轴1
主轴2
主轴3
X
0.000
350.000
350.000
620.000
80.000
Y
0.000
169.500
390.000
390.000
390.000
传动轴4和驱动轴1定距，已知，又知，=
169.500，则

主轴3、传动轴4和传动轴5定距，已知=350.000，=277.500，
=80.000，=390.000，则=292.500mm，=126.000mm，=168.000mm
作5a⊥34，垂足为a，查《组合机床设计》可知
=167.358mm

mm
mm
mm
则：=+-=228.84 =+-=312.088

过主轴1和传动轴4做直角坐标系，传动轴5和传动轴6相关x’轴对
称。
已知mm，mm
则：mm

安排油泵轴7齿轮和传动轴0齿轮啮合，且传动轴0和油泵轴7连线和中心线角度为450，已知，则
，，

各传动轴坐标尺寸如表所表示：
坐标
销孔
驱动轴O
主轴1
主轴2
主轴3
传动轴4
传动轴5
传动轴6
油泵轴
7
X
0.000
350.000
350.000
620.000
80.000
350.000
228.840
471.160
400.907
Y
0.000
169.500
390.000
390.000
390.000
277.500
312.088
312.088
118.593
4.3.6 验算各坐标点
由中心距许可误差可知
mm
（符合要求）
mm
（符合要求）
因为传动轴5、6相关传动轴4和主轴一中心线

（符合要求）
mm
mm
（符合要求）
4.4 主轴、传动轴、齿轮确实定及动力计算
4.4.1 主轴型式和直径、齿轮模数确实定
1、主轴选择滚锥轴承短主轴，可承受较大径向和轴向力，且结构简单，装配调整方便。和刀具刚性连结。
主轴直径按加工示意图所表示主轴类型及外伸尺寸可初步确定为50mm。
主轴直径计算：

式中： d——轴直径（mm）
M——轴所传输扭矩（N·mm）；
——轴抗扭截面模数（），实心轴 ；
——许用剪切应力（N/mm2），45钢=31N/mm2
B——系数。在本计算中取B=7.3。
经过计算，初定主轴直径满足要求，确定主轴直径d=50，型号为50T0721-42。主轴材料采取40Cr钢。
2、齿轮模数根据公式估算：

式中 P——齿轮所传输功率，单位为kW
z—— 一对啮合齿轮中小齿轮模数
n——小齿轮转速，单位为r/min
选定模数为3，而且全部传动关系之间使用相同模数。
4.4.2 多轴箱所需动力计算
多轴箱所需功率按下列公式计算：

主轴切削功率根据选定切削用量按公式计算取得；轴空转功率按
《组合机床设计简明手册》表4-6确定；每根轴上功率损失为1%。
已知,
则：

4.4.3 传动轴确实定
依据《组合机床设计简明手册》 表4-4选择传动轴参数及型号。d=50mm，
型号为50T0731-41。传动轴用45钢，调制T235。
主轴和传动轴装配表：
轴号
轴颈
轴型号

转速
T0741-91齿轮
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
0
40

485

32440
1
50
50-1T0721-41
121.25
35050

2、3
50
50-1T0721-41
121.25

35650

4
50
50-1T0731-44
242.5
32850
32550
34250
5
50
50-1T0731-43
121.25

35650

6
50
50-1T0736-43
121.25

35650

7
叶片液压泵ZIR12-2及齿轮（z=24，m=3）d=20
续
轴号
T0721-51套
T0721-52键套
T0721-84键
1
2
3
1
2
0

12×36

1
50×21.5
50×65.5

14×28

2、3
50×65.5
50×21.5

14×28

4
50×16
50×21.5
50×21.5
12×50
14×22
14×70
5
50×65.5
50×21.5

14×28

6
50×65.5
50×21.5

14×28

7

续
轴号
滚动轴承
30210
51210
6014
0

1
2
1
1
2、3
2
2
2
4
2

5
2

6
2

7

4.4.4 验算传动轴直径
因为
式中，B——系数，查《组合机床设计》表3-19可知传动轴B=5.2，主轴
B=7.3则：
N/m=137835N/mm
<40mm（符合要求）
N/m=267400N/mm
mm<50mm（符合要求）
N/m=175641N/mm
<50mm（符合要求）
N/m=169340N/mm
mm<50mm（符合要求）
4.4.5 计算齿轮强度
因为镗刀主传动为轻载传动，所以只验算接触强度。选择驱动轴齿轮验
算，选齿轮材料为40Cr（调质），硬度为300HBS，齿轮接触疲惫强度极限
=770Mpa。齿宽B=32mm。组合机床为通常工作机，速度不高，故选择7
级精度。
依据公式：
式中 ——材料弹性系数，查《机械设计手册》表23·2-29，取=189.8
——节点区域系数，查《机械设计手册》图23·2-16，取=2.5
——接触强度计算重合度和螺旋角系数，
查《机械设计手册》图23·2-17，取==0.8485×1=0.8485
——使用系数，查《机械设计手册》表23·2-24，
——动载系数，查《机械设计手册》式23·2-12

——齿间载荷分配系数，查《机械设计手册》表23·2-28，
=1.0
——齿向载荷分布系数，查《机械设计手册》式23·2-13，
=1.36
——圆周力
——齿宽,b=32mm
——分度圆直径,d=72mm
——传动比，取u=2
式中相关数据及系数以下：
m=3mm、z=23、=485r/min、、、
得出 ： 755.97Mpa<770Mpa
4.5 多轴箱总图及零件图绘制
4.5.1 多轴箱总图设计
多轴箱总图设计包含主视图、展开图，编制装配表，制订技术条件四部
分。主视图表明主轴位置及齿轮传动系统，齿轮齿数、模数。主视图标明轴
号、各轴转速和转向，画出润滑系统。
展开图表明：
1、 轴结构、齿轮结构及所在排数，采取简化展开图并以装配表相配合，表明多轴箱各轴组件装配结构。
2、 对于2、3主轴和5、6传动轴，结构相同且位置对称，只分别画出一根，用轴号标明。
3、 展开图上完整标注箱体厚度尺寸及箱壁和内腔相关联络尺寸，主轴外伸长度等。
4、 总图用局部剖视图表明动力箱于后盖及前后盖和箱体间定位结构。
4.5.2 多轴箱技术条件
多轴箱总图上注明多轴箱部装要求。即：
1、 多轴箱制造和验收技术条件：多轴箱按ZBJ58011-89《组合机床多轴箱制造技术条件》进行制造，按ZBJ58012-89《组合机床多轴箱验收技术条件》进行验收。
2、 主轴精度：按JB3043-82《组合机床多轴箱精度》标准进行验收。
4.5.3 多轴箱零件设计
多轴箱总图设计中，大多数部件是通用零件、标准件和外购件，主轴专用
轴、刀杆及特殊轴套另外绘有零件图。
多轴箱体依据多轴箱总图要求，绘出了需要补充加工部位。
4.6 镗刀具设计
镗刀在镗杆上通常倾斜一个角度安装，方便使镗刀在镗杆内有较长安
装长度并有足够位置安装压紧调整螺钉。为了避免镗刀在加工时因工件材质不均而“楔”入工件，通常镗刀刀尖稍低于孔中心，这么还能够增大镗刀支撑面。镗刀不宜在镗杆外悬伸出过长，以免刚性不足。
镗孔直径D、镗杆直径d、镗刀截面BxB之间关系，通常按（D-d）/2=
（1~1.5）B考虑，并根据《组合机床设计》表3-16选择镗刀截面为20x20mm，
由此确定镗刀外伸尺寸分别为：16.25mm、13.25mm、11.75mm。本工序为粗
镗孔，则选择标准刀具T0615-52(硬质合金镗刀头)。
镗刀在镗杆上用螺钉压紧。为调整镗刀方便，在镗刀后面设调整螺钉，
为加大压紧力及避免扭坏，采取内六方螺钉。因考虑到不用镗模板，所以选
镗刀为方截面，因为在截面积相同时其弯曲刚性很好，镗刀制造简单，只是
刀杆上方孔制造较复杂。
镗杆应有一定强度和刚度。为使镗杆前导向部分由较高硬度，采取
低碳合金制造并渗碳淬火。
镗杆制造和装配时注意压紧螺钉之间距离不宜太近，镗刀槽地尖角
等处应有较大倒角，以免热处理时产生