摩托车气缸盖加工组合机床设计.doc

济南大学毕业设计

毕业设计

题 目 摩托车汽缸盖加工组合机床设计

学 院 机械工程学院
专 业 机械工程及自动化
班 级 机自0704
学 生 张学涛
学 号 20070403274
指导教师 陶立英

二〇一 一 年 五 月 二十日

- 1 -

济南大学毕业设计
1 前言
1.1组合机床的概述
组合机床是由通用部件及专用部件组合而成的，加工一种（或几种）零件的一道（或几道）工序的高效率的专业机床[1]。它能够对工件进行多刀、多轴、多面、多工位同时加工。
组合机床所使用的通用部件是具有特定的功能，按照标准化、系列化、通用化原则设计、制造的组合机床基础部件。每种通用部件有合理的规格尺寸系列，有适用的技术参数和完善的配套关系。组合机床设计应根据机床性能要求配套液压、电气和电控等系统[2]。
组合机床与通用机床相比有一些特点：
（1）组合机床上的通用部件和标准零件占全部机床零、部件的70%—80%，因此设计和制造周期短，经济效益高。
（2）由于组合机床采用多刀加工，机床自动化程度高，因此比通用机床生产效率高，产品质量稳定，劳动强度高。
（3）组合机床的加工工件，由于采用专用夹具、组合刀具和导向装置等，产品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。
（4）组合机床的通用部件是经过周密的设计和长期生产实践考验的，又有专门厂家成批生产，它与一般专用机床相比，结构稳定工作可靠，使用和维修方便。
（5）当机床被加工的产品更新时，专用机床的大部分部件是要报废的。而组合机床的通用部件是根据国家标准设计的，并等效于国际标准，因此其通用部件可以重复使用，不必另行设计和制造。
（6）组合机床易于联成机床自动线，以适应大规模和自动化生产需要。
1.2组合机床的通用部件
通用部件已定为国家标准，并等效于国际标准。设计时，应贯彻执行国家标准。我国有些企业有内部标准，但其主要技术参数及部件的联系尺寸必须统一执行国家标准，以实现部件通用化目标。
1.动力部件
动力部件主要有四种：
（1）主运动动力部件—用来实现组合机床的切削运动，例如刀具的回转运动。
动力箱：1TD12—1TD25适用于小型组合机床；1TD32—1TD80，适用于大型组合机床。
多轴头：主轴固定多轴箱，主轴可调多轴箱。
单轴头：1TZ系列钻削头，1TA系列镗孔及车端面头，1TXB系列铣削头（无滑套），1TX系列铣削头，1TG系列攻丝头，1TJ系列机械精镗头，1TP40偏心镗头。
（2）进给运动部件—实现刀具的进给运动.。
液压滑台：1HY系列液压滑台，1HYA系列长台面型液压滑台，1HYS系列液压十字滑台。
机械滑台：1HJ系列机械滑台，1HJc系列机械滑台（三导轨、高精度级），NC-1HJ系列交流伺服数控机械滑台。
（3）既能实现主运动又能实现进给运动的部件。
动力头：1LHJb系列机械滑套式动力头，1LXJB系列形体移动式机械动力头，LHF系列风动动力头，1LZY系列多轴转塔动力头。
（4）为单轴头变化主轴转速的跨系列通用部件：1NG系列传动装置.
2.输送部分
输送部分是将工件由一个工位输送到另一个加工工位的部件：1AHY系列液压回转工作台，1HYA系列长台面液压滑台。
3.支撑部件
支撑部件是可以用来安装机床的其它部件，它包括1CC系列滑台侧底座，1CD系列立柱侧底座，1CLb系列立柱及中间底座等。
4.控制部件
控制部件是用来控制组合机床自动工作循环。例如数控装置，行程控制挡铁等。
5.辅助部件
辅助部件主要是指用于润滑、冷却和排屑等部件。
1.3课题分析
组合机床对多孔钻削加工具有较大的优势，它按孔的坐标分布位置实行一次定位加工，保证了孔的坐标位置尺寸精度。作为组合机床的多轴箱，有成熟固定的设计模式：标准的多轴箱体、前后侧盖、主轴、传动轴、齿轴、轴承等，以及成熟的传动、布局、结构设计方法可供选用。但是，如何根据制造工艺技术及组配件的要求，在设计上灵活应用并有所创新，以更好地适应被加工工件的需要，是摆在组合机床设计人员面前的一个课题。
毕业设计的课题，我选取了摩托车汽缸盖加工组合机床设计的毕业设计题目。其设计步骤分为：总体设计、多轴箱设计和夹具设计三个主要部分。
2 组合机床方案的制定
2.1组合机床的设计步骤
2.1.1拟定方案阶段
（1）制定工艺方案
制定工艺方案是设计组合机床最重要的一步。工艺方案制定的正确与否，将决定机床能否达到“体积小，重量轻，结构简单，效率高，质量好”的要求。
（2）确定机床配置型式及结构方案
根据工艺方案确定机床的型式和总体布局在选择机床配置型式时 既考虑到实现工艺方案 保证加工精度 技术要求及生产率 又考虑到机床操作 维护 修理 排屑的方便性[3]。
（3）总体设计——三图一卡
在选择工艺方案并确定机床配置型式、结构基础上，进行方案图纸的设计。这些图纸包括：被加工零件工序图，加工示意图，机床联系尺寸图和生产率计算卡，统称为“三图一卡”设计。
2.1.2技术设计阶段
根据确定的工艺和结构方案，按照加工示意图和机床联系尺寸图等开展部件设计，绘制夹具、多轴箱等装配图。
2.2组合机床方案的制定
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专业机床。设计组合机床前，首先应根据组合机床完成工艺的一些限制及组合机床各种工艺方法能达到的加工精度、表面粗糙度及技术要求，解决零件是否可以利用组合机床加工以及采用组合机床加工是否合理的问题。
影响组合机床方案制定的主要因素：
（1）被加工零件的加工精度和加工工序
被加工零件需要在组合机床上完成的加工工序及应保证的加工精度，是制定机床方案的主要依据。本组合机床需要完成钻四孔的工序，四孔直径均为φ7mm，相对理想理论尺寸的位置度为0.30mm，孔的表面粗糙度为 6.3μm。
（2）被加工零件的特点
被加工零件特点主要指零件的材料、硬度、加工部位的结构形状、零件刚性、定位基准面得特点。它们对机床工艺方案制定有着重要的影响。
对于要加工的摩托车汽缸盖零件材料，除具有良好的铸造性能，减摩性和价格低廉以外，更重要的是具有减震性强和切削性能良好的特点。特别适用于作承受压载荷的零件。硬度为170-180HB，切削性能良好，且加工工件不属于薄壁件，工件具有足够的刚性。所以加工时不需考虑多工步和防振等措施，又由于加工孔径为φ7mm,孔深18mm,工件材料切削性能又较好，所以加工时不必考虑冷却及多面加工。
2.2.1制定工艺方案应考虑的问题
制定工艺方案应考虑的问题：
（1）组合机床常用工艺方法能达到的精度及表面粗糙度
由于被加工的零件的精度要求、加工部位尺寸、结构特点、材料、生产率要求不同，设计组合机床必须采用不同的工艺方法和工艺过程。对于要加工的汽缸盖的位置度为0.30mm，孔的表面粗糙度为6.3μm。
（2）定位基准及夹压点选择：
组合机床是针对某种零件或零件某道工序而设计的。正确的选择加工用定位基准，是确保加工精度的重要条件，同时也是有利于实现最大限制的集中工序，从而收到减少机床台数的效果。
汽缸盖外形复杂，零件表面多为台阶面与圆弧面交错分布。定位基准容易选取，选取圆孔轴线、下底面、以及侧缘作为定位基准。由此可采取一面、一销和两个可调支板的定位方式。
摩托车汽缸盖要加工的四孔直径较小，且切削线速度为20m/min,故采用了固定钻套进行导向。导向元件为带肩固定钻套 。由于带肩固定钻套与夹具体的配合要求较为严格，取间隙配合H7/h6，且因带肩固定钻套由于磨损而不能保证加工精度需经常更换，这样会影响夹具体h6的精度，而夹具体不能经常更换，所以在钻套与夹具体之间加一衬套来减轻精度降低。
定位销与工件内孔直接配合。根据零件的结构特点制定一个合适的定位销。定位时将工件孔直接插入定位销。定位销耐磨，定位销强度大，限制了X轴和Y轴的移动自由度，并且这样安装时装卸工件方便。但由于工件有过定位现象，这样可减少加压后工件的变形，再适当提高大端面定位的精度，反而会使零件的加工精度得到提高。大端面定位，采用定位板的形式，而不是直接将工件贴在夹具体上，不直接利用夹具体的面来进行定位。这样定位板磨损后可以更换定位板，避免了对夹具体的损伤而且还可以保证更高的精度和可靠性。定位板带有两个支撑钉。
2.2.2机床配置型式及结构方案的确定
根据被加工零件的结构特点、加工要求、工艺过程方案及生产率等，可以大体确定采取哪种基本型式的组合机床。但是由于工艺的安排、动力部件的不同的配置、零件安装数目和工位数多少等不同，而产生很多配置方案。不同配置方案对机床的复杂程度、通用化程度、结构工艺性、加工精度、机床重新调整可能性及经济效果等，具有不同的影响。
（1）机床配置类型
设计要求设计一个组合机床同时加工摩托车汽缸盖的四个孔，因此可以选择单工位加工及固定式夹具的配置类型。
（2）机床的加工精度
因选择单工位及固定式夹具的配置类型。固定式夹具单工位组合机床的加工精度最高。对于精加工组合机床的夹具公差，一般采用被加工零件公差的1/3——1/5。
钻孔位置精度是指孔与孔或孔与基面间的相关位置精度。通常采用固定式导向能达到±0.20mm，若严格要求主轴与导向的同轴度，减少钻头与导套间的间隙，导向装置靠近工件时，可达到±0.15mm。
2.3切削用量的和刀具的选择确定
2.3.1选择切削用量
切削用量的特点组合机床的正常工作与合理地选用切削用量,即确定合理的切速度和工作进给量有很大的关系.切削用量选的恰当, 能使组合机床减少停车损失,提高生产效率,延长刀具寿命,提高加工质量[4]。
确定了组合机床上完成的工艺内容之后，就可以着手选择切削用量。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、机床的布置型式及正常工作油很大的影响。
确定切削用量应注意的问题：
（1）尽量做到合理的利用所有刀具，充分发挥其性能。
（2）复合刀具切削用量的选择应该考虑刀具的使用寿命。
（3）选择切削用量时，应注意零件生产批量的影响。
（4）在确定镗孔切削速度时，除了考虑保证加工精度、表面粗糙度、镗刀耐用度外，当镗孔主轴需要轴向定位是，各镗轴转速应该相等或者成整数倍
（5）切削用量选择应该有利于多轴箱的设计。
（6）选择切削用量时，还要考虑所选动力滑台的性能
2.3.2刀具的选择
组合机床多轴箱上所有刀具共有一个进给系统，通常为标准动力滑台。工作时，要求所有的道具每分钟进给量相同，且等于动力滑台的每分钟进给量。这个每分钟进给量（mm/min）应是适合于所有刀具的平均值。因此，同意多轴箱的道具主轴可设计成不通转速和选择不同的美转进给量（mm/r）与其相适应，以满足不同直径的加工需求，即为：
（2.1）
式中：　　　　ni ——各主轴转速，r/min；
fi——各主轴进给量，mm/r；
vf——滑台每分进给量，mm/min。
要加工的摩托车汽缸盖四孔底孔直径都是φ7mm，切削用量选择相同。这样，各把刀具都能充分发挥各刀的性能。假设汽缸盖年产为五万件，属中批生产，生产率要求不高，没有必要将切削用量选得过高，以免降低刀具的耐用度。
各主轴切削用量选得相同，有利于多轴箱的设计。各主轴钻速相等时，可使多轴箱传动链简单。
由于要加工零件的硬度是170—180HB。由《组合机床设计》（第二版）图表3—7 用高速钢钻头加工铸铁件的切削用量得知：加工速度v取16—24m/min，由于待加工孔的直径为7所以切削用量值取0.12—0.20mm/r。由上面的计算选取加工速度v=20m/min，切削用量f=0.15mm/r。由计算公式：
（2.2）
式中：　　　　n—为各主轴转速，r/min；
v—为主轴切削速度，m/min；
d—为各钻头直径，mm。
计算得主轴转速n=910r/min，动力滑台的进给速度Vf=n×f=136.5mm/min。
2.3.3确定切削力、切削转矩、切削功率及刀具的耐用度
根据选定的切削用量（主要是指切削速度及进给量），确定切削力，作为选择动力部件及夹具设计的依据；确定切削转矩，用以确定主轴及其它传动件(齿轮、传动轴等)的尺寸确定切削功率，用以选择传动电机（一般指动力箱电机）功率；确定刀具耐用度，用以验证所选用的刀具是否合理。
高速钢钻头在灰铸铁上钻孔的计算公式为：

（2.3）
（2.4）
(2.5) （2.6）
式中：　　　　F—切削力轴向(N)；
D—钻头直径(mm)；
f—每转进给量(mm/r) ；
P—切削功率(kw)；
M—切削转矩(N*mm)；
T—刀具耐用度(min)；
HB—零件的布氏硬度值 HB170—180,计算T时取最大硬度值减去硬度偏差值的1/3，其它的时候T取最大值。
计算得：F=900N；M=1994Nmm；P=0.186kw；T=187305890min 。
2.4组合机床的设计——三图一卡
2.4.1被加工零件工序图
被加工零件的工序图是指根据选定的工艺方案，表示一台机床或者自动线完成的工艺内容、加工部位尺寸、精度、表面粗糙度及技术要求、加工定位基准、夹紧部位及被加工零件的材料、硬度、重量和在本道工序加工前毛坯或者半成品情况的图纸。它不能用用户提供的产品图纸代替，而需要在原零件图基础上，突出本机床或自动线的加工内容，加上必要的说明而绘制成的。它是组合机床设计的主要根据，也是制造、使用、检验、和调整机床的重要技术文件

图2.1 被加工零件图
2.4.2加工示意图
(1)加工示意图的作用和内容
工件加工的工艺方案要通过加工示意图翻译出来。加工示意图表示被加工零件在机床上的加工过程，刀具、辅助的布置状况以及工件、刀具、夹具等机床各部件之间的相对位置关系，机床的工作行程以及工作循环等。因此，加工示意图是组合机床设计的主要图纸之一，在总体设计中占据重要的位置。它是刀具、辅助、夹具、多轴箱、液压电气装置设计及通用部件选择的主要原始资料，也是正太组合机床布置和性能的原始要求同时还是调整机床。刀具以及试车的依据。其主要内容是：
①应反映机床的加工方法、加工条件和加工过程。
②根据加工部位的特点及加工要求，决定刀具类型、数量、结构、尺寸（直径和长度），包括镗削加工时镗杆的直径和长度。
③决定主轴的结构类型。规格尺寸以及外伸长度。
④选择标准或者设计专用的接杆、浮动卡头、导向装置、攻丝靠模装置、刀杆托架等，并决定它们的结构、参数和尺寸。
⑤标明主轴、接杆（卡头）、夹具（导向）与工件之间的联系尺寸、配合以及精度。
⑥根据机床要求的生产率及刀具、材料特点等，合理确定并标注各主轴的切削用量。
⑦决定机床动力部件的工作循环机工作行程。
（2）加工示意图的画法和注意事项
①加工示意图的绘制顺序是：先按比例用细线绘出工件加工部位和局部结构的展开图。
②一般情况下，在加工示意图上，主轴分布可不按真是距离绘制。
③主轴应从多轴箱端面开始画起。
（3）刀具的选择
刀具的选择要考虑工件的加工尺寸精度、表面粗糙度、切屑的排除及生产率要求等的要求。一般空加工刀具（钻、扩、铰等），气直径选择应与加工部位尺寸、精度相适应，其长度要保证加工终了时，刀具螺旋槽尾端与导向套外端面有一定得距离（一般为30—50mm）。
因对于要加工的摩托车汽缸盖四孔的直径相同，无特殊加工要求，为使工作可靠，结构简单，刃磨容易，可选用标准刀具。刀具材料选用高速钢，钻头切削部分长度可按下列公式确定：

L切=LI+L钻+（30～50） （2.7）
=L件+L入+L出+L钻+L挡+（30～50）
=L件+L入+d/3+（3～8）+L 钻+ L挡+（30～50）

式中：　　　　LI—钻头工作进给长度；　
L钻—钻模板长度 ，取L钻=28mm；
L件—工件孔深，L件=18mm；
L挡—挡板的厚度，L挡=7mm；
L入—钻头切入长度，视工件误差，钻头切入长度，在5～10mm之间选取,取8mm；
L出—钻头切出长度。L出 =1/3d+（3——8）取值为8
所以：L切=24+3+8+18+7+35=95mm
选用切削部分长度为102mm的φ7mm的钻头，其锥柄莫氏锥度为1号[5]。钻套与衬套的配合精度取为H7/h6。钻套与夹具体的配合精度取H7/r6。
（4）导向结构的选择
①导向类型、型式和结构的选择
导向通常分为两类：一类是刀具导向部分与家具导套之间既有相对移动又有相对转动的第一类导向或称为固定式导向。另一类是道具导向部分与夹具导套之间只有相对移动而无相对转动的第二类导向，或称为旋转式导向。因为要加工的工件的尺寸直径为7小于20所以采用第一类导向方式。
②导向数目的确定
导向数目应该根据工件形状、刀具刚性、加工精度及具体加工情况决定。对于要加工的零件属于钻小孔，所以在此选用单个导向加工。
③导向参数的确定
导向的主要参数包括：导套的直径及公差配合，导套的长度、导套离工件端面的距离等。导套长度L1:由经验公式L1= (2～4) d，小直径时取大值，大直径时取小值，所以L1 =28.导套离工件端面的距离L2=7mm。
（5）确定动力头工作循环及其行程
动力部分的工作循是指：加工时动力部件从原始位置运动到加工终了位置又返回到原始位置的动作的过程。一般包括快速引进、工作进给、快进快回等动作有时还有中间停止、多次往复进给、跳跃进给。死挡铁停留等特殊要求，这是根据具体的加工工艺需要确定的。
①工作进给长度的确定
工进长度=被加工孔深+刀具的切入长度+切出长度=18+8+18=34mm。
②快速引进长度的确定
快速引进是动力头把刀具送到工作进给的位置，其长度定为20mm。
③快速退回长度的确定
快速退回长度等于引进工件进给长度之和。因为是固定式夹具钻孔的机床，动力头快退的行程，只要把所有刀具都退到导套内，不影响工件的装卸即可。快退长度=34+20=54mm。
④动力部件总行程长度的确定
除了要保证要求的工作循环工作行程（快速引进+工作进给=快速退回）外，还要考虑装卸和调整刀具方便，即考虑前、后备量。
前备量是指因刀具磨损或者补偿制造、安装误差，动力部分尚可向前调节的距离。后备量是指考虑刀具从接杆中或接杆连同刀具一起从主轴孔中取出所需要的轴向距离。理想情况是保证刀具退离夹具导套外断面的距离大于接杆插入主轴孔内（或刀具插入接杆孔内）的长度。根据刀具长度以及多轴箱断面到夹具体间的距离确定后备量的长度为130mm，前备量设定为30mm，主要根据刀具的长度确定的，并且保证挡铁的正常功用。
因此动力部分的总行程为快退行程长度与前后备量之和。
即为130+54+30=214（mm）
根据以上分析计算确定的数据，绘制的加工示意图如图所示：

图2.2 加工示意图
2.4.3机床联系尺寸图
（1）联系尺寸图的作用及内容
一般来说，组合机床是由标准的通用部位——动力滑台、动力箱、各种工艺切削头、侧底座、立柱、立柱底座及中间底座加工专用部位——多轴箱、刀、辅助系统、夹具、液、电、冷却、润滑、排屑系统组合装配而成。联系尺寸图用来表示机床各组成部位的互相装配联系装配和运动关系，以检验机床各部件相对位置及尺寸联系是否满足加工要求；通用部件的选择是否合适；并为进一步开展多轴箱、夹具等专用部件、零件的设计提供依据。联系尺寸图也可以看成是简化的机床总图，他表示机床的配置型式及总体布置。
联系尺寸图的主要内容如下：
①以适当数量的视图（一般为主、左、右视图）按照同一比例画出机床各主要组成部件的外形轮廓及相关位置，表明机床的配置型式及总体布置、主视图的选择应与机床实际加工状态一致。
②图上应尽量减少不必要的线条和尺寸。
③为便于开展部件设计，联系尺寸图上应标注通用部件的规格代号，电动机型号，功率计转速，并注明机床部件的分组情况及总行程。
（2）动力部件的选择
组合机床的动力部件是配置组合机床的基础。它主要包括用以实现刀具主轴旋转主运动的动力箱、各种工艺切削用头及实现进给运动的动力滑台。在一台组合机床或自动线上动力部件的选择应根据加工工艺及机床配置型式要求、制造机使用条件上等因素，以使所设计的机床既有合理先进的工艺技术水平，又有良好的经济条件。
影响动力部件选择的主要因素有：
①切削功率:根据刀具主轴的切削用量，计算出总切削功率P=0.186KW，再考虑传动效率或空载功率损耗及载荷附加功率损耗做为选择组合机床主传动用动力箱型号规格的依据。
②进给力:每种规格的动力滑台都有最大进给力的限制。选用时，可根据确定的切削用量计算出各轴的轴向切削合力，并保证轴向切削合力大于最大进给力来确定动力滑台的型号和规格，取F=800N。
③进给速度:各种规格的动力滑台都有其规定的快速行程速度计最小进给量的限制。所选择的快速行程速度小于动力滑台的快速行程速度。所选用切削用量的每分钟的进给速度应大于动力滑台额定的最小进给量，由上面计算得知v=20m/min。
④行程:选用动力滑台时应该考虑其允许的最大行程为250mm。设计时，所确定的动力部件总行程应小于所选动力滑台的最大行程。
⑤多轴箱的轮廓尺寸:不同规格的动力滑台与相对应规格的动力箱配套使用。
⑥动力滑台的精度和导轨材料:新标准动力滑台均应采用单导轨两侧导向，增加了导向的长度比，提高导向精度。导轨材料主要有铸铁导轨和镶钢导轨两种（这两种都经过淬火硬度达到G42—48，故导轨的寿命高）。
动力滑台的选择：选用1HJ25机械滑台。因为元件成本高，而且温度变化大时对液压系统的性能有影响，液压系统的漏油污染环境，且液压元件维修较困难。而选用的动力滑台属于有机变速，适用于大批、大量生产企业。
由机械动力滑台主要性能表，查得其主要性能指标：台面宽250mm，滑台台面长500mm，最大行程长250mm，滑台及滑座总高为250mm，最大进给力为8000N，工作进给速度范围20.6—380mm/min。滑台确定后，与之配套的支承部件选为1CC251侧底座，过渡箱选用1HJ25—F40,传动装置选用1HJ25—F41，导轨防护装置选用1HJ25—F81，立柱侧底座1CD251。由1CC251系列滑台侧底座查得参数为，总长900mm，高560mm，总宽450mm，滑台行程250mm。滑台与侧底座之间直接连接，这样可以保证最低主轴中心与最低被加工孔在垂直方向上等高。
动力箱的选择：动力箱是将电动机的动力传递给多轴箱的动力部件。动力箱安装在滑台或其它进给部件的结合面上，动力箱前端接合面安装多轴箱，动力箱的输出轴驱动多轴箱的每个主轴及传动轴，是多轴箱完成各种工艺切削活动。动力箱主要依据多轴箱所需的电动机功率来选用。
根据公式：
（2.8）
式中：　　　　P切—切削用总功率，由前面计算为0.186kw；
η—多轴箱传动效率，因主轴数目不多，故取0.85。
计算得P主=0.3kw。
当动力箱适配小型组合机床时，其规格为1TD12--1TD25系列。由1TD12--1TD25动力箱性能表，选用1TD12型。选用电动机型号为AO7124—A3d，电动机功率0.75kw，转速1400r/min。查附表7 1TD12--lTD25系列动力箱，动力箱与机械动力滑台结合面尺寸：长160mm，宽160mm；动力箱与多轴箱结合面尺寸：宽160mm，高125mm，动力箱输出轴距离多轴箱底面高度为100mm。
确定装料高度H：装料高度H指工件安装基面至机床底面的距离。一般在850～1060mm之间选取。具体尺寸取决于最低主轴中心至多轴箱底面的高度hl，滑台高度h2，侧底座高度h3。即

h=h1+h2+h3 (2.9)

式中：　　　　h2—1HJ25机械滑台高度，h3=250mm；
　　　h3—1CC251－I侧底座高度，h4=560mm。
为求h1，需先确定多轴箱轮廓尺寸。
确定多轴箱轮廓尺寸：标准中规定：卧式多轴箱总厚度为325mm，宽度和高度按标准尺寸系列选取。
多轴箱的宽度B和高H按下式计算：

B=b+2b1 　　　 (2.10)
H=h+h2+b1 (2.11)

式中：　　　　b1—边缘主轴中心到多轴箱外壁之间距离，一般取b1≥70～100mm；
b ,h——分别为工件在宽度和高度方向上相距最远两加工孔的中心距；
hl—最低主轴中心到多轴箱底面之间的距离。
由被加工零件知：b=46,h=46,h1=100,取b1=100。计算得：B为246mm, H为151mm，根据标准应取B×H=320×320mm。
由以上分析可计算出装料高度H= 100+250+560=910mm。
（3）初定夹具轮廓尺寸
绘制机床联系尺寸图时，应先初步确定夹具轮廓尺寸。工件轮廓尺寸、形状以及导向结构是确定夹具轮廓尺寸的依据。
夹具体底座高度应依据夹具结构大小和装料高度而定，一般取300mm左右。设计夹具体长185mm，宽125mm，高218mm；以便于布置定位元件和具有足够刚度。
由以上分析，画出所设计的组合机床联系尺寸图。
2.4.4生产率计算卡
生产率计算卡是反映所设计机床的工作循环过程、动作时间、切削用量、生产率、负荷率等的技术文件。通过生产率计算卡，可以分析所拟订的方案能否满足用户对生产率的要求。
（1）组合机床的理想生产率Q1，指完成年生产纲领A(包括备品及废品率在内)所要求的机床生产率。它与全年工时总数K有关，一般情况下，单班制生产K取2300h，两班制生产K取4600h。则有：

（件/时） （2.12）
计算得Q1=21.74件/时）。
（2）实际生产率Q，指所设计机床每小时实际可以生产的零件数量。

（件/时） （2.13）
T单=T2+T3；T2为机加工时间, 包括动力部件工作进给和死挡铁停留时间；

　　　（2.14）
T3为辅助时间，包括快进时间、快退时间、装卸时间；

　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　（2.15）
式中：
L1, L2, L3分别为动力部件工进长度、快进和快退行程长度，单位mm。
V1,V2, V3分别为动力部件的工进速度、快进和快退速度，单位mm/min。
t1为死挡铁停留时间，取动力部件进给停止状态下刀具旋转5～10转所需时间，单位min。t2为装卸工件时间，取1.5min。
代入计算得Q=26.31（件/时）。
（3）机床负荷率η负 ，当Q1＜Q时，计算二者的比值即为负荷率。η负=0.83。
根据机床使用经验，由生产率计算卡可见计算出的机床实际生产率能够满足理想生产率要求，故方案制定的合理可行。本机床的生产率计算卡如下表所示。
表2-1 生产率计算卡
被加工零件
图号

毛坯种类
铸件
名称
汽缸盖
毛坯重量

材料
ZL104
硬度
HB170-180
工序名称
钻四孔
工序号

主轴轴号
工步名称
加工
直径S)
加
工
长
度
（mm）
工
作
行
程
（mm）
每分钟
转数（r/min）
进刀量
工时(s)
每转（mm/r）
每分钟（mm/min）
机动时间

辅助时间

合计

1、2、
3、4
钻孔
Φ 7
18
54
910
0.15
136.5
0.56
1.72
2.28
备注
单班制，年产量50000件

机床实际生产率
26.31
（件/h）
机床理想生产率
21.74
（件/h）
机床负荷率
0.83

3 组合机床多轴箱设计
多轴箱是组合机床的主要部件之一，按照专业要求进行设计，由通用零件组成。其主要作用是，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者动力部件传动给各个工作主轴，使之得到要求的转速和转向, 并使多轴箱结构紧凑, 同时确保工件加工品质[6]。
多轴箱按照其结构大小可分为大型多轴箱和小型多轴箱两大类，大型多轴箱又分为通用（或标准）多轴箱和专用多轴箱两种。根据设计情况，选用通用多轴箱[7]。
（1）通用多轴箱的组成：通用多轴箱主要是由箱体、主轴、传动轴、齿轮、轴套等零件和通用（专用）的附加机构组成。
（2）箱体类零件：大型通用箱体类零件采用灰铸铁材料，箱体用牌号HT200前、后、侧盖牌号为HT150。通用多轴箱的厚度为180mm，卧式的多轴箱前盖厚度为55mm（基型）基型后盖厚度是90mm，其余三种厚度的后盖（50，100，125mm）可以根据具体条件选择，再次选择基型后盖。
（3）轴类零件：因为是单向钻削，所以选择推力球轴承在主轴前端安排，用以承受轴向力，在主轴后端安装向心球轴承，用以承受径向力。因为设计的是钻长，所以选择主轴头外伸长度大于75mm（长主轴），与刀具刚性连接并配以单导向。传动轴一般选择材料为45钢，调制处理T215，滚针传动轴用20Gr钢，热处理S0.5—C59。
（4）齿轮：通用齿轮有三种：传动齿轮、动力箱齿轮和电机齿轮。三者材料均为45钢，热处理为齿部高频淬火G54。因为后盖采用90mm的基型后盖，故动力箱齿轮选用A型（宽度为84mm）。
多轴箱是组合机床的重要部件之一，它关系到整台组合机床质量的好坏
具体设计时，除了要熟悉多轴箱本身的一些设计规律和要求之外，还需要根据“三图一卡”仔细分析研究零件的加工部位，工艺要求，确定多轴箱与被加工零件、机床其它部分的相互关系。
3.1 绘制多轴箱设计原始依据图
多轴箱设计原始设计依据图，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条件。
（1）多轴箱轮廓尺寸 320*320mm
（2）工件轮廓尺寸及各孔位置尺寸
（3）工件与多轴箱的相对尺寸
表 3.1 主轴外伸尺寸及切削用量表
轴号 主轴外伸尺寸
切削用量
1、2、3、4
D/d1 L
工序 转速 切削速度 进给量 动力滑台进给速度
（r/min） （m/min） （mm/r） （mm/min）
30/18 113
钻Φ7孔 910 20 0.15 136.5
选用电动机型号为AO7124—A3d，电动机功率0.75kw，转速1400r/min[8]，输出轴转速为950r/min，动力箱输出轴距离多轴箱底面高度为63mm。

图3.1 多轴箱设计原始依据图
3.2主轴结构型式的选择及动力计算
3.2.1主轴结构型式的设计
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和受力情况。轴承型式是主轴部件的主要特征，进行钻削加工的主轴由于轴向切削力较大所以选用推力球轴承承受轴向力，并用向心球轴承承受径向力。又因为钻削的轴向力是单向的，因此推力球轴承在主轴前端安装最好。除了选择轴承之外，还要考虑轴头结构。
长主轴其轴头内孔较长，可增大与刀具尾部连接的接触面，因而增强刀具与主轴的连接刚度，减少刀具前端下垂。可用标准导向套，用于钻床。钻床的主轴轴头用圆柱孔与刀具连接，用单键传转矩，固定螺钉作轴向定位。
3.2.2主轴直径和齿轮模数的初步确定
初定主轴直径在编制“三图一卡”时进行。初选模数可由下式估算，再通过类比确定[9]：

（3.1）

式中：　　　　m—齿轮模数(mm)；
P—齿轮传递功率(kw) ；
z—对齿轮中小齿轮的齿数；
n—小齿轮的转速(r/min)。
代入数值，z=20得m≥0.65mm。
由《组合机床通用多轴箱齿轮模数的确定》组合机床通用多轴箱中常用的齿轮模数有2、2.5、3、3.5、4等几种，便于组织生产，在同一多轴箱中齿轮模数最好不多于两种。由于加工零件四孔之间的距离较小，为46mm,由《机械设计》知齿轮最少齿数为17，模数不可以取得太大，多轴箱内所有轴之间的齿轮采用同一模数，即皆为2mm。
3.2.3多轴箱的动力计算
多轴箱的动力计算应包括计算多周箱所需要功率和进给力两种。
多轴箱所需要的功率应等于切削功率、空载消耗功率及与负载成正比的附加功率之和，即

　　　　　　　 （3.2）

式中：　　　　P主—多轴箱总功率；
P切—各主轴切削功率的总和；
P空—各轴空载消耗功率的总和；
P附—各轴附加功率的总和；
由轴的空转功率P空表，查得为0.074kw。
3.3传动系统的设计与计算
3.3.1传动系统的设计要求
多轴箱的传动系统设计中，就是通过一定得传动链把动力箱输出轴（也称多轴箱驱动轴）传进来的动力和转读按要求分配到各个主轴。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。
传动系统的设计应在保证主轴强度、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；对传动系统的一般要求：
（1）尽量使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，可以用变为齿轮或略便 传动比的方法解决。
（2）一般情况下，尽量不采用主轴带动主轴的方案，因为这会增加主动主轴的负荷。
（3）为使结构紧凑，多轴箱体内的齿轮传动副的最佳传动比是1—1.5在多轴箱后盖内的第Ⅳ排（或第Ⅴ排）齿轮，根据需要，其传动比也可以取大些但是一般不超过3—3.5.
（4）根据转速与转矩成反比的道理，一般情况下如驱动轴转速较高时，也可以采用逐步降速驱动。
（5）粗加工切削力大，主轴上的齿轮应尽量安排靠近前支撑，以减少主轴的扭转变形
（6）齿轮排数可以按下面方向安排
①不同轴上齿轮不相碰，可放在箱体内的同一排上。
②不同轴上齿轮与轴或者轴套不相碰，可放在箱体内不同排上。
③齿轮与轴相碰，可放在后盖内。
除此之外，应注意驱动轴直接带动的传动轴不要超过两根，否则会给装配带来麻烦。
3.3.2主轴分布类