变速箱复合钻专用机床设计.doc

1 绪论1.1 机床在国民经济的地位及其发展简史在现代社会中，人们为了更高效、经济地生产各种高质量的产品，日益广泛的使用各种机仪器和工具等技术设备和装备。为了制造这些技术设备与装备，又必须具有各种加工金属零件的设备，比如铸造、锻造、焊接、冲压和切削加工设备等。由于机械零件的形状精度、尺寸精度和表面粗糙度，目前主要依靠切削加工的方法来达到，特别是形状复杂、精度要求高和表面粗糙度要求小的零件，往往需要在机床上经过几道甚至是几十道切削加工工艺才能完成。所以，机床是现代机械制造业中最重要的加工设备。在一般机械制造厂中，机床所担负的加工工作量，约占机械制造总工作量的40%60%，机床的技术性能直接影响机械产品的质量及制造的经济性，进而决定着国民经济的发展水平。可以这么说，如果没有机床的发展，如不具备今天这样品种繁多、结构完善和性能精良的各种机床，现代社会目前所达到的高度物质文明将是不可能的。一个国家要繁荣强大，必须实现工业、农业、国防和科学技术的现代化，这就需要强大的机械制造业为国民经济各部门提供现代化的先进技术设备与装备，即各种机仪器和工具等。然一个现代化的机械制造业必须要有一个现代化的机床制造业做后盾。机床工业是机械制造业的“装备部”、“总工艺师”，对国民经济的发展起着重大作用。因此，大多数国家都十分重视本国机床工业的发展和机床技术水平的提高，使国民经济的发展建立在坚实可靠的基础上。机床是人类在长期生产和实践中，不断地改进生产工具的基础上生产的，并随着社会生产的发展和科学技术的进步而日趋完善。最原始的机床还是木制的，所有运动是由人力或畜力驱动，主要用于加工木料、石料和陶瓷制品的泥坯，它们实际上并不算是一种完整的机器。现代意义上的用于加工金属机械零件的机床，是从18世纪中叶才开始发展起来的。当时，欧美一些工业发达的国家，开始了从工场手工业向资本主义机器大工业生产方式的过渡，需要越来越多的各种机器，这就推动了机床工业的迅速发展。为使蒸汽机的发明付诸实用，1770年前后创制了镗削蒸汽机汽缸内孔用的镗床。1797年发明带有机动刀架的车床，开创了用机械代替人手控制刀具运动的先河，不仅解放了人的双手，还使机床的加工精度和工效起了一个飞跃，初步形成了现代机床的雏型。继车床之后，随着机械制造业的发展，其他各种机床也陆续被创造出来。至19世纪末，车床、钻床、镗床、刨床、拉床、铣床、磨床、齿轮加工机床等基本类型的机床已先后形成。上世纪初以来，由于高速钢和硬质合金等新型刀具材料相继出现，刀具切削性能不断提高，促使机床沿着提高主轴转速、加大驱动功率和增强结构刚度的方向发展。与此同时，由于电动机、齿轮、轴承、电气和液压等技术有了很大的发展，使机床的转动、结构和控制等方面也得到相应的改进，加工精度和生产率显著提高。此外，为了满足机械制造业日益广阔的各种使用要求，机床品种的发展也与日俱增，例如，各种高效率自动化机床、重型机床、精密机床以及适应加工特殊形状和特殊材料需要的特种加工机床相继问世。50年代，在综合应用电子技术、检测技术、计算技术、自动控制和机床设计等各个领域最新成就的基础上发展起来的数控机床，使机床自动化进入了一个崭新的阶段，与早期发展的仅适用于大批大量生产的纯机械控制和继电器接触器控制的自动化相比，它具有很高柔性，即使在单件和小批生产中也能得到经济的使用。综观机床的发展史，它总是随着机械工业的扩大和科学技术的进步而发展，并始终围绕着不断提高生产效率、加工精度、自动化程度和扩大产品品种而进行的，现代机床总的趋势仍然是继续沿着这一方向发展。我国的机床工业是在1949年新中国成立后才开始建立起来的。解放前，由于长期的封锁统治和19世纪中叶以后帝国主义的侵略和掠夺，我国的工农业生产非常落后，既没有独立的机械制造业，更谈不上机床制造业。至解放前夕，全国只有少数城市的一些规模很小的机械厂，制造少量简单的皮带车间、牛头刨床和砂轮等；1949年全国机床产量仅1000多台，品种不到10个。解放后，党和人民政府十分重视机床工业的发展。在解放初期的三年经济恢复时期，就把一些原来的机械修配厂改建为专业厂；在随后开始的几个五年计划期间，又陆续扩建、新建了一系列机床厂。经过50多年的建设，我国机床工业从无到有，从小到大，现在已经成门类比较齐全，具有一定实力的机床工业体系，能生产5000多种机床通用品种，数控机床1500多种；不仅装备了国内的工业，而且每年还有一定数量的机床出口。我国机床行业的发展是迅速的，成就是巨大的。但由于起步晚、底子薄，与世界先进水平相比，还有较大差距。为了适应我国工业、农业、国防和科学技术现代化的需要，为了提高机床产品在国际市场上的竞争能力，必须深入开展机床基础理论研究，加强工艺试验研究，大力开发精密、重型和数控机床，使我国的机床工业尽早跻身于世界先进行列。1.2 组合机床的国内、外现状世界上第一台组合机床于1908年在美国问世，30年代后组合机床在世界各国得到迅速发展。至今，它已成为现代制造工程（尤其是箱体零件加工）的关键设备之一。现代制造工程从各个角度对组合机床提出了愈来愈高的要求，而组合机床也在不断吸取新技术成果而完善和发展。1.2.1 国内组合机床现状我国加入WTO以后，制造业所面临的机遇与挑战并存、组合机床行业企业适时调整战略，采取了积极的应对策略，出现了产、销两旺的良好势头，截至2005年4月份，组合机床行业企业仅组合机床一项，据不完全统计产量已达1000余台，产值达3.9个亿以上，较2004年同比增长了10%以上，另外组合机床行业增加值、产品销售率、全员工资总额、出口交费值等经济指标均有不同程度的增长，新产品、新技术较去年年均有大幅度提高，可见行业企业运营状况良好。（1）行业企业产品结构的变化组合机床行业企业主要针对汽车、摩托车、内燃机、农机、工程机械、化工机械、军工、能源、轻工及家电行业提供专用设备，随着我国加入WTO后与世界机床进一步接轨，组合机床行业企业产品开始向数控化、柔性化转变。从近两年是企业生产情况来看，数控机床与加工中心的市场需求量在上升，而传统的钻、镗、铣组合机床则有下降趋势，中国机床工具工业学会的机床工具行业企业主要经济指标报表是统计数据显示，仅从几个全国大型重点企业生产情况看，2003年生产数控机床890台，产值16187万元，生产加工中心148台，产值5770万元；2004年生产数控机床985台，产值25838万元，生产加工中心159台，产值7099万元；而2005年，截至4月份，数控机床、加工中心、产值已接近2003年全年水平，故市场在向数控、高精制造技术和成套工艺装备方面发展。（2）行业企业的快速转变“九五”后期，在组合机床行业企业的50多家组合机床分会会员中，仅有两家企业实行了股份改造，一家企业退出国有转为民营，其余的都是国有企业。而从2001至2002年，不到两年的时间，就先后有十几家企业实行股份制改造，一些小厂几乎全部退出国有转为民营，现在一些国家重点国有企业也在酝酿股份制改造，转制已势不可档，“民营经济在经历了从被歧视，被藐视到不可小视和现在高度重视4个阶段后，焕发勃勃生机。”组合机床行业企业正在以股份制、民营化等多种形式快速发展。（3）组合机床技术装备现状与发展趋势组合机床及其自动线是集机电于一体是综合自动化度较高的制造技术和成套工艺装备。它的特征是高效、高质、经济实用，因而被广泛应用与工程机械、交通、能源、军工、轻工、家电行业。我国的传统的组合机床及组合机床自动线主要采用机、电、气、液压控制，它的加工对象主要是生产批量比较大的大中型的箱体类和轴类零件（近年研制的组合机床加工连杆、板件等也占一定份额），完成钻孔、扩孔、铰孔，加工各种螺纹、镗孔、车端面和凸台，在孔内镗各种形状槽，以及铣削平面和成型面等。组合机床的分类繁多，有大型组合机床和小型组合机床，有单面、双面、三面、卧式、立式、倾斜式、复合式，还有多工位回转台组合机床等；随着技术的不断是进步，一种新型的组合机床柔性组合机床越来越受人们是亲昧，它应用多位主轴箱、可换主轴箱、编码随行夹具和刀具的自动更换，配以可编程序控制器（PLC）、数字控制（NC）等，能任意改变工作循环控制和驱动系统，并能灵活适应多种加工的可调可变的组合机床。另外，近年来组合机床加工中心、数控组合机床、机床辅机等在组合机床行业中所占份额也越来越大。由于组合机床及其自动线是一种技术综合性很高的高技术专用产品，是根据用户特殊要求而设计的，它涉及到加工工艺、刀具、测量、控制、诊断监控、清洗、装配和试漏等技术。我国组合机床及其组合机床自动线总体技术水平比发达国家相对落后，国内所需的一些高水平组合机床及自动线几乎都从国外进口。工艺装备的大量进口势必导致投资规模的扩大，并使产品生产成本提高。因此，市场要求我们不断开发新技术、新工艺、研制新产品，由过去的“刚性”机床结构，向“柔性”化方向发展，满足用户需要，真正成为刚柔兼备的自动化装备。1.2.2 国外组合机床现状80年代以来，国外组合机床技术在满足精度和效率要求的基础上，正朝着综合成套和具备柔性的方向发展。组合机床的加工精度、多品种加工的柔性以及机床配置的灵活多样方面均有新的突破性进展，实现了机床工作程序软件化、工序高度集中、高效短节拍和多功能知道监控。组合机床技术的发展趋势是：（1）广泛应用数控技术国外主要的组合机床生产厂家都有自己的系列化完整的数控组合机床通用部件,在组合机床上不仅一般动力部件应用数控技术,而且夹具的转位或转角、换箱装置的自动分度与定位也都应用数控技术,从而进一步提高了组合机床的工作可靠性和加工精度。广州标致汽车公司由法国雷诺公司购置的缸盖加工生产线,就是由三台自动换箱组合机床组成的,其全部动作均为数控,包括自动上下料的交换工作台、环形主轴箱库、动力部件和夹具的运动,其节拍时间为58秒。(2)发展柔性技术80年代以来,国外对中大批量生产,多品种加工装备采取了一系列的可调、可变、可换措施,使加工装备具有了一定的柔性。如先后发展了转塔动力头、可换主轴箱等组成的组合机床;同时根据加工中心的发展,开发了二坐标、三坐标模块化的加工单元,并以此为基础组成了柔性加工自动线(FTL)。这种结构的变化,既可以实现多品种加工要求的调整变化快速灵敏,又可以使机床配置更加灵活多样。(3)发展综合自动化技术汽车工业的大发展,对自动化制造技术提出了许多新的需求,大批量生产的高效率,要求制造系统不仅能完成一般的机械加工工序,而且能完成零件从毛坯进线到成品下线的全部工序,以及下线后的自动码垛、装箱等。德国大众汽车公司KASSEL变速箱厂1987年投入使用的造价9000万马克的齿轮箱和离合器壳生产线,就是这种综合自动化制造系统的典范。该系统由两条相似对称布置的自动线组成,三班制工作,每条线日产2000件,节拍时间为40秒。全线由12台双面组合机床、18台三坐标加工单元、空架机器人、线两端的毛坯库和三坐标测量机组成,可实现3种零件的加工。空架机器人完成工件下线的码垛装箱工作。随着综合自动化技术的发展,出现了一批专门从事装配、试验、检测、清洗等装备的专业生产厂家,进一步提高了制造系统的配套水平。(4)进一步提高工序集中程度国外为了减少机床数量,节省占地面积,对组合机床这种工序集中程度高的产品,继续采取各种措施,进一步提高工序集中程度。如采用十字滑台、多坐标通用部件、移动主轴箱、双头镗孔车端面头等组成机床或在夹具部位设置刀库,通过换刀加工实现工序集中,从而可最大限度地发挥设备的效能,获取更好的经济效益。1.3 本课题的研究背景及意义随着现代化工业技术的快速发展，特别是随着它在自动化领域内的快速发展，组合机床的研究已经成为当今机器制造界的一个重要方向，在现代工业运用中，大多数机器的设计和制造都是用机床大批量完成的。现代大型工业技术的飞速发展，降低了组合机床的实现成本，软件支持机制也使得实现变得更为简单，因此，研究组合机床的设计具有十分重要的理论意义和现实意义。在工业高速发展的现代化浪潮中，各种机械设计和制造业中，组合机床的应用越来越广泛，越来越转化为生产力，从这个意义上讲，对组合机床的研究具有重要的现实意义。组合机床是根据工件加工需要，以通用部件为基础，配以少量专用部件组成的一种高效专用机床。组合机床是按系列化标准化设计的通用部件和按被加工零件的形状及加工工艺要求设计的专用部件组成的专用机床。由于通用部件已经标准化和系列化，可根据需要灵活配置，从而缩短了设计和制造的周期，因此，组合机床兼有低成本和高效率的优点，在大批、大量生产中得到了广泛的应用，并可用以组成自动生产线。总体方案的设计主要包括制定工艺方案（确定零件在组合机床上完成工艺内容及加工方法，选择定位基准和夹紧部位，决定工步和刀具种类及其结构形式，选择切削用量等）、确定机床配置形式、制订影响机床总体布局和技术性能的主要部件的结构方案。总体方案的拟定是设计组合机床最关键的一步。方案制定得正确与否，将直接影响机床能否达到合同要求，保证加工精度和生产率，并且结构简单、成本较低和使用方便。对于同一加工内容，有各种不同的工艺方案和机床配置方案，在最后决定采用哪种方案时，必须对各种可行的方案作全面分析比较，根据工件的加工要求和特点，按一定的原则、结合组合机床常用工艺方法、充分考虑各种影响因素，并经技术经济分析后拟订出先进、合理、经济、可靠的工艺方案。在组合机床诸多零件中，多轴箱和夹具与组合机床密切相关，是组合机床的重要组成部件。它是选用通用零件按专用要求设计的，所以是组合机床设计过程中工作量较大的零部件，就多轴箱设计来说，工作量主要集中在传动系统的设计上，轴的设计必须保证各轴的转速、旋向、强度和刚度，而且应当考虑有无让刀，有无调位机构等。夹具是组合机床的重要组成部件，是根据机床的工艺和结构方案的具体要求而专门设计的。它是用于实现被加工零件的准确定位，夹压，刀具的导向，以及装卸工件时的限位等作用的。组合机床夹具和一般夹具所起的作用看起来好象很接近，但是其结构和设计要求却有着很显著的甚至是很根本的区别。组合机床夹具的结构和性能，对组合机床配置方案的选择，有很大的影响。因此，本课题基于使设计出的机床结构简单、使用方便、效率高、质量好提出的要求，着重选择最佳的工艺方案，合适地确定机床工序集中程度，合理地选择组合机床的通用部件，恰当的组合机床的配置型式，合理地选择切削用量，以及设计高效率的夹具、工具、刀具及主轴箱就是本次设计主要内容。具体的工作就是要制定工艺方案，进行机床结构方案的分析和确定，进行组合机床总体设计，组合机床的部件设计和施工设计，使其具有工程意义，实现其在实际应用中的价值。1.4 组合机床概述组合机床是以系列化、标准化的通用部件为基础，再配以少量专用部件而组成的专用机床，具有一般专用机床结构简单，生产率及自动化程度高，易保证加工精度的特点，又能适应工件的变化，具有一定的重新调整、重新组合的能力。组合机床可以对工件采用多刀、多面及多方位加工，特别适于在大批、大量生产中对一种或几种类似零件的一道或几道工序进行加工。图1-1所示为典型的双面复合式单工位组合机床。其组成是：侧底座1、滑台2、镗削头3、夹具4、多轴箱5、动力箱6、立柱7、垫铁8、立柱底座9、中间底座10、液压装置11、电气控制设备12、刀工具13等。通过控制系统，在两次装卸工件间隔时间内完成一个自动工作循环。图中各个部件都是具有一定独立功能的部件。通常夹具4中间底座10和多轴箱5是根据工件的尺寸形状和工艺要求设计的专用部件，但其中的绝大部分零件如定位夹压元件、传动件等也都是标准件和通用件。通用部件是组成组合机床的基础。用来实现机床切削和进给运动的通用部件，如单轴工艺切削头（即镗削头、钻削头、铣削头等）。传动装置（驱动切削头），动力箱（驱动多轴箱）、进给滑台（机械或液压滑台）等为动力部件。用以安装动力部件的通用部件如侧底座。立柱。立柱底座等称为支承部件。组合机床具有以下特点：（1）主要用于棱体类零件和杂件的孔面加工。（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。因为工序固定，可选用成熟的通用部件、精密夹具和自动工作循环来保证加工精度的一致性。（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量专用部件灵活组成各种类型的组合机床及自动线；机床易于改装；产品或工艺变化时，通用部件一般还可以重复利用。在我国，组合机床的发展已有46年的历史，其科研和生产都具有相当的基础，应用也已深入到很多行业，是当前机械制造业实现产品更新，进行技术改造，提高生产效率和高速发展必不可少的设备之一。随着电子技术的飞速发展，根据大批量生产多样化、中小批量多品种生产高效化的要求，以及产品更新加速的特点，70年代以来发展了新型组合机床柔性组合机床。它是应用多位主轴箱、可换主轴箱、编码随行夹具、刀具的自动更换，配以可编程序控制器（PC）、数字控制（NC）等，能任意改变工作循环控制和驱动系统，能灵活适应多品种加工的可调可变的组合机床。采用柔性组合机床（亦称之为多轴加工中心和三坐标单轴加工单元），配以柔性的工件输送系统，由电子计算机进行控制和管理的自动生产线，称之为柔性加工线（FML）。着中国自动线实际上是介于大批量生产用的刚性自动线与中小批量多品种生产用的柔性制造系统（FMS）之间的生产系统，是重大批量多品种生产较为理想和效益较好的设备。值得一提的是，现代设计对于零件的精度要求越来越高，特别是高次曲线及高次曲面要素在零件中的大量应用，使得传统的机床无法胜任，而在数控机床中用差补法就能较容易的加工出高次曲线及高次曲面，如果在机床中引入三维坐标测量仪，就能对加工进行闭环控制，提高对其的加工精度。除了要朝柔性化的方向发展外，组合机床的发展还要考虑如下几个问题：1. 提高生产率。其主要方法是改善机床布局，增加同时工作的刀具减少加工余量，提高切削用量，提高工作可靠性及缩短辅助时间等，为了减少自动线停车损失。2. 扩大工艺范围。3. 广泛采用自动测量和刀具补偿技术以提高加工精度。4. 提高自动化程度，重点在于解决工件的夹压自动化和装卸自动化。5. 为适应中小批量生产的需要，提高组合机床及其自动化的可调性。6. 为适应小型精密零件的加工需要，创制小型组合机床。2 机床总体设计2.1 设计方案的拟定一.被加工零件、加工要求与现场工艺分析ZL40变速箱，材料为灰铸铁，HB190240，零件结构比较复杂。本设计要求一次性钻出 ZL40变速箱大端盖处31个连接螺纹孔。攻丝前小孔螺纹孔公称直径d=10mm，考虑留攻丝余量，攻丝前小孔直径取8mm。由于是钻攻丝前小孔，所以孔内表面粗糙度要求不高，但孔的位置精度有一定要求。在变速箱的侧面，有一专门加工出的平面用于加工定位使用，在实际生产中，即是利用此平面作为工艺基准之一。待加工的31个小孔分布686x577.5的矩形范围四周，两小孔的中心距最小为60mm，变速箱壳体厚12mm，螺纹孔处加法兰台后壁厚25mm。二.初定方案在设计中，考虑到工件的刚性，不宜同时加工出31个小孔，所以可分两次钻出31个小孔，又因为31个小孔分布不规则，且分布范围较大，如果用主轴箱直接带动钻头加工，会导致主轴箱体积庞大，而且传动系统的设计也会十分困难，因此考虑在多轴箱后加主轴可调头，因而多轴箱的设计可更加灵活自由，也增加了多轴箱的通用性。考虑工件的装卸方式，以及避免钻头、钻夹投连接杆等的挠度影响机床加工精度，所以拟将机床设计为立式。2.2 切削用量的确定一.刀具选择采用直柄麻花钻，材料高速钢，GB/T6135.3-1996钻头直径 D=8mm钻头全长 l=117mm刃沟部长 l1=75mm二.选择切削用量 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，按照经济地满足加工要求的原则，合理地选择切削用量。被加工零件ZL40变速箱，材料灰铸铁，HB190-240，查高速钢钻头切削用量表，可知： 切削速度： V=14m/min 进给量： f=0.14mm/r组合机床切削用量选择的特点：1.组合机床通常采用多刀多刃同时切削，为尽量减少换刀时间和刀具的消耗，保证机床的生产率及经济效果，选用的切削用量应比通用机床单刀加工时低30%左右。2.组合机床通常用动力滑台来带动刀具进给。因此，同一滑台带动的多轴箱上所有刀具（除丝锥外）的每分钟进给量相同，即等于滑台的工进速度。2.3 动力参数的确定根据选定的切削用量，确定进给力，作为选择动力滑台及设计夹具的依据；确定切削转矩，用以确定主轴及其它传动件（齿轮、传动轴）的尺寸；确定切削功率，用于选择动力箱电机功率；去顶刀具耐用度，用以验证所选用量会刀具是否合理。一.切削力F F=26钻头直径 D=8mm每转进给量 f=0.14mm/r切削速度 v=14m/min布氏硬度 HB=240代入上式得：F=268=1156N二.切削扭矩TT=10 =10 =2890 Nmm三.切削功率P= =289014/（97403.148）=0.165kw四.刀具耐用度t式中布氏硬度 HB=240-（240-190）/3=223因计划设计16轴同时钻削，所以多轴加工的总切削力： 总功率： 2.4 通用部件的选用2.4.1.动力箱 动力箱是为主轴箱的刀具提供切削主运动的驱动装置。它与动力滑台和主轴箱配套使用，由动力滑台实现进给运动，动力箱上安装主轴箱实现切削主运动，用以组成带导向装置加工的卧式或立式组合机床。动力箱有两种结构形式，齿轮传动动力箱和联轴节传动的动力箱，齿轮传动动力箱如图2-1所示，其结构比较简单，运动从电动机经一对降速齿轮传到驱动轴。 为了提高动力箱的刚度，规定动力箱与主轴箱结合面的高度等于动力箱与滑台的结合面的宽度。动力箱与主轴箱结合面的宽度以及动力箱的长度为同参数滑台宽度尺寸的1.25倍。联轴节传动的动力箱在国际标准ISO2727里已被采用，其优点是：通过联轴节传动可以吸收振动，使传动平稳。采用联轴节传动，动力箱不需润滑，这样就可避免主轴箱与动力箱之间的漏油。在我国，目前通用部件中只有齿轮传动的动力箱，所以在本设计中亦采用此种结构。动力箱的选择，其驱动功率主要依据多轴箱所需传递的切削功率来选用。在多轴箱尚未设计出来之前，可按下列简化公式进行估算：消耗于各主轴的切削功率的综合，单位为KW。多轴箱传动效率，加工黑色金属时0.80.9；加工有色金属时0.70.8，主轴数多、传动复杂时取小值，反之取大指。被加工零件ZL40变速箱材料为灰铸铁，且主轴数多，所以取0.8。又=2.6448KW，则可得=2.6448/0.8=3.306KW据此可选择动力箱1TD32，型式，电动机型号Y112M4，电动机功率4.0KW，电动机转速1440r/min，输出轴转速720r/min，动力箱输出轴至箱底面高度为125mm。主要技术参数如下表2-1：表2-1主电机传动型号转速范围（r/min）主电机功率（）配套主轴部件型号电机转速输出转速Y112M-414407204.01TZ202.4.2 动力滑台的选择动力滑台是由滑座、滑鞍和驱动装置等组成，是实现组合机床直线进给运动的动力部件。动力滑台的用途：根据被加工工件的工艺要求，可以在滑台上安装动力箱（联接多轴箱）、钻削头、镗削头、铣削头和镗孔车端面头等各种部件，已完成对工件的钻孔、扩孔、绞孔、镗孔、倒角、刮端面、车端面、铣削及攻丝等工序。有时也作为输送部件使用，配置多工位组合机床。根据驱动和控制方式不同，滑台可分为液压滑台、机械滑台和数控滑台三种类型。液压滑台与机械滑台的主要区别是：液压滑台的进给速度属于无级调速，变换进给量方便，液压系统可安装压力继电器，机床运行安全，机床较易实现加工自动循环，但是，液压元件成本高，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，液压系统维修较困难；机械滑台属于有级变速，适用于大批、大量生产企业。1.液压滑台的结构液压滑台和液压传动装置是两个分离的独立部件。滑台上装有液压缸。液压滑台结构如图2-2所示，液压缸3固定在滑座1上，活塞杆4通过支架5与滑鞍连接。工作时，液压传动装置的压力油通过活塞杆带动滑鞍沿滑座顶面的导轨移动。液压滑台的结构特点是：1）采用双矩形导轨结构型式，以单导轨两侧面导向，导向的长度比较大，导向性好。2）滑座体为箱形框架结构，滑座底面中间增加了结合面，结合刚度高。3）导轨淬火，硬度高，使用寿命长。4）液压缸活塞和后盖上分别装有双向单向阀和缓冲装置，可减轻滑台换向和退至终点时的冲击。5）滑台分为普通级、精密级和高精度级三个精度等级，可按要求选用，提高经济性。液压滑台与其附属部件配套，通过电气、液压联合控制实现自动循环。采用不同的液压、电气系统可实现不同的工作循环。根据选用的液压传动装置不同，液压滑台常用的典型工作循环如图23所示。2.机械滑台的结构机械滑台有1HJ、三个系列。机械滑台由滑座、滑鞍、丝杠螺母副及传动装置等组成。其中滑座、滑鞍部分的结构与液压滑台基本相同。机械滑台与过渡箱传动装置、制动器、分级进给装置等附属部件和支承部件配套使用。机械滑台的传动系统如图24所示。机械传动装置采用双电机（工作进给电机3、快进电机2）差速器（行星机构）传动方式。滑台的工作进给是由共工作进给电机3经蜗杆、涡轮和行星机构等驱动丝杠来实现的。滑台工作进给速度通过调整交换齿轮A、B、C、D获得；把电机3改成双速电机，滑台可实现二次工作进给。滑台的快进、快退由电机2经齿轮直接驱动，此时工作进给电机可以转动或不转动，转动时滑台的快进、快退速度略有变化；快速电机靠其后端的傍磁式直流电磁铁制动器实现制动。在传动装置中设有过转矩保护装置，当滑鞍碰上死挡铁7停留或发生故障而不能前进时，丝杠不转，涡轮亦不能转动，此时工作电机仍在工作，迫使蜗杆产生轴向窜动，通过杠杆机构4压下行程开关5发出指令，使快速电机反转，滑鞍快速退回。机械滑台能实现的典型工作循环有：一次工作进给，超越进给，反响进给和分级进给。通常，根据滑台的驱动方式、所需进给力、进给速度、最大行程长度和加工精度等因素来选用合适的滑台。根据本设计中进给力，选择与1TD32动力箱相配套的机械滑台，型号为1HJb32型。2.4.3 支承部件及其它 组合机床支承部件包括中间底座、侧底座、立柱、立柱底座、支架及垫块等。支承部件主要用来安装动力部件及其它工作部件，是组合机床的基础部件。支承部件应有足够的刚度，以保证各部件之间相对位置精度长期正确，从而保证组合机床的加工精度。根据配套关系，可选择出立式组合机床的立柱为，立柱侧底座1CD321，滑台侧底座为1CC322.另外，钻床的刀具夹具采用重型锥孔扳手钻夹头，型号J2110，钻夹头连接杆为MT2Z12，莫氏锥度2号。3 多轴箱设计3.1 多轴箱传动系统的设计与计算多轴箱的传动系统设计，就是通过一定的传动链把动力箱输出轴（亦称多轴箱驱动轴）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及成本的高低。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，力求使主要转动件的规格少，数量少，体积小，因此，在设计传动系统时，要注意以下几点：（1）尽量用一根中间传动轴带动多跟主轴。（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为11.5，在多轴箱后盖内的第排（或第排）齿轮，根据需要，其传动比可以取大些，但一般不超过33.5.（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，可采用逐步降速传动；如驱动轴转速较低时可先使速度升高一点再降速；这样可使传动链前面几根轴、齿轮等在较高转速下工作，结构可小些。（5）粗加工切削力大，主轴上的齿轮应尽量安排靠近前支承，以减少主轴的扭矩变形。3.1.1 主轴分布及齿轮传动路线的确定拟定多轴箱传动系统的基本方法是：先把全部主轴中心尽可能分布在几个同心圆上，在各个同心圆的圆心上分别设置中心传动轴，非同心圆分布的一些主轴，也宜设置中间传动轴（如一根传动轴带二根或三根主轴）；然后根据已选定的各中心传动轴再取同心圆，并用最少的传动轴带动这些中心传动轴；最后通过合拢传动轴与动力箱驱动轴连接起来。被加工零件上加工孔的位置分布是多种多样的，但大致可分为这三种类型：（1）同心圆分布 图3-1中主轴群14的各轴心在同心圆上均布，主轴群511在同心圆山不均匀分布。对这类主轴，可在同心圆处分别设置中心传动轴，由其上的一个或几个（不同排数）齿轮来带动各主轴。（2）直线分布 图3-2所示主轴按直线分布。对此类主轴，可在两主轴中心连线的垂直平分线上设传动轴，由其上一个或几个齿轮来带动各主轴（如图3-3a、b两种传动方案）（3）任意分布本设计根据被加工零件的尺寸，初定多轴箱外形尺寸为400400，因多轴箱与钻头之间加入了万向联轴器的传动部分，因此在主轴分布上可较自由的设计。拟采用如图3-4（a）所示的同心圆分布形式。轴1位于多轴箱的中心位置，16根输出轴分成四组，每组四根，呈同心圆分布，分别由一根中间传动轴带动。因动力箱驱动轴中心线与多轴箱中心不重合，所以需在驱动轴和1轴之间加一级齿轮传动。各轴分布好之后，设计齿轮传动路线如图3-4（b）所示。3.1.2 齿轮齿宽、模数初定通用主轴箱中采用的传动齿轮有两种宽度：24mm和32mm，齿数z的范围分别为1650和1670。齿轮传动的最大速比推荐不超过1:3，极限情况下不应超过1:3.5。本设计中设计取齿宽B=24mm。在一般齿轮传动设计中，齿轮模数是按照齿轮的抗弯强度和齿面疲劳强度计算的，然后经过实验确定。但由于齿轮传动多轴箱在生产中早已广泛应用，在使用和制造方面已有一定的经验，所以，在多轴箱设计中，齿轮模数可根据加工孔径查表选定。加工孔径为8mm时，齿轮模数取m=2mm。3.1.3 传动比分配与齿轮参数确定由公式 n=1000r/（D） 则可得钻头转速 n=100014/（8） =557r/min所以多轴箱总传动比=557/720=1/1.2931.轴0-1齿轮传动 由图3-1（a）可知，轴0与轴1中心距为75mm 由中心距公式： /2 可得： =75 查表，取 =33 =42则传动比 =33/42=1/1.26 因m=2，所以可得： 主动轮分度圆直径：=233=66mm 从动轮分度圆直径：=242=84mm 主动轮齿顶圆直径：=66+22=70mm 从动轮齿顶圆直径：=84+22=88mm 主动轮齿根圆直径：=66-2.52=61mm 从动轮齿根圆直径：=84-2.52=79mm 中心距： a=75mm2.轴47-823齿轮传动因16个啮合均相同，设计一对即可，比如轴4-9。因为需要一个主动轮带动四个从动轮，为避免从动轮相互干涉，所以最后一级取升速，所需传动比较大。取 =2.51，m=2查表取： =48 =19主动轮分度圆直径：=248=96mm 从动轮分度圆直径：=219=38mm 主动轮齿顶圆直径：=96+22=100mm 从动轮齿顶圆直径：=38+22=42mm 主动轮齿根圆直径：=96-2.52=91mm 从动轮齿根圆直径：=38-2.52=33mm3.轴1-2、3齿轮传动 由以上计算可知，剩余传动比=1/2.576 选取：=1/1.60同样只选取其中一对设计（轴1-3齿轮传动）=1/1.60 m=2取 =25 =40主动轮分度圆直径：=225=50mm 从动轮分度圆直径：=240=80mm 主动轮齿顶圆直径：=50+22=54mm 从动轮齿顶圆直径：=80+22=84mm 主动轮齿根圆直径：=50-2.52=45mm 从动轮齿根圆直径：=80-2.52=75mm4.轴2、3-轴47齿轮传动=1/1.60 m=2取 =25 =40主动轮分度圆直径：=225=50mm 从动轮分度圆直径：=240=80mm 主动轮齿顶圆直径：=50+22=54mm 从动轮齿顶圆直径：=80+22=84mm 主动轮齿根圆直径：=50-2.52=45mm 从动轮齿根圆直径：=80-2.52=75mm验算输出轴转速:= =72033/4225/4025/4048/19 =558r/min转速误差为：（558-557）/557100%） =0.95多轴箱总效率： =. = =0.85因多轴箱与钻头接杆之间还有两个单十字轴万向联轴器传动，所以，多轴箱输出功率：=/ =2.64/ =2.925 KW则需动力箱输出功率：=/ =2.925/0.85 =3.441 KW由此可见，初选的1TD32动力箱符合该设计的动力要求。2.各轴功率、转速和转矩的计算:轴0： 即动力箱输出轴 =3.441 KW =720 r/min =9.55/ =9.553441/720 =45.64 N.m轴1： =. =3.4410.97