第四章組合機床

第四章

組合機床設(shè)計普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材主編：李慶余孟廣耀副主編：張佳董鋒目錄第一節(jié)概述第二節(jié)組合機床總體設(shè)計第三節(jié)通用多軸箱設(shè)計第一節(jié)概述組合機床是根據(jù)工件加工需要，以大量系列化、標(biāo)準(zhǔn)化的通用部件為基礎(chǔ)，配以少量專用部件，對一種或數(shù)種工件按預(yù)先確定的工序進行加工的高效專用機床。

第一節(jié)概述主要加工箱體類零件，如氣缸體、變速箱體、汽缸蓋、閥體等；一些重要零件的關(guān)鍵加工工序，雖然生產(chǎn)批量不大，也采用組合機床來保證其加工質(zhì)量。目前，組合機床的研制正向高效、高精度、高自動化的柔性化方向發(fā)展。第一節(jié)概述組合機床能夠?qū)ぜM行多刀、多軸、多面、多工位同時加工；可完成鉆孔、擴孔、鏜孔、攻絲、銑削、車孔端面等工序；隨著組合機床技術(shù)的的發(fā)展，其工藝范圍日益擴大，如：焊接、熱處理、自動測量和自動裝配、清洗等非切削工序。組合機床廣泛應(yīng)用于大批大量的生產(chǎn)的行業(yè)，如：汽車、拖拉機、電動機、內(nèi)燃機、閥門、縫紉機等制造業(yè)。

組合機床的組成組合機床的組成組合機床主要由滑臺1、鏜削頭2、夾具3、多軸箱4、動力箱5、立柱6、立柱底座7、中間底座8、側(cè)底座9以及控制部件和輔助部件（圖中未示出）等組成。夾具3和多軸箱4是按加工對象設(shè)計的專用部件，其余均為通用部件；專用部件中的絕大多數(shù)零件（約為70%～90%）是通用零件。

組合機床的類型根據(jù)所選用的通用部件的規(guī)格大小以及結(jié)構(gòu)和配置形式等方面的差異，將組合機床分為大型組合機床和小型組合機床兩大類?；_臺面寬度B≥250mm的為大型組合機床；滑臺臺面寬度B＜250mm的為小型組合機床。本章只介紹大型組合機床及其設(shè)計。組合機床的類型根據(jù)大型組合機床的配置形式，可將其分為具有固定夾具的單工位組合機床、具有移動夾具的多工位組合機床和轉(zhuǎn)塔式組合機床三類。具有固定夾具的單工位組合機床具有固定夾具的單工位組合機床單工位組合機床特別適用于加工大、中型箱體類零件。在整個加工循環(huán)中，夾具和工件固定不動，通過動力部件使刀具從單面、雙面或多面對工件進行加工（如圖4-2）。這類機床加工精度較高，但生產(chǎn)率較低。臥式組合機床（如圖4-2a）的刀具主軸水平布置，動力部件沿水平方向進給。按加工要求的不同，可配置成單面、雙面或多面的形式。立式組合機床（如圖4-2b）的刀具主軸垂直布置，動力部件沿垂直方向進給。一般只有單面配置形式。

具有固定夾具的單工位組合機床具有固定夾具的單工位組合機床傾斜式組合機床（如圖4-2c）的動力部件傾斜布置，沿傾斜方向進給?？膳渲贸蓡蚊妗㈦p面或多面的形式，以加工工件上的傾斜表面。復(fù)合式組合機床（如圖4-1）是上述兩種或三種型式的組合。具有移動夾具的多工位組合機床多工位組合機床的夾具和工件可按預(yù)定工作循環(huán)，作間歇的移動或轉(zhuǎn)動，以便依次在不同工位上對工件進行不同工序的加工。這類機床生產(chǎn)率高，但加工精度不如單工位組合機床，多用于大批量生產(chǎn)中對中小型零件的加工（圖4-3）。按照夾具和工件的輸送方式不同，可分為移動工作臺式、回轉(zhuǎn)工作臺式、中央立柱式和鼓輪式四種類型。多工位組合機床多工位組合機床1.移動工作臺組合機床圖4-3a所示的組合機床，可先后在兩個工位上從兩面對工件進行加工，夾具和工件可隨工作臺直線移動來實現(xiàn)工位的變換。多工位組合機床2.工作臺組合回轉(zhuǎn)機床圖4-3b所示為一臺六工位回轉(zhuǎn)工作臺組合機床，在每一工位上可以同時加工一個或幾個工件，其上的夾具和工件安裝在繞垂直軸線回轉(zhuǎn)的回轉(zhuǎn)工作臺上，并隨其作周期轉(zhuǎn)動以實現(xiàn)工位的變換。由于這種機床適宜于對中小型工件進行多面、多工序加工，具有專門的裝卸工位，使裝卸工件的輔助時間和機動時間重合，所以能獲得較高的生產(chǎn)率。3.中央立柱式組合機床圖4-3c所示為一臺六工位中央立柱式組合機床，其上的夾具和工件安裝在繞垂直軸線回轉(zhuǎn)的環(huán)形回轉(zhuǎn)工作臺上，并隨其作周期轉(zhuǎn)動以實現(xiàn)工位的變換。在環(huán)形回轉(zhuǎn)工作臺周圍以及中央立柱上均可布置動力部件，在各個工位上，對工件進行多工序加工。多工位組合機床多工位組合機床4.鼓輪式組合機床圖4-3d所示為一臺鼓輪式組合機床，其上的夾具和工件安裝在繞水平軸線回轉(zhuǎn)的鼓輪上，并作周期轉(zhuǎn)動以實現(xiàn)工位的變換。在鼓輪的兩端布置動力部件，從兩面對工件進行加工。轉(zhuǎn)塔式組合機床轉(zhuǎn)塔式組合機床（圖4-4）的轉(zhuǎn)塔回轉(zhuǎn)工作臺上，各個多軸箱依次轉(zhuǎn)到加工位置對工件進行加工。按多軸箱是否作進給運動，可將這類機床分為兩類：轉(zhuǎn)塔式組合機床1．只實現(xiàn)主運動的轉(zhuǎn)塔式多軸箱組合機床多軸箱安裝在轉(zhuǎn)塔回轉(zhuǎn)工作臺上（圖4-4a），主軸由電動機通過多軸箱內(nèi)的傳動裝置帶動作旋轉(zhuǎn)主運動；工件安裝在滑臺的回轉(zhuǎn)工作臺上（如果不需工件轉(zhuǎn)位時，可直接安裝在滑臺上），由滑臺帶動作進給運動。轉(zhuǎn)塔式組合機床轉(zhuǎn)塔式組合機床2．既實現(xiàn)主運動又可隨滑臺作進給運動的轉(zhuǎn)塔式多軸箱組合機床。這類機床（圖4-4b）的工件固定不動（也可以作周期轉(zhuǎn)位），轉(zhuǎn)塔式多軸箱安裝在滑臺上并隨滑臺作進給運動。轉(zhuǎn)塔式組合機床可以完成一個工件的多工序加工，因而可以減少機床臺數(shù)和占地面積，適宜于中、小批量生產(chǎn)。三、組合機床的通用部件通用部件是組合機床的基礎(chǔ)。（一）通用部件的分類按通用部件在組合機床上的作用，可分為下列幾類：1．動力部件動力部件是組合機床的主要部件，它為刀具提供主運動和進給運動。動力部件包括動力滑臺及其相配套使用的動力箱和各種單軸頭，如銑削頭、鉆削頭、鏜孔車端面頭等，其它部件均以選定的動力部件為依據(jù)來配套選用。三、組合機床的通用部件2．支承部件支承部件是組合機床的基礎(chǔ)部件，它包括側(cè)底座、立柱、立柱底座和中間底座等，用于支承和安裝各種部件。組合機床各部件之間的相對位置精度、機床的剛度主要由支承部件保證。三、組合機床的通用部件3．輸送部件輸送部件用于帶動夾具和工件的移動和轉(zhuǎn)動，以實現(xiàn)工位的變換，因此，要求有較高的定位精度。輸送部件主要有移動工作臺和回轉(zhuǎn)工作臺。三、組合機床的通用部件4．控制部件控制部件用于控制組合機床按預(yù)定的加工程序進行循環(huán)工作，它包括可編程控制器（PLC）、各種液壓元件、操縱板、控制擋鐵和按鈕臺等。5．輔助部件輔助部件包括用于實現(xiàn)自動夾緊工件的液壓或氣動裝置，機械扳手，冷卻和潤滑裝置，排屑裝置以及上下料的機械手等。（二）通用部件的型號、規(guī)格及配套關(guān)系按通用部件標(biāo)準(zhǔn)，動力滑臺的主參數(shù)為其工作臺面寬度，其它通用部件的主參數(shù)取與其配套的滑臺主參數(shù)來表示。例如:1HY32M1B表示臺面寬度為320mm，經(jīng)過第一次重大改進，采用鑲鋼導(dǎo)軌的精密液壓滑臺；TX40A表示與臺面寬度為400mm的滑臺配套，主軸徑向軸承采用短圓柱滾子軸承、用于精加工的銑削頭?！?字頭”通用部件

等效采用ISO2562國際標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計的“1字頭”通用部件，按精度分為：普通級、精密級（M）和高精度級(G)三種精度等級。

“1字頭”通用部件如：普通級、精密級、高精度級臺面寬度320mm的液壓滑臺分別為：1HY321HY32M1HY32G滾珠絲杠傳動臺面寬度320mm的機械滑臺1HJ32主參數(shù)320mm交流伺服數(shù)控機械滑臺：NC—1HJT320中心高320mm的動力箱：1TD32“1字頭”動力滑臺特點“1字頭”動力滑臺由滑座、滑鞍和驅(qū)動部件等組成；采用雙矩形閉式導(dǎo)軌，縱向用雙矩形的外側(cè)導(dǎo)向，斜鑲條調(diào)整導(dǎo)軌間隙；壓板與支承導(dǎo)軌組成輔助導(dǎo)軌副，防止傾覆力矩過大導(dǎo)致滑鞍（動導(dǎo)軌）與滑座（支承導(dǎo)軌）分離。這種導(dǎo)軌制造工藝簡單，導(dǎo)向精度高，剛度好?；鶎?dǎo)軌材料有兩種，分別在型號后加A、B以示區(qū)別，A表示滑座導(dǎo)軌材料為HT300，高頻淬火硬度為42～48HRC；B表示滑座為鑲鋼導(dǎo)軌，淬火硬度達48HRC以上。

1HJT機械滑臺傳動系統(tǒng)圖1TD動力箱結(jié)構(gòu)示意圖1TXⅠ型銑削頭結(jié)構(gòu)示意圖1TA鏜削頭結(jié)構(gòu)示意圖第二節(jié)組合機床總體設(shè)計總體設(shè)計內(nèi)容和方法大致如下：制定工藝方案時，必須認真分析被加工零件工序圖，了解零件的形狀、大小、材料、硬度、剛性、加工部位的結(jié)構(gòu)特點、加工精度、表面粗糙度，以及現(xiàn)場所采用的定位、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)場的環(huán)境和條件等等。第二節(jié)組合機床總體設(shè)計制定工藝方案時，還要考慮下列幾點基本原則：1.選擇合適、可靠的工藝方法2.粗、精加工要合理安排3.工序集中的原則4.定位基準(zhǔn)及夾緊點的選擇原則

二、確定組合機床的配置形式和結(jié)構(gòu)方案

通常，在確定工藝方案的同時，也就大體上確定了組合機床的配置形式和結(jié)構(gòu)方案。但是還要考慮下列因素的影響。加工精度的影響工件結(jié)構(gòu)狀況的影響生產(chǎn)率的影響現(xiàn)場條件的影響三、“三圖一卡”的編制編制“三圖一卡”的工作內(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)率計算卡?！叭龍D一卡”是組合機床總體方案的具體體現(xiàn)。（一）繪制被加工零件圖被加工零件工序圖是根據(jù)選定的工藝方案，表明零件形狀、尺寸、硬度、以及在所設(shè)計的組合機床上完成的工藝內(nèi)容和所采用的定位基準(zhǔn)、夾壓點的圖紙。它是組合機床設(shè)計的主要依據(jù)，也是制造、驗收和調(diào)整機床的重要技術(shù)條件。被加工零件工序圖在被加工零件工序圖上應(yīng)標(biāo)注的內(nèi)容1）加工零件的形狀、主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(zhǔn)、夾緊部位及夾緊方向。3）加工時如需要中間向?qū)?，?yīng)表示出工件與中間向?qū)чg有關(guān)部位的結(jié)構(gòu)和尺寸，以便檢查工件、夾具、刀具之間是否相互干涉。4）被加工零件的名稱、編號、材料、硬度及被加工部位的加工余量等。繪制被加工零件工序圖的一些規(guī)定

1）本工序的加工部位用粗實線繪制，其余部位用細實線繪制。定位基準(zhǔn)、夾緊部位、夾緊方向等需用符號表示；本道工序保證的尺寸、角度等，均在尺寸下用橫線標(biāo)出。繪制被加工零件工序圖的一些規(guī)定2）加工部位的位置尺寸應(yīng)由定位基準(zhǔn)算起。但有時也可將工件某一主要孔的位置尺寸從定位基準(zhǔn)算起，其余各孔的位置尺寸再從該孔算起。當(dāng)定位基準(zhǔn)與設(shè)計基準(zhǔn)不重合時，要進行換算。位置尺寸的公差不對稱時，要換算成對稱公差尺寸，如尺寸應(yīng)換算成9.8±0.1。3）注明零件對機床加工提出的某些特殊要求，如對精鏜孔機床應(yīng)注明是否允許留有退刀痕跡。三、“三圖一卡”的編制（二）加工示意圖加工示意圖是被加工零件工藝方案在圖紙上的反映，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、多軸箱、電氣和液壓系統(tǒng)設(shè)計選擇動力部件的主要依據(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技術(shù)文件。

某汽車變速箱上蓋11孔鉆鉸加工示意圖

1．在加工示意圖上應(yīng)標(biāo)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、刀具及多軸箱之間的相對位置及其聯(lián)系尺寸。如工件端至多軸箱端面間的距離，刀具刀尖至多軸箱端面之間的距離等。

1．在加工示意圖上應(yīng)標(biāo)注的內(nèi)容（3）主軸的結(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（包括鏜桿）、浮動卡頭、導(dǎo)向裝置、攻絲靠模裝置的結(jié)構(gòu)尺寸；刀具與導(dǎo)向裝置的配合，刀具、接桿、主軸之間的連接方式。刀具應(yīng)按加工終了位置繪制。2．繪制加工示意圖的有關(guān)計算加工示意圖繪制時，應(yīng)進行刀具、導(dǎo)向裝置的選擇及切削用量、轉(zhuǎn)矩、進給力、功率和有關(guān)聯(lián)系尺寸的計算。2．繪制加工示意圖的有關(guān)計算（1）刀具的選擇選擇刀具，應(yīng)考慮工藝要求與加工尺寸精度，工件材質(zhì)，表面粗糙度及生產(chǎn)率的要求。只要條件允許，應(yīng)盡量選用標(biāo)準(zhǔn)刀具。為了提高工序集中程度或滿足精度要求，可以采用復(fù)合刀具?？准庸さ毒叩拈L度應(yīng)保證加工終了時刀具螺旋槽尾端與導(dǎo)向套之間有30～50mm的距離，以便于排出切屑和刀具磨損后有一定的向前調(diào)整量。刀具錐柄插入接桿孔內(nèi)的長度，在繪制加工示意圖時應(yīng)注意從刀具總長中減去。（2）導(dǎo)向套的選擇組合機床加工孔時，除采用剛性主軸加工方案外，零件上孔的位置精度主要靠刀具的導(dǎo)向裝置來保證。因此，正確選擇導(dǎo)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要解決的問題。2．繪制加工示意圖的有關(guān)計算2．繪制加工示意圖的有關(guān)計算（3）初定切削用量

組合機床往往采用多軸、多刀、多面同時加工，且組合機床上的刀具要有足夠的耐用度，以減少頻繁換刀。因此，組合機床切削用量一般比通用機床的單刀加工要低30%以上。選擇切削用量時，應(yīng)盡量使相鄰主軸轉(zhuǎn)速接近，以使多軸箱的傳動鏈簡單些。使用液壓滑臺時，所選的每分鐘進給量一般應(yīng)比滑臺的最小進給量大50%，以保證進給穩(wěn)定。2．繪制加工示意圖的有關(guān)計算（4）確定切削轉(zhuǎn)矩、軸向力和切削功率確定切削轉(zhuǎn)矩、軸向力和切削功率是分別為了確定主軸及其它傳動件尺寸、選擇滑臺及設(shè)計夾具、選擇主電動機（一般是選擇動力箱的驅(qū)動電動機）提供依據(jù)。切削轉(zhuǎn)矩、軸向力和切削功率可利用計算圖或利用下列公式計算采用高速鉆頭鉆鑄鐵孔時2．繪制加工示意圖的有關(guān)計算2．繪制加工示意圖的有關(guān)計算采用高速鋼擴孔鉆擴鑄鐵孔時剛度條件計算時主軸的直徑為≥

≥

（5）計算主軸直徑強度條件下45鋼質(zhì)主軸的直徑為2．繪制加工示意圖的有關(guān)計算2．繪制加工示意圖的有關(guān)計算(6)選取刀具接桿由以上可知,多軸箱各主軸的外伸長度為一定值,而刀具得長度也是一定值。因此，為保證多軸箱上的各刀具能同時到達加工終了位置，就需要在主軸與刀具之間設(shè)置可調(diào)環(huán)節(jié)。這個可調(diào)環(huán)節(jié)在組合機床上是通過可調(diào)整的刀具接桿來解決的。

2．繪制加工示意圖的有關(guān)計算（7）確定加工示意圖的聯(lián)系尺寸

加工示意圖聯(lián)系尺寸的標(biāo)注圖4-6。其中最重要的聯(lián)系尺寸是工件端面到多軸箱端面之間的距離（圖4-6中的尺寸335、320mm）。它等于刀具懸伸長度、螺母厚度、主軸外伸長度與接桿伸出長度（可調(diào)）之和，再減去加工孔深（如加工通孔，還應(yīng)減去刀具的切出值）。2．繪制加工示意圖的有關(guān)計算（8）工作進給長度的確定

工作進給長度應(yīng)按加工長度最大的孔來確定。工作進給長度等于刀具的切入值（根據(jù)工件端面誤差情況，一般取5~10mm），加工孔深及切出值（可按表4-4確定）之和。繪制加工示意圖的注意事項1）加工示意圖中的位置，應(yīng)按加工終了時的狀況繪制，且其方向應(yīng)與機床的布局相吻合。2）工件的非加工部位用細實線繪制，其余部分一律按機械制圖標(biāo)準(zhǔn)繪制。3）同一多軸箱上，結(jié)構(gòu)、尺寸完全相同的主軸，不管數(shù)量多少，允許只繪一根，但應(yīng)在主軸上標(biāo)注與工件孔號相對應(yīng)的軸號。

繪制加工示意圖的注意事項

4）主軸間的分布可不按真實的中心距繪制，但加工孔距很近或需設(shè)置徑向尺寸較大的導(dǎo)向裝置時，則應(yīng)按比例繪制，以便檢查相鄰主軸、刀具、導(dǎo)向裝置等是否產(chǎn)生干涉。5）對于標(biāo)準(zhǔn)通用結(jié)構(gòu)，允許只繪外形，標(biāo)上型號，但對一些專用結(jié)構(gòu)如導(dǎo)向、專用接桿等則應(yīng)繪出剖視圖，并標(biāo)注尺寸、精度及配合。（三）機床聯(lián)系尺寸圖機床聯(lián)系尺寸圖是用來表示機床的配置形式、機床各部件之間相對位置關(guān)系和運動關(guān)系的總體布局圖。它是進行多軸箱、夾具等專用部件設(shè)計的重要依據(jù)。1．選用動力部件(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)動方式的確定參照液壓滑臺和機械化臺的性能特點，結(jié)合具體的加工要求、使用條件來確定。本例選用NJ—1HJ系列機械滑臺。2)確定軸向進給力滑臺所需的進給力可按下式計算繪制機床聯(lián)系尺寸圖步驟及其有關(guān)計算繪制機床聯(lián)系尺寸圖步驟及其有關(guān)計算3）確定進給速度機械滑臺的工作進給速度是分等級的，由掛輪的配換來決定；液壓滑臺的工作進給速度則規(guī)定在一定范圍內(nèi)無級調(diào)節(jié)。對液壓滑臺，確定刀具切削用量時所規(guī)定的工作進給速度應(yīng)大于滑臺最小工作進給速度的0.5~1倍；當(dāng)液壓進給系統(tǒng)中采用壓力繼電器時，實際進給速度還應(yīng)更大一些。繪制機床聯(lián)系尺寸圖步驟及其有關(guān)計算NC—1HJ系列滑臺為交流伺服無級變速，工作進給速度≥5mm/min，快速移動速度≤10m/min。本例選擇NC—1HJ25Ⅰ交流伺服機械滑臺，工作進給速度為50mm/min。4）精度的選擇根據(jù)加工精度，選用適當(dāng)精度的滑臺。繪制機床聯(lián)系尺寸圖步驟及其有關(guān)計算5）確定滑臺行程滑臺的行程除保證足夠的工作行程外，還應(yīng)留有前備量和后備量。前備量的作用是使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，前備量一般大于10~20mm。本例前備量為20mm；后備量的作用是使動力部件有一定的向后移動的余地，以方便的裝卸刀具，后備量一般不小于40~50mm，或不少于刀具尾柄插入刀具接桿錐孔內(nèi)的長度。所以滑臺總行程應(yīng)大于工作行程、前備量、后備量之和。繪制機床聯(lián)系尺寸圖步驟及其有關(guān)計算（2）動力箱的選用動力箱主要依據(jù)多軸箱所需的電動機功率來選用。多軸箱所需的電動機功率為一般取所傳遞功率的。動力箱的電動機功率應(yīng)大于計算功率，并結(jié)合各主軸要求的轉(zhuǎn)速大小，合理地選定動力箱的電動機功率和型式。當(dāng)某一規(guī)格的動力部件的功率或進給力不能滿足要求，但又相差不大時，不要輕易選用大一規(guī)格的動力部件，而應(yīng)根據(jù)具體情況適當(dāng)降低切削用量，或?qū)⒌毒咤e開順序加工，以降低功率和進給力。繪制機床聯(lián)系尺寸圖步驟及其有關(guān)計算2．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。組合機床標(biāo)準(zhǔn)中,推薦裝料高度為1060mm,但根據(jù)具體情況，如車間運送工件的滾道高度、多軸箱最低主軸高度等因素，在850～1060mm范圍內(nèi)選取。本例取裝料高度為900mm。繪制機床聯(lián)系尺寸圖步驟及其有關(guān)計算3.確定夾具輪廓尺寸

工件的尺寸和形狀是確定夾具底座尺寸的基本依據(jù)。確定夾具底座尺寸時應(yīng)考慮工件的定位件、夾緊機構(gòu)、刀桿導(dǎo)向裝置的需求空間，并應(yīng)滿足排屑和安裝的需要。繪制機床聯(lián)系尺寸圖步驟及其有關(guān)計算4．中間底座輪廓尺寸中間底座的輪廓尺寸要滿足夾具在其上面連接安裝的需要。中間底座長度尺寸根據(jù)所選動力部件（滑臺、滑座）及配套部件（側(cè)底座）的位置關(guān)系確定。同時應(yīng)考慮多軸箱處于終了位置時,多軸箱與夾具體之間應(yīng)有適當(dāng)距離,以便于機床調(diào)整、維修；另外中間底座周邊應(yīng)有不小于70～100mm的排屑或冷卻液回流槽。中間底座長度一般可按下式計算

繪制機床聯(lián)系尺寸圖步驟及其有關(guān)計算5．確定多軸箱輪廓尺寸標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定：臥式配置的多軸箱總厚度為325mm，立式配置的為340mm;寬度和高度按標(biāo)準(zhǔn)尺寸系列選取。

機床聯(lián)系尺寸圖（四）生產(chǎn)率計算卡機床的生產(chǎn)率（件/h）按下式計算機床負荷率按下式計算：

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、負荷率等的技術(shù)文件。通過生產(chǎn)率計算卡，可以分析所擬定的方案是否滿足用戶對生產(chǎn)率及負荷率的要求。

第三節(jié)通用多軸箱設(shè)計

一、多軸箱的功用及分類多軸箱是組合機床的重要專用部件。多軸箱根據(jù)加工示意圖所確定的工件加工孔數(shù)和配置、切削用量和主軸類型設(shè)計，由通用零件組成。能將動力箱的動力，傳遞給主軸，使之按要求的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向旋轉(zhuǎn)，提供切削動力。多軸箱與動力箱一起安裝于進給滑臺上，可完成鉆、擴、鉸、鏜孔等加工工序。第三節(jié)通用多軸箱設(shè)計多軸箱分通用多軸箱和專用多軸箱兩大類。專用多軸箱根據(jù)被加工工件的特點及其加工工藝要求進行設(shè)計。專用多軸箱基本上由專用零件組成，采用不需導(dǎo)向裝置的剛性主軸來保證加工孔的位置精度。通用多軸箱按專用要求設(shè)計，由通用零件及少量專用零件組成，采用非剛性主軸，加工時，需由導(dǎo)向裝置引導(dǎo)刀具來保證被加工孔的位置精度。本節(jié)只介紹通用多軸箱的設(shè)計。二、通用多軸箱的組成二、通用多軸箱的組成通用多軸箱主要由箱體類零件、主軸、傳動軸、齒輪以及潤滑和防油元件等組成，如圖4-14所示。圖中箱體17、前蓋20、后蓋15等為通用箱體類零件；主軸1~5、傳動軸6和8、手柄軸7、潤滑泵軸9、傳動齒輪11、驅(qū)動軸齒輪13等為傳動類零件；潤滑泵12、分油器16、注油杯22、油盤19（立式多軸箱不用）、注油杯22、防油套10和排油塞21等為潤滑和防油元件。三、多軸箱的通用零件

多軸箱的通用零件通用箱體類零件包括多軸箱箱體、前蓋、后蓋、上蓋和側(cè)蓋（見圖4-15）。箱體材質(zhì)為HT200，前、后蓋為HT150，上蓋為HT150。組合機床臥式多軸箱箱體組合機床臥式多軸箱箱體多軸箱箱體的標(biāo)準(zhǔn)厚度為180mm，臥式組合機床的多軸箱前蓋厚度為55mm，立式組合機床前蓋兼作油池，故加厚到70mm；基型后蓋厚度為90mm，變型后蓋厚度為50mm、100mm和125mm三種，可根據(jù)多軸箱內(nèi)傳動系統(tǒng)安排和動力箱與多軸箱的連接情況合理選用。如在后蓋內(nèi)只有一對齒輪嚙合，且嚙合的齒輪外廓（相嚙合的兩齒輪的中心距與兩齒輪齒頂圓半徑之和）不超出后蓋與動力箱連接法蘭的范圍時，若采用總寬44mm的傳動齒輪可選用50mm的后蓋;組合機床臥式多軸箱箱體若采用總寬84mm的傳動齒輪，可選用90mm的后蓋，但后蓋窗口要按齒輪外廓加以擴大并進行補充加工（見圖4—16）；如果相嚙合的齒輪外廓超出后蓋與動力箱連接法蘭的范圍或多于一對嚙合齒輪時，若為第Ⅳ排齒輪，需采用厚度為100mm的后蓋，若為第Ⅴ排齒輪需采用厚度為125mm的后蓋。組合機床臥式多軸箱后蓋補充加工圖2、通用軸類零件（1）通用主軸通用主軸分為鉆削類和攻絲類主軸兩種。鉆削類主軸采用兩端軸向定位方式，按支承型式可分為圓錐滾子軸承主軸，滾針軸承主軸，滾珠軸承主軸三種。攻絲類主軸按支承型式分為圓錐滾子軸承主軸和滾針軸承主軸兩種,主軸材料質(zhì)一般為40Cr鋼，熱處理C42；用滾針軸承的主軸材質(zhì)為20Cr鋼，熱處理S0.5～1，C59。通用主軸（2）通用傳動軸常用的通用傳動軸按用途和支承型式可分為圓錐滾子軸承傳動軸；滾針軸承和推力球軸承傳動軸；潤滑泵軸；手柄軸四種，見圖4-17。通用傳動軸材料一般用45鋼，熱處理T215；滾針軸承的傳動軸材料為20Cr鋼，熱處理S0.5~1，C59（2）通用傳動軸通用齒輪指動力箱齒輪（圖a），齒寬32mm，總寬度84mm；電動機齒輪（圖b），齒寬32mm；傳動齒輪（圖c），齒寬有24mm、32mm兩種。標(biāo)準(zhǔn)齒輪不變位齒輪。材料為45鋼；齒部高頻淬火G54。（3）通用齒輪（4）潤滑泵規(guī)格較大的通用多軸箱采用R12—1A葉片泵進行潤滑。中等規(guī)格的多軸箱用一個潤滑泵；規(guī)格較大且主軸數(shù)量多的多軸箱用兩個潤滑泵。油泵泵出的油經(jīng)分油器至各潤滑點。潤滑泵安裝在前蓋內(nèi)，油泵軸在箱體內(nèi)的懸伸長度為24mm，傳動方式有兩種，一是潤滑泵傳動軸傳動，另一種是傳動軸上的齒輪直接與油泵軸上的齒輪嚙合傳動。傳動齒輪齒寬為12mm。R12—1A葉片潤滑泵的排油量為6ml/r，推薦轉(zhuǎn)速為550~800r/min。葉片潤滑泵的主要結(jié)構(gòu)尺寸圖四、多軸箱設(shè)計多軸箱是組合機床的重要部件之一，多軸箱的設(shè)計也是組合機床設(shè)計的重要內(nèi)容。多軸箱設(shè)計的步驟大致為：

根據(jù)“三圖一卡”，繪制多軸箱設(shè)計原始依據(jù)圖；確定主軸結(jié)構(gòu)型式及齒輪模數(shù)；擬訂多軸箱傳動系統(tǒng)；計算主軸及傳動軸坐標(biāo)；繪制坐標(biāo)檢查圖；繪制多軸箱總圖及零件圖。（一）繪制多軸箱設(shè)計原始依據(jù)圖多軸箱設(shè)計原始依據(jù)圖是根據(jù)“三圖一卡”繪制的，其主要內(nèi)容如下：1．根據(jù)機床聯(lián)系尺寸圖，繪制多軸箱外形圖，并標(biāo)注輪廓尺寸和驅(qū)動軸O1、定位銷孔的坐標(biāo)值。2．根據(jù)聯(lián)系尺寸圖和加工示意圖，畫出工件與多軸箱的對應(yīng)位置尺寸，標(biāo)注所有主軸的坐標(biāo)值及工件輪廓尺寸。（一）繪制多軸箱設(shè)計原始依據(jù)圖3．標(biāo)注各主軸的轉(zhuǎn)速及旋轉(zhuǎn)方向。絕大部分主軸為逆時針旋轉(zhuǎn)（面對主軸看），故逆時針轉(zhuǎn)向不標(biāo)，只標(biāo)注順時針轉(zhuǎn)向主軸。4．列表說明各主軸的工序內(nèi)容、切削用量及主軸的外伸尺寸。5．表明動力部件的型號及其性能參數(shù)。在原始依據(jù)圖中應(yīng)注意：多軸箱與工件的擺放位置，一般情況下，工件在多軸箱前面。圖中，多軸箱的兩定位銷孔中心連線為橫坐標(biāo)，縱坐標(biāo)視工件和加工孔的位置而定，工件和加工孔基本對稱時，可選擇箱體中垂線為縱坐標(biāo)，如圖4-21原始尺寸圖；當(dāng)工件及加工孔不對稱時，縱坐標(biāo)可選擇在左銷孔心處，如圖4-22。（一）繪制多軸箱設(shè)計原始依據(jù)圖多軸箱設(shè)計原始依據(jù)圖（二）確定主軸結(jié)構(gòu)型式及齒輪模數(shù)一般情況下，根據(jù)工件加工工藝、刀具和主軸的連接結(jié)構(gòu)和刀具的進給抗力及切削轉(zhuǎn)矩來確定主軸的結(jié)構(gòu)型式。鉆削加工主軸，需承受較大的單向軸向力，最好選用向心球軸承和推力球軸承組合的支承結(jié)構(gòu)，且推力球軸承配置在主軸前端；如主軸前進和后退都進行切削時，前后支承可皆為圓錐滾子軸承的主軸結(jié)構(gòu)，以承受雙向軸向力；若主軸孔距較小，可選用滾針軸承和推力球軸承組合的支承結(jié)構(gòu)，但這種結(jié)構(gòu)的主軸精度和裝配工藝性較差，最好不選用。（二）確定主軸結(jié)構(gòu)型式及齒輪模數(shù)≥齒輪模數(shù)一般用類比法確定，也可以用下式估算傳動軸直徑可參考主軸直徑大小初步確定，待傳動系統(tǒng)擬定后再進行驗證。多軸箱中的齒輪模數(shù)常用2、2.5、3、3.5、4等。為了便于生產(chǎn)，同一多軸箱中的齒輪模數(shù)不要多于兩種。（三）多軸箱的傳動系統(tǒng)設(shè)計組合機床多軸箱的傳動系統(tǒng)，就是用一定數(shù)量的傳動元件，把動力箱的輸出軸與各主軸連接起來，組成一定的傳動鏈，并滿足各軸的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向要求。多軸箱的特點是：

針對某零件的特定工序恒速加工，傳動鏈短；多主軸同時加工，傳動鏈分支多。因此，多軸箱的傳動設(shè)計，以獲得需要的主軸轉(zhuǎn)速和旋向為原則，不存在通用機床前緩后急的最小傳動比限制，甚至可用升速傳動副驅(qū)動主軸。（三）多軸箱的傳動系統(tǒng)設(shè)計原則1）從面對主軸的位置看去，所有主軸（除非特殊要求外）應(yīng)逆時針方向旋轉(zhuǎn)。2）保證主軸轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向的前提下，應(yīng)力求用最少的傳動軸和齒輪（數(shù)量和規(guī)格）。盡可能用一根傳動軸帶動多根主軸，并將齒輪布置在同一排位置上。3）避免主軸兼作傳動軸，以免增加主軸負荷，影響加工質(zhì)量。當(dāng)主軸分布較密，布置齒輪的空間受到限制，或主軸負荷小，加工精度不高時，也可用一根強度較高的主軸帶動1~2根主軸的傳動方案。（三）多軸箱的傳動系統(tǒng)設(shè)計原則4）多軸箱內(nèi)傳動副最大傳動比，最小傳動比；最佳傳動比1.5-1≤≤1.5，使多軸箱結(jié)構(gòu)緊湊；后蓋內(nèi)齒輪傳動比≤2，≤3.5-1；除傳動鏈的最后可采用升速傳動外，應(yīng)盡可能避免升速傳動，避免空轉(zhuǎn)功率損失。5）粗加工主軸上的齒輪，盡可能設(shè)置在前端第I排，以減少主軸的扭轉(zhuǎn)變形；精加工主軸上的齒輪，應(yīng)設(shè)置在第III排，以減小主軸端的彎曲變形。（三）多軸箱的傳動系統(tǒng)設(shè)計原則6）同一主軸箱內(nèi)，如有粗、精加工主軸，最好從動力箱驅(qū)動軸后，就分兩條路線傳動，以免影響精加工主軸的加工精度。7）剛性鏜孔主軸上的齒輪，其分度圓直徑要盡可能大于被加工孔的孔徑，以減少振動，提高運動平穩(wěn)性。8）驅(qū)動軸直接帶動的傳動軸數(shù)不要超過兩根，以免給裝配帶來困難。對多軸箱傳動系統(tǒng)的一般要求

多軸箱傳動設(shè)計中，當(dāng)齒輪排數(shù)Ⅰ～Ⅳ不夠用時，可在保證齒輪強度的前提下增加排數(shù)，如在第Ⅰ排齒輪的位置上設(shè)兩排薄齒輪或在前蓋內(nèi)設(shè)置0排齒輪。2．?dāng)M定多軸箱傳動系統(tǒng)的基本方法

擬定多軸箱傳動系統(tǒng)的基本方法是：先把所有主軸中心盡可能分布在幾個同心圓上，然后在各個同心圓的圓心上分別設(shè)置中心傳動軸；再把各組同心圓上的中心傳動軸再取同心圓，并用最少的傳動軸帶動這些中心傳動軸；把最后的合攏傳動軸與動力箱的驅(qū)動軸連接起來。這就是“從主軸的布置開始，最后引到驅(qū)動軸上”。注意：驅(qū)動軸的中心必須處于多軸箱箱體寬度的中心線上，其中心高則從選定的動力箱的聯(lián)系尺寸圖中查出。2．?dāng)M定多軸箱傳動系統(tǒng)的基本方法（1）把所有主軸分成幾組同心圓被加工零件上加工孔的位置分布大致可以歸納為“同心圓分布”、“直線分布”和“任意分布”三種類型。圖4-23為單組同心圓分布和多組同心圓分布的主軸情況?？稍谕膱A圓心上設(shè)置一根傳動軸，由其上的一個或幾個齒輪來帶動各主軸旋轉(zhuǎn)。2．?dāng)M定多軸箱傳動系統(tǒng)的基本方法圖4-24為直線等距分布和按直線不等距分布的主軸情況?？稍趦赏鈧?cè)主軸中心連線的垂直平分線上設(shè)置傳動軸，由其上的一個或幾個齒輪來帶動各主軸旋轉(zhuǎn)。圖4-24b中傳動軸上的大齒輪與位于中間的主軸干涉，因此應(yīng)為第Ⅳ齒輪單組同心圓分布和多組同心圓分布直線等距分布和按直線不等距分布的主軸主軸位置任意分布傳動樹形圖描述多軸箱傳動系統(tǒng)（2）傳動樹形圖（圖4-26）是一種用簡單線條來描述多軸箱傳動系統(tǒng)的圖形。傳動樹形圖中的“樹梢”表示各個主軸，如主軸1~11；

“樹根”表示驅(qū)動軸，如驅(qū)動軸0；各分叉點為傳動軸，如傳動軸12~18。

“樹枝”以定向邊代表各軸之間的傳動副，并以箭頭表示傳動順序。從圖中可以看出：將主軸1~11分別分為1～4，5～7，8、9，10、11四組，分別由中心傳動軸12～15傳動。傳動樹形圖描述多軸箱傳動系統(tǒng)中心傳動軸12~15中，又分為傳動軸13、14和傳動軸12、15兩組，分別由傳動軸16、17傳動。最后由向驅(qū)動軸合攏的傳動軸18與驅(qū)動軸O連接起來。根據(jù)定向邊的箭頭，就可以清楚地看出系統(tǒng)的傳動路線。傳動樹形圖描述多軸箱傳動系統(tǒng)3．汽車變速箱上蓋鉆鉸孔組合機床左多軸箱傳動系統(tǒng)的擬定（1）擬定傳動路線把主軸3～6作為一組同心圓，在其圓心上布置中心傳動軸Ⅱ；把主軸1、2作為一組，看作直線分布，在兩主軸中心連線的垂直平分線上布置中心傳動軸Ⅲ；同樣，油泵傳動軸Ⅳ用中心傳動軸Ⅱ驅(qū)動。然后，將中心傳動軸Ⅱ、Ⅲ作為一組同心圓，在其圓心上用傳動軸Ⅰ驅(qū)動。最后，將傳動軸Ⅰ與驅(qū)動軸O1連接起來，形成左多軸箱的傳動系統(tǒng)（見圖4-27）。3．汽車變速箱上蓋鉆鉸孔組合機床左多軸箱傳動系統(tǒng)的擬定（2）確定驅(qū)動軸、主軸位置驅(qū)動軸的高度由動力箱聯(lián)系尺寸圖中查出：距箱體底面為124.5mm。根據(jù)汽車變速箱上蓋鉆鉸孔左多軸箱原始依據(jù)圖（圖4-21），算出驅(qū)動軸、主軸坐標(biāo)值。如表4-19所示。

表4—19左多軸箱主軸、驅(qū)動軸坐標(biāo)值（單位：mm）坐標(biāo)左銷孔驅(qū)動軸O1主軸1主軸2主軸3主軸4主軸5主軸6x-175072-72-76-707076y094.564.564.5163.5262.5262.5163.5（3）確定傳動軸位置及齒輪齒數(shù)1）確定傳動軸Ⅱ的位置及其與主軸3、4、5、6間的齒輪副齒數(shù)；傳動軸Ⅱ的位置為主軸3~6同心圓的圓心，由于主軸3與6、4和5對稱，所以傳動軸Ⅱ的橫坐標(biāo)為0；設(shè)傳動軸Ⅱ的縱坐標(biāo)為，則（3）確定傳動軸位置及齒輪齒數(shù)中心傳動軸Ⅱ與主軸3、4、5、6的軸心距多軸箱的齒輪模數(shù)按驅(qū)動軸齒輪估算≥

多軸箱輸入齒輪模數(shù)取,其余齒輪模數(shù)取。（3）確定傳動軸位置及齒輪齒數(shù)主軸3~6齒輪副的齒數(shù)和為88。由于主軸3、4、6的轉(zhuǎn)速是主軸5的2倍，為采用最佳傳動比，主軸3、4、6采用升速傳動，;主軸5采用降速傳動，;齒輪齒數(shù)分別為36、52；52齒的大齒輪變位，變位系數(shù),以盡量減少變位齒輪個數(shù)。傳動軸Ⅱ的轉(zhuǎn)速為（3）確定傳動軸位置及齒輪齒數(shù)2）確定傳動軸Ⅲ的位置及其與主軸1、2間的齒輪副齒數(shù)。為簡化結(jié)構(gòu)，取傳動軸Ⅲ的坐標(biāo)值為（0，94.5），與驅(qū)動軸重合，則傳動軸Ⅲ與主軸1、2的軸心距為：傳動軸Ⅲ與主軸1、2間傳動副的齒數(shù)和為78，齒輪齒數(shù)分別為32、46，傳動軸Ⅲ的轉(zhuǎn)速為

（3）確定傳動軸位置及齒輪齒數(shù)3）確定傳動軸Ⅰ的位置及其與驅(qū)動軸、傳動軸Ⅱ、Ⅲ間齒輪副的齒數(shù)。驅(qū)動軸O1的直徑為由《機械零件設(shè)計手冊》知，圖4—28所示齒輪（3）確定傳動軸位置及齒輪齒數(shù)當(dāng)，時，驅(qū)動軸上最小齒輪齒數(shù)為≥取驅(qū)動軸齒輪齒數(shù)為（3）確定傳動軸位置及齒輪齒數(shù)傳動軸Ⅰ的直徑也應(yīng)為30mm，這樣，驅(qū)動軸至傳動軸Ⅰ的軸心距離AO1~Ⅰ最小為57mm；為減少傳動軸的種類，傳動軸Ⅱ、Ⅲ的直徑也取30mm，由于傳動軸Ⅱ、Ⅲ的轉(zhuǎn)速為，則驅(qū)動軸至傳動軸Ⅱ（或Ⅲ）的傳動比為（3）確定傳動軸位置及齒輪齒數(shù)當(dāng)時，傳動軸Ⅰ上最小齒輪齒數(shù)為≥則傳動軸Ⅱ（或Ⅲ）上從動齒輪齒數(shù)為

?。?）確定傳動軸位置及齒輪齒數(shù)傳動軸Ⅰ、Ⅱ（或Ⅲ）的軸心距為由于＜，必須進行微量調(diào)整。驅(qū)動軸與傳動軸Ⅰ間的齒輪副齒數(shù)調(diào)整為19、21，中心距為60mm,傳動比為:（3）確定傳動軸位置及齒輪齒數(shù)傳動軸Ⅱ（或Ⅲ）上被動齒輪齒數(shù)變?yōu)?/p>

傳動軸Ⅰ、Ⅱ（或Ⅲ）的軸心距變?yōu)閭鲃虞SⅠ、Ⅲ間的齒輪副中的大齒輪采用變位齒輪或?qū)膭育X輪的齒數(shù)變?yōu)?5，使中心距變?yōu)?0mm。傳動軸Ⅰ、Ⅱ（或Ⅲ）的傳動比變?yōu)椋?）確定傳動軸位置及齒輪齒數(shù)確定傳動軸Ⅰ的位置，設(shè)傳動軸Ⅰ的坐標(biāo)為（xⅠ，yⅠ），則兩等式相減，得（3）確定傳動軸位置及齒輪齒數(shù)傳動軸Ⅰ與驅(qū)動軸、傳動軸Ⅱ、Ⅲ之間兩兩存在位置關(guān)系，因而可對傳動軸Ⅰ的坐標(biāo)值進行圓整，以利于加工，提高傳動軸Ⅰ的位置精度。傳動軸Ⅰ的坐標(biāo)值圓整為（17，152）。真實的軸心距分別為4）確定液壓泵軸Ⅳ的位置

液壓泵軸Ⅳ直接由傳動軸Ⅱ上的36齒的齒輪驅(qū)動，R12—1A液壓泵推薦轉(zhuǎn)速為；由于傳動比最大值為2，因而，最小傳動比為

則液壓泵軸齒輪齒數(shù)為考慮最佳傳動比，取4）確定液壓泵軸Ⅳ的位置液壓泵的理論轉(zhuǎn)速為

液壓泵軸Ⅳ與傳動軸Ⅱ的軸心距為

4）確定液壓泵軸Ⅳ的位置液壓泵軸Ⅳ的齒輪與主軸5的齒輪在同一橫截面上，應(yīng)避免齒頂干涉，為計算方便，設(shè)兩齒輪齒頂圓在坐標(biāo)軸上的投影不干涉，即兩齒輪齒頂圓半徑之和不大于主軸5與液壓泵軸Ⅳ的橫坐標(biāo)之差。設(shè)液壓泵軸Ⅳ的橫坐標(biāo)值為取

4）確定液壓泵軸Ⅳ的位置液壓泵軸Ⅳ的縱坐標(biāo)為