目 录 摘要…………………………………………………………………………1
Abstract……………………………………………………………………2
一 前言 ……………………………………………………………………3
1.组合机床的发展及概况
………………………………………… 3
2.组合机床的工艺范围及特点
…………………………………… 3
3.机床设计的目的、内容……………………………………………4
二 组合机床的总体设计…………………………………………………4
1.组合机床方案的制定………………………………………………4
2.确定切削用量及选择刀具…………………………………………7 2.1选择切削用量…………………………………………………… 7 2.2确定切削刀、切削扭矩、切削功率…………………………… 7 2.3选择刀具结构…………………………………………………… 8
3.“三图一卡”的编制…………………………………………………9
3.1被加工零件工序图……………………………………………… 9 3.2加工示意图………………………………………………………
10
3.3机床联系尺寸图…………………………………………………15 3.4生产率计算卡……………………………………………………18 4.多轴箱的设计…………………………………………………………20
4.1绘制多轴箱设计原始依据图……………………………………20 4.2主轴、齿轮模数的选择…………………………………………
21
4.3多轴箱的传动设计………………………………………………22
4.4绘制传动系统图…………………………………………………25 4.5传动零件的校核…………………………………………………25
结论
结论结论
结论………………………………………………………………………30
谢辞
谢辞谢辞
谢辞………………………………………………………………………31
参考文献
参考文献参考文献
参考文献…………………………………………………………………32
摘 要 制造业是一个国家或地区经济发展的重要支柱，其发展水平标志着该国
家或地区的经济实力、科技水平、生活水准和国防实力。而制造业的生产能
力主要取决于制造装备——机床的先进程度。
在批量生产中为了提高生产率，必须注意缩短加工时间和辅助时间而且
尽可能使辅助时间和加工时间重合，使每个工位安装多个工件同时进行多刀
加工，实行工序高度集中，因而广泛采用组合机床。本文对减速器箱盖连接
孔的加工工艺进行了详细的分析，就其孔的加工提出了“一次装夹，单工位
加工，达到产品图样的精度要求”的思路。根据这一思路设计了钻孔组合机
床设计。
该组合机床由立柱、立柱底座、中间底座、液压滑台、动力箱、多轴箱
等组成。本文对各部分的设计进行了详细的计算和论证。
关键词
关键词关键词
关键词：
：：
：组合机床,离合器压盘,主轴箱,夹具
Abstract The Manufacture is an important support of economic development
in a country or area. Its level of development stands for the economic
power, technical and scientific level, living standard and national
defensive power of the country or area. While the capability of
production in trade of manufacture mostly depends on the advanced
producing equipment－machine tool .
In mass production in order to increase productivity, we must
pay attention to shorten the processing time to time and to the extent
possible and processing time, so that each of the various parts
installed at the same time more knife processing, implementing
processes highly concentrated, so widely used Combination Machine
This paper has carried out detailed analysis for the case cover
processing technology of gear reducer that joins hole, the processing
for its hole have put forward the train of thought of " once pack folder,
work position is processed , reach the precision requirement of
product pattern ".According to this train of thought , have designed
the four-axle first work drilling machine of bit alignment.
This paper presents the design and calculating of each part of
this machine tool.
Keyword
KeywordKeyword
Keyword:
Modular machine tool, Clutch plate 一 前言 1.
1.1.
1.组合机床的发展及概况
组合机床的发展及概况组合机床的发展及概况
组合机床的发展及概况
组合机床是用已经系列化、标准化的通用部件和少量专用部件组成的
多轴、多刀、多工序、多面或多工位同时加工的高效专用机床，生产效率比
通用机床高几倍至几十倍，可进行钻、镗、铰、攻丝、车削、铣削等切削加
工。
1911年，美国为加工汽车零件研制了组合机床。在发展初期，各机床
制造厂都执行自己的通用部件标准。为方便用户使用和维修，提高互换性，
1953年美国福特汽车公司和通用汽车公司与美国机床制造厂协议，确定了
组合机床通用部件标准化的原则，并规定了部件间联系尺寸。1973年ISO
公布了第一批组合机床通用部件标准。1975年我国机械部公布了第一批组
合机床通用部件标准，它包括了汽车、农机、纺织和仪表
工业。1978年、
1983年又2次作了增补。目前，我国组合机床的通用零部件约占70%-90%。 2.
2.2.
2.组合机床的工艺范围及特点
组合机床的工艺范围及特点组合机床的工艺范围及特点
组合机床的工艺范围及特点
组合机床适宜于各种大中型箱体类零件，目前组合机床主要用于平面加
工和孔加工两类工序。其中孔加工包括钻、扩、铰、镗孔及倒角、切槽、攻
螺纹、锪沉孔、滚压孔等。随着自动化的发展，组合机床的工艺范围已扩展
到了车外圆等工序。
组合机床具有如下特点：
1）主要用于加工箱体类零件和杂件的平面和孔。
2）生产率高。可多面、多工位、多轴、多刀同时自动加工。
3）加工精度稳定。可选用成熟的通用部件、精密夹具来保证加工精度。
4）研制周期短，便于设计、制造和使用维护，成本低。 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，机床易于改装；产品或工艺
变化时，通用部件还可以重复利用。 3.
3.3.
3.机床设计的目的
机床设计的目的机床设计的目的
机床设计的目的、
、、
、内容
内容内容
内容
3.1设计的目的
机床设计的目的在于通过机床主运动机械变速传动系统的结构设计，使
我们在拟定传动和变速的结构方案过程中，得到设计构思、方案的分析、结
构工艺性、机械制图、零件计算、编写技术文件和查阅资料等方面的综合训
练，树立正确的设计思想，掌握基本的设计方法。
3.2设计内容
1）运动设计 根据给定的被加工零件，确定机床的切削用量，通过分
析比较拟定传动方案和传动系统图，确定传动副的传动比及齿轮的齿数。
2）动力设计 根据给定的工件，初算传动轴的直径、齿轮的模数；确
定动力箱；计算多轴箱尺寸及设计传动路线。完成装配草图后，要验算传动
轴的直径，齿轮模数否在允许范围内。
3）结构设计 进行主运动传动轴系、变速机构、主轴部件、箱体、润
滑与密封等的布置和机构设计。
4）编写设计说明书 二 组合机床的总体设计 1.
1.1.
1.组合机床方案的制定
组合机床方案的制定组合机床方案的制定
组合机床方案的制定
1.1制定工艺方案
零件加工工艺将决定组合机床的加工质量、生产率、总体布局和夹具结
构等。所以，在制定工艺方案时，必须计算分析被加工零件图，并深入了解 零件的形状、大小、材料、硬度、刚度，加工部位的结构特点加工精度，表
面粗糙度，以及定位，夹紧方法，工艺过程，所采用的刀具及切削用量，生
产率要求
等等。并查阅有关技术资料，制定出合理的工艺方案。
根据被加工被零件（箱体）的零件图（图2-1），加工四个螺纹底孔的
工艺过程。
1） 加工孔的主要技术要求：
加工4个M10螺纹底孔的孔；
孔的位置度公差为Φ0.1mm；
工件材料为HT200，HB170～241；
要求生产纲领为（考虑废品及备品率）年产量7万件，单班制生产。
2）工艺分析
加工该孔时，孔的位置度公差为0.1mm
根据组合机床用的工艺方法及能达到的经济精度，可采用如下的加工方
案：
一次性加工螺纹底孔，孔径为Φ8.5
3） 定位基准及夹紧点的选择
加工此箱体的孔，以底面的两个对角楞来限制X、Y方向上的自由度。
由于夹具的使用在本设计中没有考虑，因此在设计时就认为是人工夹
紧。
1.2确定组合机床的配置形式和结构方案。
。。
。
1)被加工零件的加工精度
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，工件各
孔间的位置精度为0.1mm,它的位置精度要求不是很高，安排加工时可以在
下一个安装工位上对所有孔进行最终精加工。为了加工出表面粗糙度为 Ra3.2um的孔。采取提高机床原始制造精度和工件定位基准精度并减少夹压
变形等措施就可以了。被加工零件图如图2-1所示：
图2－1 被加工零件图
2) 被加工零件的特点
此箱体的材料是HT200、硬度HB170-241，孔的位置分配不规则，孔的
直径为Φ8.5mm。采用多孔同步加工，此零件的加工特点是中心线与定位基
准平面是垂直的，并且定位基准面是水平的。孔的分布不规则，工件比较小，
可一次钻完，因而适合选择立式单工位钻床。
3) 零件的生产批量
零件的生产批量是决定采用单工位、多工位、自动线或按中小批量生产
特点设计组合机床的重要因素。按设计要求生产纲领为年生产量为7万件，
从工件外形及轮廓尺寸，为了减少加工时间，采用多轴头以提高利用率。
综上所述：通过对箱体零件的结构特点、加工部位、尺寸精度、表面粗 糙度和技术要求、定位、夹紧方式、工艺方法，并定出影响机床的总体布局
和技术性能等方面的考虑，最终决定设计四轴头单工位同步钻床。 2.
2.2.
2.确定切削用量及选择刀具
确定切削用量及选择刀具确定切削用量及选择刀具
确定切削用量及选择刀具
2.1选择切削用量
多轴主轴箱上所有刀具共用一个进给系统，通常为标准动力滑台，工作
时，要求所有刀具的每分钟进给量相同，且等于动力滑台的每分钟进给量
（mm/min）应是适合有刀具的平均值。因此，同一主轴箱上的刀具
主轴可设
计成不同转速和不同的每转进给量（mm/r）与其适应。以满足不同直径的加
需要，即：n1·f1=n2·f2=…=ni·fi=vf
式中：n1
、n2、…ni ——各主轴转速（r/min）
f1
、f2、… fi——各主轴进给量（mm/r）
vf——动力滑台每分钟进给量（mm/min）
由于箱体孔的加工精度、工件材料、工作条件、技术要求都是相同的。
按照经济地选择满足加工要求的原则，采用查表的方法查得：钻头直径
D=8.5mm,铸铁HB175～255、进给量f=0.1mm/r、切削速度v=12m/min.
2.2确定切削力、切削扭矩、切削功率
根据选定的切削用量（主要指切削速度v及进给量f）确定切削力，作
为选择动力部件（滑台）及夹具设计的依据；确定切削扭矩，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，用以选择主传动
电动（一般指动力箱）功率，通过查表计算如下：
布氏硬度：HB =HBmin－3
1(HBmax－HBmin) =170－3
1(241－170)
=146.33
切削力：F=26D8
.0f6.0HB
=26×8.5×8
.01.0×0.6146.33
=697.58N
切削扭矩：T=109
.1D8.0f6.0HB
=10×9
.15.8×8.01.0×0.6146.33
=1841.18N·mm
切削功率：P=
D9740
Tvπ
=1841.18×12/(9740×3.14×8.5)
=0.085 kw
式中：HB——布氏硬度
F——切削力（N）
D——钻头直径（mm）
f——每转进给量（mm/r）
T——切削扭矩(N·mm)
V——切削速度（m/min）
P——切削功率(kw)
2.3选择刀具结构
箱体的布氏硬度在HB170～241，孔径D为8.5mm，刀具的材料选择高速
钢钻头（W18Cr4V），为了使工作可靠、结构简单、刃磨简单，选择标准Φ8.5
的麻花钻。 3.
3.3.
3.钻孔组合机床总设计
钻孔组合机床总设计钻孔组合机床总设计
钻孔组合机床总设计“
““
“三图一卡
三图一卡三图一卡
三图一卡”
””
”的编制
的编制的编制
的编制
“三图一卡”是指被加工零件工序图、加工示意图、机床联系尺寸图
和生产率卡。
3.1被加工零件工序图
1）被加工零件工序图的作用及内容
被加工零件工序图是根据选定的工艺方案，表示一台组合机床完成的工
艺内容，加工部位的尺寸、精度、表面粗糙度及技术要求，是制造、使用、
检验和调整机床的重要技术文件。箱体用钻孔组合机床的被加工零件工序图
如2－2所示。
2－2 被加工零件工序图 附注：1.被加工零件名称及编号：视孔盖； 2.材料及硬度：灰铸铁HT200 JB307-62 HB175～255； 图上主要内容：
①被加
工零件的形状，主要外廓尺寸和本机床要加工部位的尺寸、精度、
表面粗糙度、形位精度等技术要求，以及对上道工序的技术要求等。
②本工序所选定的定位基准、夹紧部位及夹紧方向。
③加工时如需要中间向导，应表示出工件与中间向导有关部位结构和尺
寸，以便检查工件、夹具、刀具之间是否相互干涉。
④被加工零件的名称、编号、材料、硬度及被加工部位的加上余量等。
为了使被加工零件工序图清晰明了，绘制时，应按一定的比例，
选择足够的视图如上图2－2。
3.2加工示意图
1）加工示意图的作用和内容
加工示意图是被加工零件工艺方案在图样上的反映，表示被加工零件在机床
上的加工过程，刀具的布置以及工件、夹具、刀具的相对位置关系，机床的
工作行程及工作循环等，是刀具、夹具、多轴箱、电气和液压系统设计选择
动力部件的主要依据，是整台组合机床布局形式的原始要求，也是调整机床
和刀具所必需的重要文件。图2－3为箱体上4孔立式钻床加工示意图。
在图上应标注的内容：
①机床的加工方法，切削用量，工作循环和工作行程。
②工件、夹具、刀具及多轴箱端面之间的距离等。
③主轴的结构类型，尺寸及外伸长度；刀具类型，数量和结构尺寸、接
杆、导向装置的结构尺寸。
2）绘制加工示意图之前的有关计算
①刀具的选择 刀具选择考虑加工尺寸精度、表面粗糙度、切削的排
除及生产率要求等因素。（刀具的选择前面已有说明。） 11512
320
25
20
10?30/12主轴
n=450r/min
v=12m/min
f=0.1mm/min
多轴箱端面
25.4115?8.5g6121716??22H7/n6
2－3加工示意图
②导向套的选择 在组合机床上加工孔，除用刚性主轴的方案外，工
件的尺寸、位置精度主要取决于夹具导向。因此正确选择导向装置的类型，
合理确定其尺寸、精度，是设计组合机床的重要内容。
Ⅰ选择导向类型 根据刀具导向部分直径d=8.5mm和刀具导向的线速
度v=12m/min，选择固定式导向。
Ⅱ导向套的参数 根据刀具的直径选择固定导向装置，如图2－4所
示：
固定导向装置的标准尺寸如下表： 表2－1 固定导向装置的标准尺 d D D1 D2 L L1 m R d1 d2 L0
8.5 12 22 30 28 38 13 18 M8 16 16
图2－4 固定导向装置 固定装置的配合如下表： 表2－2 固定装置的配合 导向类别 工艺方法 1D
D 刀具导向部分外径
固定导向 钻孔 6
7
n
H
6
7
g
H g6
③初定主轴类型、尺寸、外伸长度
因为轴的材料为40Cr，剪切弹性模量G=81.0GPa,刚性主轴取ψ＝1／4,
所以B取2.316，
根据刚性条件计算主轴的直径为：
d
≥
B
4T=2.316×445
.3274=17.52mm 式中：d——轴直径（mm）
T——轴所承受的转矩（N·mm）
B——系数
本设计中所有主轴直径皆取d=20mm,主轴外伸长度为：L=115mm，D/1d为
32/20，内孔长度为：l1 =77mm.
④选择刀具接杆 由以上可知，多轴箱各主轴的外伸长度为一定值，
而刀具的长度也是一定值，因此，为保证多轴箱上各刀具能同时到达加工终
了位置，就需要在主轴与刀具之间设置可调环节，这个可调节在组合机床上
是通过可调整的刀具接杆来解决的,连接杆如图2－5所示，
图2－5 可调连接杆 连接杆上的尺寸d与主轴外伸长度的内孔D配合，因此，根据接杆直径
d选择刀具接杆参数如表2－3所示： 表2－3 可调接杆的尺寸 d(h6)
D1(h6) d2 d3 L l1 l2 l3
螺母
厚度
20 Tr20×6 莫氏1号 12.061 17 188 46 42 100 12
⑤确定加工示意图的联系尺寸
从保证加工终了时主轴箱端面到工件端面间距离最小来确定全部联系 尺寸，加工示意图联系尺寸的标注如图2－3所示。其中最重要的联系尺寸
即工件端面到多轴箱端面之间的距离（图中的尺寸314mm）,它等于刀具悬
伸长度、螺母厚度、主轴外伸长度与接杆伸出长度（可调）之和，再减去加
工孔深度和切出值。
⑥工作进给长度的确定 如图2-6工作进给长度工L
应等于工件加工
部位长度L与刀具切入长度1L和切出长度2L之和。切入长1L应根据工件端
面误差情况在5～10mm之间选择，误差大时取大值，因此取1L=7mm，切出长度2L=1/3d+(3～8)=5
.83
1
×+8 ≈9mm,所以工L=10+7+8=25mm.
⑦快进长度的确定 考虑实际加工情况，在未加工之前，保证工件表
面与刀尖之间有足够的工作空间，也就是快速退回行程须保证所有刀具均退
至夹具导套内而不影响工件装卸。这里取快速退回行程为155mm，快退长度
等于快速引进与工作工进之和，因此快进长度155－25=130mm.
图2－6 工作进给长度 12
3
5
7
8
9
10
11
12
13
14
15
4
6106
57
13410647360350275
25401820
1020560
5
994
281525040
320
340132
176150170
520
8003010,5594CL25
HY25IA
1TD25CC32
CD25253 图2－7 机床联系尺寸图 3.3机床联系尺寸图
1）联系尺寸图的作用和内容
联系尺寸图用来表示机床各组成部件的相互装配和运动关
系，以检验机床各部件的相对位置及尺寸联系是否满足要求，通用部件的选
择是否合适，并为进一步开展主轴箱、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，它表示机床的配置型式及总
体布局。
如图2－7所示，机床联系尺寸图的内容包括机床的布局形式，通用部
件的型号、
规格、动力部件的运动尺寸和所用电动机的主要参数、工件与各 部件间的主要联系尺寸，专用部件的轮廓尺寸等。
2）选用动力部件
选用动力部件主要选择型号、规格合适的动力滑台、动力箱。
①滑台的选用 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。
Ⅰ驱动形式的确定
根据对液压滑台和机械滑台的性能特点比较，并结合具体的加工要求，
使用条件选择HY系列液压滑台。
Ⅱ确定轴向进给力
滑台所需的进给力 进F
=∑iF=4×697.58=2790.32N
式中：iF——各主轴加工时所产生的轴向力
由于滑台工作时，除了克服各主轴的轴的向力外，还要克服滑台移动时
所产生的摩擦力。因而选择滑台的最大进给力应大于进F
＝2.80KN。
Ⅲ确定进给速度
液压滑台的工作进给速度规定一定范围内无级调速，对液压滑台确定切
削用量时所规定的工作进给速度应大于滑台最小工作进给速度的0.5～1倍;
液压进给系统中采用应力继电器时，实际进给速度应更大一些。本系统中进
给速度vf=n·f=450×0.1=45mm/min。所以选择HY25IA液压滑台，工作进
给速度范围32～800mm/min，快进速度12m/min。
Ⅳ确定滑台行程
滑台的行程除保证足够的工作行程外，还应留有前备量和后备量。前后
备量的作用是动力部件有一定的向前后移动的余地，以弥补机床的制造误差 以及刀具磨损后能向前调整。本系统前备量为20mm， HY25IA液压滑台的工
作行程由查表可取250mm，工作行程=快进行程+工进行程+前备量+后备量，
即250=130+25+20+后备量，所以后备量取75mm。
②由下式估动力箱的选用 动力箱主要依据多轴所需的电动机功率来
选用，在多轴箱没有设计之前，主P
可算 主P＝切P／η
＝4×0.085／0.8
＝0.425KW
式中：η——多轴箱传动效率，加工黑色金属时η＝0.8～0.9；有色
金属时η＝0.7～0.8，本系统加工HT200，取η＝0.8．
动力箱的电动机功率应大于计算功率，并结合主轴要求的转速大小选
择。因此，选用电动机型号为Y100L—6B5的1TD16 IA型动力箱，动力箱输
出轴至箱底面高度为125mm。主要技术参数如表2-4： 主电机传动型号
转速范围（r/min） 主电机功率
（kw）
配套主轴部件型号
电机转速 输出转速
Y90S-6 910 600 0.75 1TA32、1TA32M、1TZ32~1TG32
③Y轴液压滑台的选用
工件质量计算 V=420×240×10＋(2×160＋2×340)×10×30
=1.308×10-3m3
m = ρv=7.0×103×1.308×10-3
=9.156kg 摩擦系数：f=0.07～0.12取f=0.1
F=f·N=0
.1mg=0.1×9.156×10=9.156N
2）配套支承部件的选用
立柱1CL25型，立柱底座1CD25
3）确定装料高度
装料高度指工件安装基面至机床底面的垂直距离，在现阶段设计组合机
床时，装料高度可视具体情况在H＝580～1060mm之间选取，本系统取装料
高度为994mm。
4）中间底座轮廓尺寸
中间底座的轮廓尺寸要满足Y轴滑台在其上面联接安装的需要，又考虑
到与立柱底座相连接。因此，中间底座采用侧底座1CC32。
5）确定多轴箱轮廓尺寸
本机床配置的多轴箱总厚度为340mm，宽度和高度按标准尺寸中选取。
计算时，多轴箱的宽度B和高度H可确定为：B=400 H=400
根据上述计算值，按主轴箱轮廓尺寸系列标准，最后确定主轴箱轮廓尺
寸B×H=400 mm×400 mm。
3.4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、负荷率等技术文件，通过生产率计算卡，可以分析拟定的方案是否
满足用户对生产率及负荷率的要求。计算如下：
切削时间： T切
切切
切= L/vf+t停
= 25/45＋15/450
=0.586 min
式中：T切——机加工时间（min） L——工进行程长度（mm）
vf—— 刀具进给量（mm/min） t停——死挡铁停留时间。一般为在动力部件进给停止状态下，刀具旋转5～15 r所需要时间。这里取15r
辅助时间 T辅 = fkv
LL4
3+
+t装
= （130＋155）/12000+1.5
= 1.524min
式中：L3、L4 ——分别为动力部件快进、快退长度（mm）
vfk ——快速移动速度（mm/min） t装 ——装卸工件时间（min）一般为0.5～1.5min,取1.5min
机床生产率 Q1 = 60/T单
单单
单
= 60/（T切+T辅） =60/（0.586+1.524）
=28.44 件/h
机床负荷率按下式计算 η= Q1/Q×100%
= Q1tk/A×100% =28.44×1950/70000×100%
=79.2%
式中：Q——机床的理想生产率（件/h）
A——年生产纲领（件）
tk——年工作时间，单班制工作时间tk =1950h 表2－5 生产率计算卡 被加工
零件
图号 毛坯种类 铸件
名称 箱体 毛坯重量
材料 HT200 JB297-62 硬度 HB170-241
工序名称 钻压盘连接孔 工序号 工时/min
序
号
工步
名称
工作行
程/mm
切速/
（m·min-1）
进给量/
（mm·r-1）
进给量/
（mm·min-1）
工进
时间
辅助
时间
1 按装工件 0.5
2 工件定位夹紧 0.25
3 Z轴快下 130 12000 0.011
4 Z轴工进 25 12 0.1 45 0.556
5 Z轴暂停
0.03
6 Z轴快退 155 12000 0.013
7 工件松开 0.25
8 卸下工件 0.5
备
注
1、主轴转速706r/min
2、一次安装加工完一个工件
累计 0.556 1.554
单件总工时 2.11
机床生产率 28.44件/h 理论生产率 35.90件/h 负荷率 79.2% 4.
4.4.
4.多轴箱的设计
多轴箱的设计多轴箱的设计
多轴箱的设计
4.1绘制多轴箱设计原始依据图
多轴箱设计原始依据图是根据“三图一卡”绘制的如图2－9所示: 如图2－8钻孔组合机床多轴箱原始依据图 主轴的工序内容，切削用量及主轴尺寸及动力部件的型号和性能参数如
表 2－6所示： 表2－6 主轴外尺寸及切削用量 轴号
主轴外伸尺寸
工序
内容
切削用量
D/d L
N
（r/min）
V
(m/min)
f
(mm/r)
Vf
(mm/min)
1、2、
3、4
30/14 115 钻Φ8.5 450 15 0.1 45 注：1．被加工零件编号及名称：箱体；材料：HT200 JB297-62；硬度: HB170-241
2．动力部件型号：1TD16IA动力箱，电动机型号Y90S-6；功率P＝0.75 kw。 4.2齿轮模数选择
本组合机床为钻孔专用机床，因此采用滚珠轴承主轴。
齿轮模数m可按下式估算： m=(30～32)3)/(ZNP=32×3)45019/(75.0×=1.42 式中：m——估算齿轮模数
P——齿轮所传递率（kw）
Z——对啮合齿中的小齿轮数
N——小齿轮的转速（r/min）
齿轮模数取m=3 4.3多轴箱的传动设计
1）最小齿数的确定
为保证齿轮齿根强度，应使齿根到孔壁或键槽的厚度a
≥
2m,传动轴的
直径为d=20mm,有机械零件设计手册知，如图2－10所示齿轮t=33.3mm,当
m1=3
时。驱动轴上最小齿轮齿数为：
Zmin≥
2（t/m1+2+1.25）－d/m1 =2×(33.3/3+2+1.25)－30/3
=18.9
所以驱动轴齿数要大于等于19。
为减小传动轴的种类，所有传动轴的直径取20mm.
齿轮模数取m=3，采用降速传动。 图2－9 齿轮的最小壁厚 2）传动比的分配
使各主轴转速的相对转速损失在±5%以内。由公式：V=3.14
1000
Dn 知： n1=n2=n3=n4=5.814.3
100012
×
×=450r/min
总传动比: 4
3
600
450
===电n
n
i
传动比的分配为： 2
1
3
2
4
32
1×=×==iii
3）各齿轮的基本数据
203
21===zzz
305=
z 40'
5=
z
200=
z 274=z
mm
ddd60203321=×=== mmd905= mmd120403'
5=
×=
mm
d602030=×=
mm
d812734=×=
mm
bbb32321===
mm
b265= mmb24'
5= mm
b324= M16ZIJ29-7
T0713-31
ZIR12-2
M16X20
GB70-66
T0712-14
12G92-1
GB70-60
M10X60 图2－10 箱盖钻孔多轴箱传动系统图 4.4绘制传动系统图
传动系统图是表示传动关系是示意图，即
用以确定的传动轴将驱动轴和
各主轴连接起来，绘制在多轴箱轮廓内的传动示意图，如图2－10所示
图中多轴箱箱体内排放的齿轮，离箱体前壁4.5mm，离箱体后壁9.5mm，
传动轴齿轮和驱动轴齿轮为第Ⅱ排。在图中标出齿轮的齿数、模数、变位系
数，以校核驱动轴是否正确。另外，应检查同排的非啮合齿轮是否齿顶干涉；
还画出主轴直径和轴套直径，以避免齿轮和相邻的主轴轴套相碰。
4.5传动零件的校核
1）验算传动轴的直径
校核传动轴以承受的总扭矩最大传动轴5，由它驱动的有主轴1、2、3，
主轴扭矩：T=3274.45N·mm
液压泵轴的扭矩：查得R12-1A液压泵的最高压力为0.3MPa、排量为
5.88ml/r。假设在理想无泄漏状态，
即：P·q=T·ω
式中：P——液压泵的压力N/㎡
q——液压泵的排量m3/s
T——输入扭矩N·m
ω——输入角速度rad/s
单位换算：P=0.3MPa=0.3×106Pa
n =655.338r/min=10.9223r/s
q=5.88×10.9223=64.22ml/r=64.22×10-6m3/s
ω=2πn/60=2×3.14×655.338/60
=68.56rad/s
代入公式：P·q=T·ω 64.22×10-6×0.3×106=68.56T7
解得：T7=280N·mm T5=3×T1/i5-1 =3×3274.45/2
=4911.68N·mm
根据 d=B4T=2.316×468
.4911=19.39mm<20mm
因此传动轴1、2、3、4是符合要求的。
2）齿轮模数的验算
对多轴箱中承受载荷最大、最薄弱的轴5上的齿轮进行接触疲劳强度和
弯曲疲劳强度的验算。
齿轮的材料为45钢，表面淬火，布氏硬度HB=229～286，平均值240HB。
设使用寿命10年。齿轮Z5=20、Z1=40、宽度B=26mm，传动比i5-1=2,工作时
间比0.556/2.11=0.26。 （注：在校核计算的过程中所要见的表和图在机械设计一书中，邱宣怀等编著，
2003年高等教育出版社。） 校核计算：
接触疲劳极限бHlim 由图12.17c得 бHlim =410MPa
齿轮5的圆周速度v5 v5=1000
6055×
ndπ=1000
60
9004014.3
×
××=1..89m/s
精度等级 选9级精度
使用系数KA 由表12.9 KA=1.1
动载系数KV 由图12.9 KV=1.24 齿间载荷分配系数KHα 由表12.10先求 Ft=2T5/d5=2×4911.68/40=245.58N
KAFt/b=1.1×245.58/26=10.39N/mm<100N/mm
εα=[1.88－3.2×(51
Z+11Z)]cosβ (β=0)
=1.88－3.2×(20
1+401)
=1.64
Zε=3
4
εα?=3
64.14?=0.89
由此得KHα=21
εZ=289.0
1=1.26
齿向载荷分布系数KHβ 由表12.11知
KBβ=A+B[1+0.6·（5d
b）·2]（5db）·2+C·10-3b
=1.17+0.16×[1+0.6×(26/40)×2] ×(26/40)×2+0.61×10-3×26
=1.82
载荷系数K K=KAKVKHαKHβ =1.1×1.24×1.26×1.82
=2.20
弹
性系数ZE 由表12.12 ZE=189.8
MPa
节点区域系数ZH 由图12.16 （X1±X2）/(Z1±Z2)=0.005
ZH=2.62 接触最小安全系数SHmin 由表12.14 SHmin=1.25 总工作时间th th=10×365×8×0.26=7592h
应力循环次数NL1=60rn5th = 60×1×900×7592
=4.10×108
NL2=60rn1th =60×1×450×7592
=2.05×108
接触寿命系数ZN 由图12.18 ZN1=1.14 ZN2=1.24
许用接触应力[σH] [σH1]=min
11lim
H
NHSZσ =25
.1
14.1410×=373.92MPa
[σH2]=min
22lim
H
NHSZσ =25
.1
24.1410×=406.7MPa
验算 σH=ZE·ZH·Zεu
u
bd
kT
1
22
5
5+
?
=189.8×2.62×0.89×2
12
4037
68.49112.222+
×
×
××
=327.50MPa<373.92 MPa
计算表明：接触疲劳强度是合适是，齿轮尺寸无须调整。
齿根弯曲疲劳强度验算
重合度系数Yε Yε= 0.25+0.75/εα=0.25+0.75/1.64=0.7
齿间载荷分配系数KFα 由表12.10 KFα=1/Yε=1/0.7=1.43 齿向载荷分配系数KFβ b/h=26/(2.25×2)=8.22 由图12.14 KFβ =1.2 载荷系数K K=KAKVKFαKFβ
=1.1×1.24×1.43×1.2
=2.34
齿形系数YFα 由图12.21 YFα1=2.37
YFα2=2.56 应力修正系数YSα 由图12.22 YSα1=1.68 YSα2=1.62 弯曲疲劳极限σFlim 由图12.23c σFlim=380MPa 弯曲最小安全系数SFmin 由表12.14 SFmin=1.25 应力循环系数NL NL1=60rn5th=4.10×108 NL2=60rn1th =2.05×108 弯曲寿命系数YN 由图12.24 YN1=0.98 YN2=1.0 尺寸系数Yx 由图12.25 Yx=0.85
许用弯曲应力[σF] [σF1] =min
11lim
F
XNFSYYσ
=380×0.98×0.85/1.25
=253.25MPa
[σF2]=min
21lim
F
XNFSYYσ
=380×1×0.85/1.25
=258.4MPa
验算 σf1=m
bd
kT552YFα1 YSα1Yε =24037
68.491134.22
××
×××2.37×1.63×0.7
=21.0MPa<[σf1]
σf2=σf11
1
22α
α
ααS
F
SFY
Y
YY
=21.0×68
.137.2
62.156.2
×
×
=21.87MPa<[σf2]
传动无严重过载，故不做静强度校核。 三
三三
三、
、、
、结论
结论结论
结论
本课题设计的钻孔组合机床，用于加工视孔盖上的四个孔。在设计过程
中，针对加工过程中存在的难点进行了攻关。在钻床的设计上采取了一系列
的措施，保证了被加工孔的加工精度。主要完成了以下工作：
1、对箱体的四个孔的加工工艺进行了分析研究，明确了四个孔加工的
技术要求和
工艺要点。
2、恰当地选择了机床的切削参数，动力头及液压滑台驱动机构的结构
参数。
3、采用Z轴液压滑台驱动动力头和多轴箱实现进给。
4、设计了稳定可靠的多轴箱和，从而保证了被加工孔的精度要求。
5、根据通用、经济的原则，选择了刀具，满足了工艺的需要。
设计的钻孔组合机床，保证了加工孔的生产质量，提高了工效，加工成
本大幅下降。
本设计还有许多值得完善的地方，例如：装夹、定位由人工完成，效率
较低；自动化程度有待提高等问题。这些问题通过改进设计、完善工艺、现
场的不断实践、总结，必将会得到进步的提高。 谢 辞 本次毕业设计涉及的全部内容是在张老师的悉心指导下完成的。感谢张
老师给我提供了良好的课题条件，让我从这次设计中得到了很好的锻炼。同
时也为我讲解了不少难题，在此特别感谢。张老师渊博的学识、严谨的治学
态度、平易近人的作风和认真负责的工作态度让我们受益非浅。张老师教我
们学到了许多的专业知识和相关的设计方法。在此，谨向恩师表示最真诚的
感谢。感谢他在百忙中给予我们的指导。
最后还要感谢的，也是最应该感谢的是学院，学院让我们有这么好的学
习条件。通过三年的学习，让我们成为有用之才；也是学院给我们了这次毕
业设计机会，让我们在走上工作岗位之前好好的锻炼一下自己。
参考文献
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