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组合机床多轴箱设计

多轴箱是组合机床的重要专用部件，用于钻、扩、铰、镗

孔等加工工序。多轴箱一般具有多根主轴，同时对一列孔系进
行加工。根据结构特点，多轴箱分为通用和专用两大类。通用

多轴箱采用标准主轴和导向套引导刀具来保证加工孔的位置精

度，而专用多轴箱采用刚性主轴和精密滑台导轨来保证加工孔
的位置精度。本课题主要设计大型通用多轴箱，由通用零件如

箱体、主轴、传动轴、齿轮和附加机构等组成。

大型通用多轴箱由通用零件如箱体、主轴、传动轴、齿轮

和附加机构等组成。多轴箱的通用箱体类零件的材料为

HT200，前、后、侧盖等材料为HT150.多轴箱基本尺寸系列
标准规定了9种名义尺寸，宽度和高度是根据配套滑台的规格

按规定的系列尺寸选择。

通用主轴分为钻床类主轴和攻螺纹类主轴。钻床类主轴按

支承型式可分为滚锥轴承主轴、滚珠轴承主轴和滚针轴承主轴，

按与刀具的连接是浮动还是刚性连接，又可分为短主轴和长主
轴。攻螺纹类主轴按支承型式可分为前后支承均为圆锥滚子轴
承主轴和前后支承均为推力球轴承和无内环滚针轴承的主轴。

主轴材料一般采用40Cr钢，热处理C42；滚针轴承主轴用

20Cr钢，热处理S0.5~C59.

通用传动轴按用途和支承型式分为六种，分别为圆锥轴承

传动轴、滚针轴承传动轴、埋头传动轴、手柄轴、油泵传动轴

和攻螺纹用蜗杆轴。传动轴一般采用45钢，调质T235；滚针
轴承传动轴用20Gr钢，热处理S0.5~C59.

多轴箱用通用齿轮有传动齿轮、动力箱齿轮和电动机齿轮
三种。多轴箱的工作原理是利用多根主轴同时对一列孔系进行

加工，完成钻、扩、铰、镗孔等加工工序。

通用多轴箱是组合机床中的重要部件之一。它通过传动轴
和传动齿轮的传动，将动力箱中电动机轴的动能传递给主轴，

主轴带动刀具加工工件。通过对齿轮啮合的调整，可以获得不

同的传动比，从而实现主轴的不同转速。多轴箱还可以安装多

个不同的主轴，这样就可以用多个主轴对同一个工件进行不同

的加工。多轴箱与动力箱一起安装于进给滑台，可完成钻、扩、

铰、镗孔等加工工艺。

2.多轴箱设计

2.1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。其主要

内容和注意事项如下：

1）根据机床联系尺寸图，绘制多轴箱外形图，并标注轮

廓尺寸及动力箱驱动轴的相对位置尺寸。

2）根据联系尺寸图和加工示意图，标注所有主轴位置尺

寸及工件与主轴、主轴与驱动轴的相关位置尺寸。在绘制主轴

位置时，要特别注意：主轴与被加工零件在机床上是面对面放
置的，因此，多轴箱主视图上的水平方向尺寸与零件工序图上

的水平方向尺寸正好相反；其次，多轴箱上的坐标尺寸基准和

零件工序图上的基准经常不重合，应根据多轴箱与加工零件的

相对位置找出统一基准，并标注其相对位置关系尺寸，然后根

据零件工序图各孔位置尺寸算出多轴箱上各主轴坐标值。

3）根据加工示意图标注各主轴转速及转向。顺时针转向
主轴不需标注，只需标注逆时针转向主轴。

4）列表标明各主轴的工序内容、切削用量及主轴外伸尺
寸等。

5）标明动力部件型号及其性能参数等。

下图为双面卧式钻床组合机床右多轴箱设计原始依据图。

图2-1

注：1.被加工零件标号及名称：271Q-xxxxxxx汽缸体。
材料及硬度：铜铬合金铸铁，212~285HBS。

2.主轴外伸尺寸及切削用量：

轴号12，34

主轴外伸尺寸D/d30/2030/2022/14
L11511585
切削用量

工序内容n（r/min）V(m/min)F(mm/r)
钻7.8钻8扩12.6577577274

14.114.5011
0.100.100.21

461角145

备注8.7孔倒5，622/xxxxxxx.125

表2-1

3.动力部件1TD32I，1HY32IA，N主=2.2kw，

n=1430T/min

2.2主轴齿轮的确定及动力计算

2.2.1.主轴型式和直径、齿轮模数的确定

主轴的型式和直径取决于工艺方法、刀具主轴连接结构、

刀具进给抗力和切削转矩。例如，在钻孔工序中，常采用滚珠

轴承主轴；扩、镗、铰孔等工序则常采用滚锥轴承主轴；而当
主轴承受较小的负载时，常选用滚针主轴。需要注意的是，滚
针轴承的精度较低，结构刚度和装配工艺性也较差，除非轴距
限制，一般不选用。攻螺纹主轴因靠模杆在主轴孔内作轴向移

动，为获得良好的导向性，一般采用双键结构，不用轴向定位。

主轴直径可根据加工示意图所示的主轴类型和外伸尺寸初步确
定。传动轴的直径也可以参考主轴直径大小初步选定。待齿轮

传动系统设计完成后，再验算某些关键轴颈。