基于多軸加工的普通鉆床改造-多軸傳動(dòng)的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

基于多軸加工的普通鉆床改造-多軸傳動(dòng)的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì),基于多軸加工的普通鉆床改造-多軸傳動(dòng)的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì),基于,加工,普通,鉆床,改造,傳動(dòng),機(jī)構(gòu),設(shè)計(jì) 摘 要 隨著先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步，數(shù)控加工已成為機(jī)加工過程中的一種主流技術(shù)。 這一技術(shù)的運(yùn)用提高了機(jī)加工過程中工作效率和加工精度。數(shù)控多工位鉆床就是提高鉆 削加工精度和效率的一種很好的機(jī)加工工具。數(shù)控多工位鉆床的設(shè)計(jì)，采用了普通車床 設(shè)計(jì)的步驟和方法，綜合考慮數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)。從切削力入手確定主軸及電機(jī)，到整個(gè) 機(jī)床的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和機(jī)床的控制，最后到對(duì)機(jī)床初始化程序設(shè)計(jì)。本設(shè)計(jì)是基于多軸加工 的普通鉆床改造。為了實(shí)現(xiàn)復(fù)合工位的加工，現(xiàn)需要對(duì)普通鉆床進(jìn)行多軸頭的設(shè)計(jì)。普 通鉆床為單軸機(jī)床，但安裝上多軸箱就會(huì)成為多軸的鉆床，改造成多軸鉆床后，能大大 地縮短加工時(shí)間，提高生產(chǎn)效率。因此本設(shè)計(jì)的重點(diǎn)是多軸箱的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)內(nèi)容包括齒 輪分布與選用、軸的設(shè)計(jì)、多軸箱的選用、導(dǎo)向裝置設(shè)計(jì)等。 關(guān)鍵詞： 復(fù)合工位；多軸鉆床；生產(chǎn)效率；多軸箱 I Abstract With the manufacturing development, numerical control manufacturing has become one of the major advanced technologies. efficiency and accuracy has been improved in application of the technology. Numerical control auto-drilling machine is a kind of the new machine tools that can improve the machining accuracy and efficiency. The paner has designed for Numerical control auto-drilling machine, using design method of the ordinary lathe, and considering the characteristic of the numerical control machine tools synthetically. cutting force has been calculated, the structural and the control system has been designed. Finally, the software routine has been explored.This paner has finished completed a investigation of internal and external of current situation for numerical control multistage-drilling machine, and compared it, put forward a feasible scheme; completed the mechanical structural design an calculated and designed the electric control system, and finished the software and hardware of the control system tentatively.The design is based on the multi-axis machining of common drilling machine. To accomplish the manufacture of multi-hole, redesigned the drive mechanism of the ordinary drill press. Mono-spindle be changed into a multiple spindle. It will improve its productive efficiency, shorten its processing time if assembled a multiple spindle case on. That so calls a multiple drill. Hereby, the keystone of this design paper is how to design a multiple spindle heads. The design subjects include the selection and distribution of gear wheel, the design of spindle, and the guiding equipment and selection of the multiple spindle heads, etc. Key words: multi-position manufacture; multiple drill press; productive efficiency; multiple spindle heads 目 錄 摘 要 .III ABSTRACT .IV 目 錄 .V 1 緒論 .1 1.1 本課題的研究?jī)?nèi)容和意義 .1 1.2 國(guó)內(nèi)外的發(fā)展概況 .2 1.2.1 多軸頭 .2 1.2.2 多軸箱 .2 1.2.3 多軸鉆床 .3 1.2.4 自動(dòng)更換主軸箱機(jī)床 .3 1.2.5 多軸加工趨勢(shì) .3 1.3 本課題應(yīng)達(dá)到的要求 .4 2 單工位鉆床改為多工位鉆床 .5 2.1 設(shè)計(jì)任務(wù) .5 2.2 普通立式鉆床的選型 .5 2.2.1 計(jì)算所需電機(jī)功率 .5 2.2.2 立式鉆床的確定 .6 3 主傳動(dòng)齒輪傳動(dòng)箱的設(shè)計(jì) .7 3.1 設(shè)計(jì)前的準(zhǔn)備 .7 3.2 傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算 .7 4 多軸箱的結(jié)構(gòu)與零部件的設(shè)計(jì) .13 4.1 箱蓋、箱體和中間板結(jié)構(gòu) .13 4.2 多軸箱軸的設(shè)計(jì) .13 5 導(dǎo)向裝置的設(shè)計(jì) .28 5.1 導(dǎo)向裝置組成 .28 5.2 導(dǎo)向裝置選擇與設(shè)計(jì) .28 6 接桿刀具 .30 7 結(jié)論與展望 .31 7.1 結(jié)論 .31 7.2 不足之處及未來展望 .31 致 謝 .32 參考文獻(xiàn) .33 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 0 1 緒論 1.1 本課題的研究?jī)?nèi)容和意義 設(shè)計(jì)是在完成了大學(xué)的全部課程之后，進(jìn)行的一次理論聯(lián)系實(shí)際的綜合運(yùn)用，使我 對(duì)專業(yè)知識(shí)、技能有了進(jìn)一步的提高，為以后從事專業(yè)技術(shù)的工作打下基礎(chǔ)。專用機(jī)床 的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和改進(jìn)是實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)，保證產(chǎn)品質(zhì)量、節(jié)約能源、降低成本的重要手段， 合理的專用機(jī)床是企業(yè)進(jìn)行生產(chǎn)準(zhǔn)備、計(jì)劃調(diào)度、加工操作、生產(chǎn)安全、技術(shù)檢測(cè)和健 全勞動(dòng)組織的重要依據(jù)，也是企業(yè)上品種、上質(zhì)量、上水平，加速產(chǎn)品更新，提高經(jīng)濟(jì) 效益的技術(shù)保證。 本課題為基于復(fù)合工位加工機(jī)床結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，由于零件的生產(chǎn)綱領(lǐng)為大批大量生產(chǎn)， 故將涉及大批量加工的工藝規(guī)程設(shè)計(jì)、專用機(jī)床和專用夾具設(shè)計(jì)等，尤其隨著工業(yè)的發(fā) 展，大型復(fù)雜的多軸、多工位加工更是引人注目。結(jié)合多軸、多工位加工不但可以擴(kuò)大 加工范圍，而且在提高精度的基礎(chǔ)上還能大大地提高工效。完成該課題是對(duì)我們大學(xué)期 間所學(xué)知識(shí)進(jìn)行一次全面的專業(yè)訓(xùn)練，可以培養(yǎng)我們掌握如何運(yùn)用過去所學(xué)知識(shí)去解決 生產(chǎn)中實(shí)際問題的方法，增強(qiáng)從事本專業(yè)實(shí)際工作所必需的基本能力和開發(fā)研究能力， 可以提高我們的專業(yè)素質(zhì)，為今后走上工作崗位打下一個(gè)良好的基礎(chǔ)，因而，其對(duì)我們 實(shí)踐能力的提高和進(jìn)行企業(yè)專用機(jī)床的技術(shù)改造均具有十分重要的意義。 組合機(jī)床上的通用部件和標(biāo)準(zhǔn)零件約點(diǎn)全部機(jī)床零部件總量的70-80，因此設(shè)計(jì) 和制造周期短，經(jīng)濟(jì)效益好。由于組合機(jī)床目的通用部件和標(biāo)準(zhǔn)零件自動(dòng)化程度高，因 而比通用機(jī)床生產(chǎn)效率高，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定勞動(dòng)強(qiáng)度低。組合機(jī)床的通用部件是經(jīng)過周密 設(shè)計(jì)和長(zhǎng)期生產(chǎn)實(shí)踐考驗(yàn)的，又有專門廠家成批生產(chǎn)，它與一般專用機(jī)床比較，其結(jié)構(gòu) 穩(wěn)定，工作可靠，使用和維修方便。組合機(jī)床加工工件，由于采用專用夾具組合刀具和 導(dǎo)向裝置等，產(chǎn)品加工質(zhì)量靠工藝裝備保證，對(duì)操作工人的技術(shù)水平要求不高。當(dāng)機(jī)床 被加工的產(chǎn)品更新時(shí)，專用機(jī)床的大部件要報(bào)廢。組合機(jī)床的通用部件是根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 設(shè)計(jì)的，并等效于國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，因此，其通用部件可以重復(fù)使用。不必加行設(shè)計(jì)和制造。 組合機(jī)床易于聯(lián)成結(jié)合機(jī)床自動(dòng)線，以適應(yīng)大規(guī)模和自動(dòng)化生產(chǎn)需要。 據(jù)統(tǒng)計(jì)，一般在車間中普通機(jī)床的平均切削時(shí)間很少超過全部工作時(shí)間的15%。其余 時(shí)間是看圖、裝卸工件、調(diào)換刀具、操作機(jī)床、測(cè)量以及清除鐵屑等等。使用數(shù)控機(jī) 床雖然能提高85%，但購(gòu)置費(fèi)用大。某些情況下，即使生產(chǎn)率高，但加工相同的零件，其 成本不一定比普通機(jī)床低。故必須更多地縮短加工時(shí)間。不同的加工方法有不同的特點(diǎn)， 就鉆削加工而言，多軸加工是一種通過少量投資來提高生產(chǎn)率的有效措施。 專用機(jī)床總體設(shè)計(jì)-三圖一卡 “被加工零件工序圖 ”-它是組合機(jī)床的設(shè)計(jì)的主要 依據(jù)，它是制造使用，檢修和調(diào)整機(jī)床的重要技術(shù)條件繪制加工示意圖-它是刀具夾具， 多軸箱，液壓電器裝置設(shè)計(jì)及通用部件選擇主要原始資料，它是調(diào)整機(jī)床，刀具及試車 依據(jù)。繪制聯(lián)系和運(yùn)動(dòng)關(guān)系及檢驗(yàn)機(jī)床各部件相對(duì)位置及聯(lián)系-是滿足加工要求、進(jìn)一 步開展主軸箱及夾具等專用部件和零件設(shè)計(jì)的主要依據(jù)。相對(duì)生產(chǎn)率計(jì)算卡-它用來反 映機(jī)床的加工過程，完成這一動(dòng)作所需要的時(shí)間，切削用量，機(jī)床生產(chǎn)率及機(jī)床負(fù)荷率。 基于多軸加工的普通鉆床改造 1 專用機(jī)床主軸箱設(shè)計(jì)，按專用要求進(jìn)行設(shè)計(jì)，由通用零件組成，其主要作用是根據(jù) 被加工零件的要求，安排各主軸位置并將動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)由電機(jī)或動(dòng)力部件傳給各主軸，使 之得到要求的轉(zhuǎn)速，機(jī)床主軸箱選用 400*400，中間傳動(dòng)軸帶動(dòng)主軸傳動(dòng)。 專用機(jī)床設(shè)計(jì)是按系列化標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)的由大量的通用部件和少量的專用部件組合的 工序集中的高效率專用機(jī)床。它能對(duì)工件進(jìn)行多刀，多軸，多面，多工位，同時(shí)加工。 隨著組合機(jī)床技術(shù)的發(fā)展，它以工藝范圍日益擴(kuò)大。 1.2 國(guó)內(nèi)外的發(fā)展概況 雖然不可調(diào)式多軸頭在自動(dòng)線中早有應(yīng)用，但只局限于大批量生產(chǎn)。即使采用可調(diào) 式多軸頭擴(kuò)大了使用范圍，仍然遠(yuǎn)不能滿足批量小、孔型復(fù)雜的要求。尤其隨著工業(yè)的 發(fā)展，大型復(fù)雜的多軸加工更是引人注目。例如原子能發(fā)電站中大型冷凝器水冷壁管板 有 15000 個(gè) 20 孔，若以搖臂鉆床加工，單單鉆孔與锪沉頭孔就要 842.5 小時(shí)，另外還 要?jiǎng)澗€工時(shí) 151.1 小時(shí)。但若以數(shù)控八軸落地鉆床加工，鉆锪孔只要 171.6 小時(shí)，劃線也 簡(jiǎn)單，只要 1.9 小時(shí)。因此，利用數(shù)控控制的二個(gè)坐標(biāo)軸，使刀具正確地對(duì)準(zhǔn)加工位置， 結(jié)合多軸加工不但可以擴(kuò)大加工范圍，而且在提高精度的基礎(chǔ)上還能大大地提高工效， 迅速地制造出原來不易加工的零件。有人分析大型高速柴油機(jī) 30 種箱形與桿形零件的 2000 多個(gè)鉆孔操作中，有 40%可以在自動(dòng)更換主軸箱機(jī)床中用二軸、三軸或四軸多軸頭 加工，平均可減少 20%的加工時(shí)間。1975 年法國(guó)巴黎機(jī)床展覽會(huì)也反映了多軸加工的使 用愈來愈多這一趨勢(shì)。 多工位加工是在一次進(jìn)給中同時(shí)加工許多孔或同時(shí)在許多相同或不同工件上各加工 一個(gè)孔。這不僅縮短切削時(shí)間，提高零件加工精度，減少零件的裝夾或定位時(shí)間，并且 在數(shù)控機(jī)床加工程序的編制中不必計(jì)算坐標(biāo)，減少了字塊數(shù)而簡(jiǎn)化編程。它可以采用以 下一些設(shè)備進(jìn)行加工：立式鉆床或搖臂鉆床上裝多軸頭、多軸鉆床、多軸組合機(jī)床以及 自動(dòng)更換主軸箱機(jī)床等。甚至可以通過二個(gè)能自動(dòng)調(diào)節(jié)軸距的主軸或多軸箱，結(jié)合數(shù)控 工作臺(tái)縱橫二個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)，加工各種圓形或橢圓形孔組的一個(gè)或幾個(gè)工序?，F(xiàn)在就這 方面的現(xiàn)狀作一簡(jiǎn)介。 1.2.1 多軸頭 從傳動(dòng)方式來說主要有齒輪傳動(dòng)與萬(wàn)向聯(lián)軸節(jié)傳動(dòng)二種。這是大家所熟悉的。前者 效率較高，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，后者易于調(diào)整軸距。從結(jié)構(gòu)來說有不可調(diào)式與可調(diào)式二種。前者 主、從動(dòng)軸間軸距不能改變，多采用齒輪傳動(dòng)，僅適用于大批量生產(chǎn)。為了擴(kuò)大其加工 適應(yīng)性，發(fā)展了可調(diào)式多軸頭，其在一定范圍內(nèi)可調(diào)整軸距。它主要結(jié)構(gòu)形式有兩種： （1）具有對(duì)準(zhǔn)裝置的主軸。主軸裝在可調(diào)支架中，而可調(diào)支架能在殼體的 T 形槽中移動(dòng)， 并能在對(duì)準(zhǔn)的位置以螺栓固定。（2）具有較小公差的圓柱形主軸。主軸通過襯套固定在 與零件孔型相同的模板中。前一種適用于批量較小且孔系是規(guī)則分布的工件（如孔系分 布在不同直徑的圓周上）。后一種適用于批量較大的機(jī)械加工中，其剛性較好，孔距精 度亦高，但不同孔型需要不同的模板。 多軸頭可以裝在立式鉆床或搖臂鉆床上，按鉆床本身所具有的各種功能進(jìn)行工作。 這種多軸加工方法，由于鉆孔效率、加工范圍及精度的關(guān)系，使用范圍有限。 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 2 1.2.2 多軸箱 也像多軸頭那樣作為標(biāo)準(zhǔn)部件生產(chǎn)。美國(guó) Secto 公司標(biāo)準(zhǔn)齒輪箱、多軸箱等設(shè)計(jì)的不 可調(diào)式多軸箱。有 32 種規(guī)格，加工面積從 300 300 毫米到 600 1050 毫米，工作軸達(dá) 60 根，動(dòng)力達(dá) 22.5 千瓦。Romai 工廠生產(chǎn)的可調(diào)多軸箱調(diào)整方便，只要先把齒輪調(diào)整到接 近孔型的位置，然后把與它聯(lián)接的可調(diào)軸移動(dòng)到正確的位置。因此，這種結(jié)構(gòu)只要改變 模板，就能在一定范圍內(nèi)容易地改變孔型，并且可以達(dá)到比普通多軸箱更小的孔距。 根據(jù)成組加工原理使用多軸箱或多軸頭的組合機(jī)床很適用于大中批量生產(chǎn)。為了在 加工中獲得良好的效果，必需考慮以下數(shù)點(diǎn)：（1）工件裝夾簡(jiǎn)單，有足夠的冷卻液沖走 鐵屑。（2）夾具剛性好，加工時(shí)不形變，分度定位正確。（3）使用二組刀具的可能性， 以便一組使用，另一組刃磨與調(diào)整，從而縮短換刀停機(jī)時(shí)間。（4）使用優(yōu)質(zhì)刀具，監(jiān)視 刀具是否變鈍，鉆頭要機(jī)磨。（5）尺寸超差時(shí)能立即發(fā)現(xiàn)。 1.2.3 多軸鉆床 這是一種能滿足多軸加工要求的鉆床。諸如導(dǎo)向、功率、進(jìn)給、轉(zhuǎn)速與加工范圍等。 巴黎展覽會(huì)中展出的多軸鉆床多具液壓進(jìn)給。其整個(gè)工作循環(huán)如快進(jìn)、工進(jìn)與清除鐵屑 等都是自動(dòng)進(jìn)行。值得注意的是，多數(shù)具有單獨(dú)的變速機(jī)構(gòu)，這樣可以適應(yīng)某一組孔中 不同孔徑的加工需要。 1.2.4 自動(dòng)更換主軸箱機(jī)床 為了中小批量生產(chǎn)合理化的需要，最近幾年發(fā)展了自動(dòng)更換主軸箱組合機(jī)床。 自動(dòng)更換主軸機(jī)床 自動(dòng)更換主軸機(jī)床頂部是回轉(zhuǎn)式主軸箱庫(kù)，掛有多個(gè)不可調(diào)主軸箱?？v橫配線盤予 先編好工作程序，使相應(yīng)的主軸箱進(jìn)入加工工位，定位緊并與動(dòng)力聯(lián)接，然后裝有工件 的工作臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)到主軸箱下面，向上移動(dòng)進(jìn)行加工。當(dāng)變更加工對(duì)象時(shí)，只要調(diào)換懸掛的 主軸箱，就能適應(yīng)不同孔型與不同工序的需要。 多軸轉(zhuǎn)塔機(jī)床 轉(zhuǎn)塔上裝置多個(gè)不可調(diào)或萬(wàn)向聯(lián)軸節(jié)主軸箱，轉(zhuǎn)塔能自動(dòng)轉(zhuǎn)位，并對(duì)夾緊在回轉(zhuǎn)工 作臺(tái)的工件作進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。通過工作臺(tái)回轉(zhuǎn)，可以加工工件的多個(gè)面。因?yàn)檗D(zhuǎn)塔不宜過大， 故它的工位數(shù)一般不超過 46 個(gè)。且主軸箱也不宜過大。當(dāng)加工對(duì)象的工序較多、尺寸 較大時(shí)，就不如自動(dòng)更換主軸箱機(jī)床合適，但它的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。 自動(dòng)更換主軸箱組合機(jī)床 它由自動(dòng)線或組合機(jī)床中的標(biāo)準(zhǔn)部件組成。不可調(diào)多軸箱與動(dòng)力箱按置在水平底座 上，主軸箱庫(kù)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)整個(gè)裝置緊固在進(jìn)給系統(tǒng)的溜板上。主軸箱庫(kù)轉(zhuǎn)動(dòng)與進(jìn)給動(dòng)作都按 標(biāo)準(zhǔn)子程序工作。換主軸箱時(shí)間為幾秒鐘。工件夾緊于液壓分度回轉(zhuǎn)工作臺(tái)，以便加工 工件的各個(gè)面。好果回轉(zhuǎn)工作臺(tái)配以卸料裝置，就能合流水生產(chǎn)自動(dòng)化。在可變生產(chǎn)系 統(tǒng)中采用這種裝置，并配以相應(yīng)的控制器可以獲得完整的加工系統(tǒng)。 數(shù)控八軸落地鉆床 大型冷凝器的水冷壁管板的孔多達(dá) 15000 個(gè)，它與支撐板聯(lián)接在一起加工?？讖綖?20 毫米，孔深 180 毫米。采用具有內(nèi)冷卻管道的麻花鉆，57MPa 壓力的冷卻液可直接 進(jìn)入切削區(qū)，有利于排屑。鉆尖磨成 90供自動(dòng)定心。它比普通麻花鉆耐用，且進(jìn)給量 基于多軸加工的普通鉆床改造 3 大。為了縮短加工時(shí)間，以 8 軸數(shù)控落地加工。 1.2.5 多軸加工趨勢(shì) 多軸加工生產(chǎn)效率高，投資少，生產(chǎn)準(zhǔn)備周期短，產(chǎn)品改型時(shí)設(shè)備損失少。而且隨 著我國(guó)數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，多軸加工的范圍一定會(huì)愈來愈廣，加工效率也會(huì)不斷提高。 1.3 本課題應(yīng)達(dá)到的要求 通過實(shí)際調(diào)研和采集相應(yīng)的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)、閱讀相關(guān)資料相結(jié)合，在對(duì)金屬切削加工、 金屬切削機(jī)床、機(jī)械設(shè)計(jì)與理論及液壓與氣動(dòng)傳動(dòng)等相關(guān)知識(shí)充分掌握后，分析鉆削加 工的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)多工位加工的多軸鉆床，經(jīng)反復(fù)對(duì)各方案對(duì)比分析，采用以專用機(jī)床與 專用夾具為主組成生產(chǎn)流水線，提高機(jī)械加工效率以節(jié)省勞動(dòng)時(shí)間。通過實(shí)驗(yàn)分析多軸 加工的特點(diǎn)，改進(jìn)專用機(jī)床的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并采用動(dòng)作迅速并安全可靠的機(jī)構(gòu)。 金屬切削加工過程中的機(jī)床工作臺(tái)驅(qū)動(dòng)、工件夾緊等方面的相關(guān)數(shù)據(jù)，結(jié)合液壓與 氣動(dòng)傳動(dòng)的相關(guān)理論知識(shí)，完成液壓傳動(dòng)方案分析及液壓原理圖的擬定，設(shè)計(jì)液壓專用 夾具的驅(qū)動(dòng)、夾緊裝置，并進(jìn)行主要液壓元件的設(shè)計(jì)與選擇及傳動(dòng)系統(tǒng)的驗(yàn)算校核等， 來達(dá)到產(chǎn)品的最優(yōu)化設(shè)計(jì)。 針對(duì)實(shí)際使用過程中存在的金屬加工工藝文件編制、工件夾緊及工藝參數(shù)確定及計(jì) 算問題，綜合所學(xué)的機(jī)械理論設(shè)計(jì)與方法、機(jī)械加工工藝文件編制及實(shí)施等方面的知識(shí)， 設(shè)計(jì)出一套適合于實(shí)際的零件加工工藝路線，從而實(shí)現(xiàn)適合于現(xiàn)代加工制造業(yè)、夾緊裝 置的優(yōu)化設(shè)計(jì)。 適用某廠的復(fù)合工位專用加工生產(chǎn)線的優(yōu)化設(shè)計(jì)，根據(jù)加工對(duì)象的具體工藝要求來 合理地改進(jìn)多軸鉆床的結(jié)構(gòu)形式，力求在不影響加工的前提下最大限度的提高機(jī)械加工 效率以節(jié)省勞動(dòng)時(shí)間，并降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度和企業(yè)的生產(chǎn)成本。 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 4 2 單工位鉆床改為多工位鉆床 2.1 設(shè)計(jì)任務(wù) 在一批鑄鐵連接件上，其同一個(gè)表面上有多個(gè)孔需要進(jìn)行加工。在普通立式鉆床上 進(jìn)行孔系的加工，通常是一個(gè)孔一個(gè)孔的鉆削，生產(chǎn)效率低，用非標(biāo)設(shè)備，即組合機(jī)床 加工，生產(chǎn)效率高，但設(shè)備投資大。 但把一批普通立式普通單軸鉆床改造為立式多軸鉆床，改造后的多軸鉆床，可以同 時(shí)完成多個(gè)孔的鉆、擴(kuò)、鉸、等工序。設(shè)計(jì)程序介紹如下： 2.2 普通立式鉆床的選型 2.2.1 計(jì)算所需電機(jī)功率 待加工的零件圖如圖 2.1 所示： 圖 2.1 為工件零件圖，其技術(shù)要求和生產(chǎn)批量如下： 材料：鑄鐵 HT200；料厚：40mm；硬度：HBS170-240HBS； 年產(chǎn)量：1000 萬(wàn)件；4-6.7 尺寸精度 IT13。 確定四個(gè)孔同時(shí)加工時(shí)所需的軸向力，根據(jù)機(jī)械加工工藝手冊(cè)表 2.3 可知： 式 2-1FFZYXVfdC0 圖 2.1 待加工零 件 基于多軸加工的普通鉆床改造 5 式中： -切削力系數(shù)，查表得：738.7/457.1=1.62；FC -麻花鉆鉆頭直徑，單位為 mm，根據(jù)已知條件為 7mm；0d -背吃刀量影響指數(shù)，查表得：0.667/0.716=0.93 ；FX -進(jìn)給量,單位為 mm/r，計(jì)算得：0.14mm；f -進(jìn)給量影響指數(shù)，查表得： 1.233/1.231=1；Y -切削速度，單位為 m/min，查表得：8.3m/min；V -切削速度影響指數(shù)，查表得：0.248/0.258=0.96；FZ 則 =1.055N0.9310.96416278F 所需電機(jī)功率： kW75.5.VP 2.2.2 立式鉆床的確定 根據(jù)上面計(jì)算所需電機(jī)的功率，現(xiàn)選用 Z525 立式鉆床，其主要技術(shù)參數(shù)如表 2-1 所示： 表 2-1 Z525 立式鉆床主要技術(shù)參數(shù) 型 號(hào)技 術(shù) 規(guī) 格 Z525 最大鉆孔直徑（mm） 25 主軸端面至工作臺(tái)距離(mm) 0-700 主軸端面至底面距離(mm) 750-110 主軸中心至導(dǎo)軌距離(mm) 250 主軸行距(mm) 175 主軸孔莫氏解錐度 3 號(hào) 主軸最大扭轉(zhuǎn)力矩(N m) 245.25 主軸進(jìn)給力(N) 8829 主軸速(r/mm 轉(zhuǎn) ) 97-1360 主軸箱行程(mm) 200 進(jìn)給量(mm/r) 0.1-0.8 工作臺(tái)行程(mm) 325 工作臺(tái)工作面積(mm2) 500 375 主電動(dòng)機(jī)功率(kw) 2.8 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 6 3 主傳動(dòng)齒輪傳動(dòng)箱的設(shè)計(jì) 3.1設(shè)計(jì)前的準(zhǔn)備 （1）大致了解工件上被加工孔為 4 個(gè) 7 的孔。毛坯種類為灰鑄鐵的鑄件，由于 石墨的潤(rùn)滑及割裂作用，使灰鑄鐵很易切削加工，屑片易斷，刀具磨損少，故可選用 硬質(zhì)合金錐柄麻花鉆（GB10946-89）。 （2）切削用量的確定 根據(jù)金屬切削加工手冊(cè)表 27 可知： 切削速度 m/min,進(jìn)給量 mm/r21cV0.f 則切削轉(zhuǎn)速 r/min987.61432dVns 根據(jù) Z525 機(jī)床說明書，取 r/min90s 故實(shí)際切削速度為： m/min2.01967.43wcdnV （3）確定加工時(shí)的單件工時(shí) 一般 為 5-10mm，取 10mm切 入L mm2.10837.631dL切 出 mm40加 工 加工一個(gè)孔所需時(shí)間： 1 40.2.598min967mwLtnf切 入 切 出 加 工 單件時(shí)工時(shí)： 14.58.3imt 3.2 傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算 根據(jù)零件的技術(shù)要求及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，主傳動(dòng)的傳動(dòng)方式選定為齒輪傳動(dòng)，齒輪結(jié)構(gòu) 的布局初定為外嚙合。 （1）齒輪分布方案確定： 根據(jù)零件圖的分析，多軸箱齒輪分布初定有以下兩種形式，分別如圖 3.1 和圖 3.2 所示。 根據(jù)通常采用的經(jīng)濟(jì)而又有效的傳動(dòng)是：用一根傳動(dòng)軸帶支多根主軸。因此，本 設(shè)計(jì)中采用了圖 3.2 所示的齒輪分布方案。 （2）明確主動(dòng)軸、工作軸和惰輪軸的旋轉(zhuǎn)方向，并計(jì)算或選定其軸徑大小。 基于多軸加工的普通鉆床改造 7 因?yàn)樗x定的 Z535 立式鉆床主軸是左旋，所以工作軸也為左旋，而惰輪軸則為右 旋。 根據(jù)表 3-1 確定工作軸直徑,其由機(jī)械設(shè)計(jì)表 8/97 可得: 表 3-1加工孔徑與工作軸直徑對(duì)應(yīng)表（mm） 因?yàn)榧庸た讖綖?7mm，所以工作軸直徑選 15mm。 主動(dòng)軸和惰輪軸的直徑在以后的軸設(shè)計(jì)中確定。 排出齒輪傳動(dòng)的層次，設(shè)計(jì)各個(gè)齒輪。 本設(shè)計(jì)的齒輪傳動(dòng)為單層次的齒輪外嚙合傳動(dòng)，傳動(dòng)分布圖如圖 3.2 所示。 在設(shè)計(jì)各個(gè)齒輪前首先明確已知條件：電機(jī)輸入功率 kW,齒輪轉(zhuǎn)速8.21P r/min, 齒輪 轉(zhuǎn)速 r/min，假設(shè)齒輪、的傳動(dòng)比均為1360n 9603n i=0.84，即齒輪比 u=1.2，工作壽命 15 年（每年工作 300 天） ，兩班制。 選定齒輪類型，精度等級(jí)，材料及齒數(shù)： 選用直齒輪圓柱齒輪傳動(dòng)； 多軸箱為一般工作機(jī)器，速度不高，故選用 7 級(jí)精度（GB10095-88 ） ； 材料選擇 由表 10-1文獻(xiàn) 4選擇齒輪材料為 40Cr（調(diào)質(zhì)） ，硬度為 280HBS，齒輪材料 為 45（調(diào)質(zhì)） ，硬度為 240HBS，齒輪材料為 45（?；?，硬度 210HBS; 選齒輪齒數(shù) ，齒輪 齒數(shù) ，取 。241Z 8.2.1412uZ29Z 按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)，由設(shè)計(jì)計(jì)算公式進(jìn)行試算： 3211 . HEdtt uTKd 加工孔徑 12 1216 1620 工作軸直徑 15 20 25 圖 3.1 齒輪布置方案一 圖 3.2 齒輪布置方案二 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 8 確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值 1)試選載荷系數(shù) ；3.1tK 2)計(jì)算齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩： Nmm45151 1096.13/8.20.9/0.9 nPT 3)由表 10-7 文獻(xiàn) 4選取齒寬系數(shù)： =0.5d 4)由表 10-6文獻(xiàn) 4 查得材料的彈性影響系數(shù)： MPa8.19EZ 5)由表 10-21d文獻(xiàn) 4 按齒面硬度查得齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限： MPa601limH 齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限： MPa52li 6)由表 10-13文獻(xiàn) 4 計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)： 91 10875.308136060 hjLnN992 6.42/875. 7)由表 10-19文獻(xiàn) 4 查得接觸疲勞壽命系數(shù) ， ；1HNK.2HN 8)計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力: 取失效概率為 1%，安全系數(shù) ，由式(10-12) 文獻(xiàn) 4 得：1S MPa540169.0limli1 KHHMPa.2.2li2SN 計(jì)算 1)試算小齒輪分度圓直徑 ，代入 中較小的值:td1H24321 5.819.21096.3.2. Edtt ZuTKdm649.5 2)計(jì)算圓周速度 V: m/s81.310649.53.106ndt 3)計(jì)算齒 bm2.49.530Hd 基于多軸加工的普通鉆床改造 9 4)計(jì)算齒寬與齒高之比 hb/ 模數(shù)： m235.4/69.53/1zdmtt 齒高： mm0.2.th359/6453/b 5)計(jì)算載荷系數(shù) 根據(jù) v=3.81m/s，7 級(jí)精度，由圖 10-8文獻(xiàn) 4 查得動(dòng)載系數(shù) Kv=1.14, 直齒輪，假設(shè) ，由表 10-3文獻(xiàn) 4 查得 ；m/N10/bFKta 2.1FHK 由表 10-2文獻(xiàn) 4 查得使用系數(shù) ；1AK 由表 10-4文獻(xiàn) 4 查得 7 級(jí)精度齒輪相對(duì)支承非對(duì)稱布置時(shí)， bdH 3210.6.08.2.1 將數(shù)據(jù)代入后得： ;82.649.53.1.0. 2K 由 ,查圖 10-13文獻(xiàn) 4得， ；182,3.5/Hhb 1FK 故載荷系數(shù)： 574.82.1HVAK 6)按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑，由式（10-10a）文獻(xiàn) 4 得， =53.649 =57.18mmtd13/t3./574. 7)計(jì)算模數(shù) m m= =57.18/24=2.4mm1/Z 圓整為 m=2.5mm 按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì) 由式（10-5 ） 文獻(xiàn) 4 得彎曲強(qiáng)度的設(shè)計(jì)公式為 m 321FSadYzkT 確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值 由圖 10-20文獻(xiàn) 4 查得齒輪的彎曲疲勞極限 =500Mpa；1FE 齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限 =380Mpa2FE 2)由圖 10-18文獻(xiàn) 4 查得彎曲疲勞壽命系數(shù) ;8.0,5.21FNFNK 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 10 3)計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力 取彎曲疲勞安全系數(shù) S=1.4,由式（10-12）文獻(xiàn) 4 得： = = =303.57Mpa1FSKFEN14.508 = = =238.86MPa22.3 4)計(jì)算載荷系數(shù) 532.1.21.FVAKK 5) 查取齒形系數(shù) 由表 10-5文獻(xiàn) 4 查得 53.,6.221FaFaY 6)查取應(yīng)力校正系數(shù) 由表 10-5文獻(xiàn) 4 查得 .1,8.21sasa 7）計(jì)算齒輪、的 并加以比較FSY = =0.013791Sa57.3086 = =0.017162FSaY.2 齒輪的數(shù)值大。 設(shè)計(jì)計(jì)算 m mm32 40176.5.096125. 對(duì)比計(jì)算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù) m 大于由齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算 的模數(shù)，由于齒輪模數(shù) m 的大小主要取決于彎曲強(qiáng)度所決定的承載能力，而齒面接觸 疲勞強(qiáng)度所決定的承載能力，僅與齒輪直徑（即模數(shù)與齒數(shù)的乘積）有關(guān)，可取由彎 曲強(qiáng)度算得的模數(shù) 1.5。在零件圖中可知，主動(dòng)軸與惰輪軸的中心距為 51mm，即齒輪 、完全嚙合的中心距，得： m( )=5121Z 1.5 ( )=51.1 =31, =37Z2 惰輪軸與工作軸的中心距為 61.5mm，即齒輪與齒輪完全嚙合時(shí)中心距，即 基于多軸加工的普通鉆床改造 11 m( )=61.523Z 1.5 ( )=61.57 =453Z 幾何尺寸計(jì)算 計(jì)算分度圓直徑： = m=31 1.5=46.5mm1d = m=37 1.5=55.5mm2Z = m=45 1.5=67.5mm3 計(jì)算中心距 a=51mm,a =61.5mm 計(jì)算齒輪齒寬 mm75.3.6501db 取 m2,30,m5323BB 驗(yàn)算 Ft= = =819.2N1dT0.48196 4 = =35.66N/mm100N/mm bFKtA25. 故合格。 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 12 4 多軸箱的結(jié)構(gòu)與零部件的設(shè)計(jì) 多軸箱的傳動(dòng)方式為外嚙合，齒輪傳動(dòng)的排列層次為一層。 4.1 箱蓋、箱體和中間板結(jié)構(gòu) (1)箱體選用 240mm 200mm 長(zhǎng)方形箱體，箱蓋與之匹配。箱體材料為 HT20-40, 箱蓋為 HT15-33。 (2)中間板的作用：箱內(nèi)部分是軸承的支承座，伸出箱外的部分是導(dǎo)向裝置中的滑 套支承座，為便于設(shè)計(jì)人員選用，已將中間板規(guī)范為 23mm 和 28mm 兩種厚度的標(biāo)準(zhǔn)， 現(xiàn)選用 23mm 厚的中間板，材料為 HT15-33。 4.2 多軸箱軸的設(shè)計(jì) (1)主動(dòng)軸的設(shè)計(jì) 軸材料的選擇 表 15-3文獻(xiàn) 4 軸材料選用 45 鋼，調(diào)質(zhì)處理。 軸徑的確定 根據(jù)公式 d (15-2) 文獻(xiàn) 40A3nP 式中 = ,查表 15-3文獻(xiàn) 4 ， 取 1100A2.095T0A d110 =13.9mm,取 d=25mm31608.2 軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 初步擬定主動(dòng)軸的結(jié)構(gòu)如圖 4.1 所示。 選擇滾動(dòng)軸承 因?yàn)檩S承同時(shí)受有徑向載荷及軸向載荷，故前、后端均選用單列向心球軸承，由 圖 4.1 主動(dòng)軸結(jié)構(gòu)圖 基于多軸加工的普通鉆床改造 13 圖 4.3 主動(dòng)軸的載荷分析圖 表 1-14文獻(xiàn) 3 ，選用 7204c 軸承。 軸上各段直徑，長(zhǎng)度如圖 4.1 所示。 鍵的確定 因?yàn)辇X輪寬為 35mm,所以選用 8 7 22 平鍵，表 6-1文獻(xiàn) 4 確定軸上圓角和倒角尺寸 參考表 15-2文獻(xiàn) 4 ，取軸端倒角 2 450,各軸肩的圓角半徑為 R=1.0mm. 按彎扭合成校核軸的強(qiáng)度 作出軸的計(jì)算簡(jiǎn)圖，如圖 4.2 所示。 軸上扭轉(zhuǎn)力矩為 M=9549 =9549 =19.7NmmnP13608.2 圓周力為 Py= = =1970NdM327.9 徑向力為 Pz=0.48 Py=0.48x1970=945.6N 圖 4.2 主動(dòng)軸受力簡(jiǎn)圖 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 14 根據(jù)軸的計(jì)算簡(jiǎn)圖，分別作出軸的扭矩圖、垂直圖的彎矩 My 圖和水平平面內(nèi)的 彎矩 Mz 圖，如圖 4.3 所示。從圖中可知，截面 E 為危險(xiǎn)截面，在截面 E 上，扭矩 T 和合成彎矩 M 分別為 T=19.7Nm; M= = =39.3Nm2zyM24.3517 軸材料選用 45 鋼， =355Mpa,許用應(yīng)力 = 文獻(xiàn) 5, 為許用應(yīng)力安全系ssns 數(shù)，取 =1.5，則 = =237Mpas5.13 按第三強(qiáng)度理論進(jìn)行強(qiáng)度校核 公式 W12TM W 為軸的抗彎截面系數(shù)，W = - (表 15-4) 文獻(xiàn) 4 32dtb W= =1533.2-105.8=1427.45514. 2 =2TM2323107.910.94.7 =30.8MpaS=1.52S2.351.7 故安全。 截面 E 右側(cè)面校核： 抗彎截面系數(shù) W 為： W=0.1d3=0.1x203=800mm 抗扭截面系數(shù) WT 為： WT=0.2d3=0.2x203=1600mm 彎矩 M 及彎曲應(yīng)力為: M=39300 x =35496.8Nm5.7 = = =44.4MpabWM803496 扭矩 T3 及扭轉(zhuǎn)應(yīng)力 為： T3=19700NmT = = =12.3MpaT3167 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 16 截面上由于軸肩而形成的理論應(yīng)力集中系數(shù) a 及 a 按附表 3-2 查取文獻(xiàn) 4 ，因 = =0.05, = =1.25,經(jīng)插值后可查得:a ,adr20.1dD2053.26.1 又由附圖 3-1文獻(xiàn) 4可得軸肩材料的敏性系數(shù)為：q ，q75081. 故有效應(yīng)力集中系數(shù)按式（附 3-4）文獻(xiàn) 4 為： k 213.75.011a k 5.68q 由附圖 3-2文獻(xiàn) 4 得尺寸系數(shù) 由附圖 3-3文獻(xiàn) 4 得扭轉(zhuǎn)尺寸系數(shù) 97.0 軸按磨削加工，由附圖 3-4文獻(xiàn) 4 得表面質(zhì)量系數(shù)為 = =0.92 軸未經(jīng)表面強(qiáng)化處理，即 ，則按式（3-12）及（3-12）文獻(xiàn) 4 ，得綜合系1q 數(shù)值為： = - -1= + =2.09K219.0 = + -1= + =1.6717.53. 計(jì)算安全系數(shù)： = = =2.96SmaK1 01.409.2 = = =14.7a1 23.5.67. Sca= = =2.9S=1.52S2.149. 故該軸在截面右側(cè)面是安全的，又因?yàn)檩S無大的瞬時(shí)過載及嚴(yán)重的應(yīng)力循環(huán)不對(duì) 稱性，故可略去靜強(qiáng)度校核。 軸承的校核 機(jī)床一般傳動(dòng)軸的滾動(dòng)軸承失效形式，主要是疲勞破壞，故應(yīng)進(jìn)行疲勞壽命計(jì)算。 滾動(dòng)軸承疲勞壽命計(jì)算公式： （10-5 ） 文獻(xiàn) 4 PCnLh601 式中： )(Lh額 定 壽 命 基于多軸加工的普通鉆床改造 17 min)/(rn轉(zhuǎn) 速 ，表 3.8-50文獻(xiàn) 6C額 定 動(dòng) 載 荷動(dòng) 載 荷P3 因?yàn)樗艿妮S向力太小，所以忽略不計(jì),Fa=0 所受徑向力 Fr=945.6/2=472.8N 表 3.8-50文獻(xiàn) 6 P=0.41Fr+0.87Pa=0.41 472.8+0.87=193.8Pa =30000h(表 13-3) 文獻(xiàn) 6hLh 641098.193560L 軸承安全。 (2)惰軸的設(shè)計(jì) 軸材料的選擇 表 15-3文獻(xiàn) 4 軸材料選用 45 鋼，調(diào)質(zhì)處理。 軸徑的確定 根據(jù)公式 d (15-2) 文獻(xiàn) 40A3nP =110 ，取 d=20mm8.14.16%9823 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)： 根據(jù)多軸箱結(jié)構(gòu)可以初步擬定惰輪軸結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)如圖 4.4 所示。 選擇滾動(dòng)軸承 因?yàn)檩S承同時(shí)受有徑向載荷及軸向載荷，選用單列向心球軸承，由表 1-14文獻(xiàn) 3,選 用 7002c 軸承。 軸上各段直徑，長(zhǎng)度如圖 8 所示。 圖 4.4 惰輪軸結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 18 鍵的確定 因?yàn)辇X輪寬為 30mm,所以選用 6 6 18 平鍵，表 6-1文獻(xiàn) 4 軸上圓角和倒角尺寸 參考表 15-2文獻(xiàn) 4 ，取軸端倒角 2 450,各軸肩的圓角半徑為 R=1.0mm。 扭合成校核軸的強(qiáng)度 作出軸的計(jì)算簡(jiǎn)圖，如圖 4.5 所示。 軸上扭轉(zhuǎn)力矩為 M=9549 =9549 =23.2NmnP84.0136%92 圓周力為 Py= = =2320NdM32. 徑向力為 Pz=0.48 Py=0.48x2320=1113.6N 根據(jù)軸的計(jì)算簡(jiǎn)圖，分別作出軸的扭矩圖、垂直圖的彎矩 My 圖和水平平面內(nèi)的 圖 4.5 惰輪軸受力簡(jiǎn)圖 圖 4.6 惰輪軸的載荷分析圖 基于多軸加工的普通鉆床改造 19 彎矩 Mz 圖，如圖 4.6 所示。從圖中可知，截面 E 為危險(xiǎn)截面，在截面 E 上，扭矩 T 和合成彎矩 M 分別為： T=23.2Nm M= = =32.8Nm2zyM22.34.15 按第三強(qiáng)度理論進(jìn)行強(qiáng)度校核: 公式 W12T W 為軸的抗彎截面系數(shù)，W = - (表 15-4) 文獻(xiàn) 4 32dtb W= =785-81=704026014. =2TM23310.18.7 =70MpaS=1.5 2S28.16 故安全。 截面 E 右側(cè)面校核： 抗彎截面系數(shù) W 為： W=0.1d=0.1x15=337.5mm 抗扭截面系數(shù) WT 為： WT=0.2d=0.2x15=675mm 彎矩 M 及彎曲應(yīng)力為: M=32800 =22707.7Nm3912 = = =67.3MpabWM5.70 扭矩 及扭轉(zhuǎn)應(yīng)力 為： =23200Nmm3TT3 = = =34.4MpaT62 截面上由于軸肩而形成的理論應(yīng)力集中系數(shù) a 及 a 按附表 3-2 查取文獻(xiàn) 4 ，因 = =0.07， = =1.33，經(jīng)插值后可查得:a ,adr150.dD152012.60. 又由附圖 3-1文獻(xiàn) 8可得軸提材料的敏性系數(shù)為：q ,q7581. 故有效應(yīng)力集中系數(shù)按式（附 3-4）文獻(xiàn) 4 為： 基于多軸加工的普通鉆床改造 21 k 84.12.75.011aq k 968 由附圖 3-2文獻(xiàn) 4 得尺寸系數(shù) 由附圖 3-3文獻(xiàn) 4 得扭轉(zhuǎn)尺寸系數(shù) 0.1 軸按磨削加工，由附圖 3-4文獻(xiàn) 4 得表面質(zhì)量系數(shù)為 = =0.92 軸未經(jīng)表面強(qiáng)化處理，即 ，則按式（3-12）及（3-12）文獻(xiàn) 4 ，得綜合系q 數(shù)值為： K = - -1= + =1.93184.192.0 K = + -1= + =1.58. 計(jì)算安全系數(shù)： S = = =2.12ma1 01.3679.25 S = = =5.53aK1 24.248. Sca= = =1.99S=1.52S53.1. 故該軸在截面右側(cè)面是安全的，又因?yàn)檩S無大的瞬時(shí)過載及嚴(yán)重的應(yīng)力循環(huán)不對(duì) 稱性，故可略去靜強(qiáng)度校核。 軸承的校核 因?yàn)樗艿妮S向力太小，所以忽略不計(jì),Fa=0 所受徑向力 Fr=1113.6/2=556.8N P=0.41Fr+0.87Pa=0.41 556.8+0.87Pa=229.16Pa 7002c 向心球軸承校核 =30000h(表 13-3) 文獻(xiàn) 6hLh 34860.2684.0136 6L 軸承安全。 （3）工作軸的設(shè)計(jì) 軸材料的選擇 表 15-3文獻(xiàn) 4 軸材料選用 45 鋼，調(diào)質(zhì)處理。 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 22 軸徑的確定 在傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算中已的工作軸的直徑定為 d=15mm。 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)： 根據(jù)工作軸的受力需要，初步擬定其結(jié)構(gòu)如圖 4.7 所示。 擇滾動(dòng)軸承 因?yàn)檩S承同時(shí)受有徑向載荷及軸向載荷，故前、后端均選用單列向心球軸承，又 因工作軸用于鉆削，在后端加單向推力球軸承。由表 1-14文獻(xiàn) 3，單列向心球軸承選 用 102 軸承，后端單向推力球軸承選用 8102 軸承。 各段直徑，長(zhǎng)度如圖 11 所示。 鍵的確定 因?yàn)辇X輪寬為 25mm,所以選用 5 5 20 平鍵，表 6-1文獻(xiàn) 4 軸上圓角和倒角尺寸 參考表 15-2文獻(xiàn) 4 ，取軸端倒角 2 450,各軸肩的圓角半徑為 R=0.8mm。 扭合成校核軸的強(qiáng)度 作出軸的計(jì)算簡(jiǎn)圖，如圖 4.8 所示。 圖 4.7 工作軸結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 圖 4.8 工作軸受力簡(jiǎn)圖 基于多軸加工的普通鉆床改造 23 軸上扭轉(zhuǎn)力矩為 M=9549 =9549 =27.3Nm960%8.2 圓周力為 Py= = =3640NdM315.7 徑向力為 Pz=0.48 Py=0.48 3640=1754.5N 根據(jù)軸的計(jì)算簡(jiǎn)圖，分別作出軸的扭矩圖、垂直圖的彎矩 My 圖和水平平面內(nèi)的 彎矩 Mz 圖，如圖 4.9 所示。從圖中可知，截面 E 為危險(xiǎn)截面，在截面 E 上，扭矩 T 和合成彎矩 M 分別為 T=27.3Nm M= = =54.6Nm2zyM22.497.3 按第三強(qiáng)度理論進(jìn)行強(qiáng)度校核文獻(xiàn) 5: 公式 W12T W 為軸的抗彎截面系數(shù)，W= - (表 15-4) 文獻(xiàn) 4 32dtb W= =331.2-56.3=274.91514. 2 =2TM232310.706.49.7 =222MpaS=1.5 2S2248.5.1 故安全。 截面 E 左側(cè)面校核： 抗彎截面系數(shù) W 為： W=0.1d=0.1 15=337.5mm 抗扭截面系數(shù) WT 為： WT=0.2d=0.2 15=675mm 彎矩 M 及彎曲應(yīng)力為:M=54600Nmm = = =161.8MpabWM5.37460 扭矩 及扭轉(zhuǎn)應(yīng)力 為： =27300Nmm3TT3 = = =40.4MpaT62 在附表 3-4文獻(xiàn) 4 用插入法求得軸上鍵槽處的有效應(yīng)力集中系數(shù)：k ，k054.1 由附圖 3-2文獻(xiàn) 4 得尺寸系數(shù) 8.0 由附圖 3-3文獻(xiàn) 4 得扭轉(zhuǎn)尺寸 1 軸按磨削加工，由附圖 3-4文獻(xiàn) 4 得表面質(zhì)量系數(shù)為 = =0.92 軸未經(jīng)表面強(qiáng)化處理，即 ，則按式（3-12）及（3-12）文獻(xiàn) 4 ，得綜合系q 數(shù)值為： = - -1=0+ =0.09K92.0 = + -1= + =1.63541. 計(jì)算安全系數(shù)： = = =18.89SmaK1 01.8609.27 = = =4.57a1 24.5.243. Sca= = =4.4S=1.52S7.89.1 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 26 故該軸在截面右側(cè)面是安全的，又因?yàn)檩S無大的瞬時(shí)過載及嚴(yán)重的應(yīng)力循環(huán)不對(duì) 稱性，故可略去。 靜強(qiáng)度校核。 軸承的校核 機(jī)床一般傳動(dòng)軸的滾動(dòng)軸承失效形式，主要是疲勞破壞，故應(yīng)進(jìn)行疲勞壽命計(jì)算。 36102 向心球軸承校核 由第一章可知主動(dòng)軸的軸向力 Fa=4.091N 所受徑向力 Fr=1754.5/2=877.25N (表 3.8-50) 文獻(xiàn) 6 P=0.41Fr+0.87Pa=0.41 877.25+0.87 4.091=363.2N =30000h(表 13-3) 文獻(xiàn) 6hLh 8392.65091L 軸承安全。 8102 推力球軸承校核 P=Fa (表 3.8-54)文獻(xiàn) 4 P=4.091N =30000h(表 13-3) 文獻(xiàn) 6 36091.45hLhL 軸承安全。 基于多軸加工的普通鉆床改造 27 5 導(dǎo)向裝置的設(shè)計(jì) 5.1 導(dǎo)向裝置組成 導(dǎo)向裝置主要由導(dǎo)柱、導(dǎo)套、彈簧組成。導(dǎo)柱的上端與多軸箱中間板上的導(dǎo)套滑 動(dòng)配合，下端安裝在夾具的鉆模板上。 5.2 導(dǎo)向裝置選擇與設(shè)計(jì) 選擇彈簧 考慮到導(dǎo)向裝置一方面對(duì)麻花鉆進(jìn)行導(dǎo)向，另一方面還需要對(duì)所加工工件進(jìn)行夾 緊，它兼有鉆模板的作用，并且為了避免加工中對(duì)鉆頭的影響，因此采用了柔性壓板， 設(shè)計(jì)中采用四根彈簧支撐整個(gè)多軸箱，為了確定彈簧的參數(shù)，現(xiàn)粗略估算多軸箱重量。 NG9.478.105820418.993 每根彈簧負(fù)荷：F=124.5N 選圓柱螺旋壓縮彈簧(表 12) 文獻(xiàn) 7 ，彈簧各參數(shù)如下： 彈簧中徑 ,節(jié)距 ，彈簧絲直徑 ，工作圈數(shù)m0.162Dm640.t m8.1d ,自由高度 。30n4oH 導(dǎo)柱、導(dǎo)套的選擇 導(dǎo)柱材料為 直徑 16mm,長(zhǎng) 303mm,15rGc 導(dǎo)套材料為 20 號(hào)鋼。 鉆套的選擇 鉆套用來引導(dǎo)鉆頭、鉸刀等孔加工刀具，增強(qiáng)刀具剛度，并保證被加工孔和工件 其它表面準(zhǔn)確的相對(duì)位置精度。 根據(jù)鉆套的結(jié)構(gòu)和使用特點(diǎn)，主要有四種類型。 （1）固定鉆套 圖 5.1 所示為固定鉆套的兩種形式，該類鉆套外圓以 H7/n6 或 H7/r6 配合，直接壓 入鉆模板上的鉆套底孔內(nèi)。在使用過程中若不需要更換鉆套（據(jù)經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì),鉆套一般可 使用 100012000 次） ，則用固定鉆套較為經(jīng)濟(jì)，鉆孔的位置精度也較高。 (2）可換鉆套 當(dāng)生產(chǎn)批量較大，需要更換磨損的鉆套時(shí)，則用可換鉆套較為方便，如圖 5.2 所示。 可換鉆套裝在襯套中，襯套是以 H7/n6 或 H7/r6 的配合直接壓入鉆模板的底孔內(nèi)，鉆套 外圓與襯套內(nèi)孔之間常采用 F7/m6 或 F7/k6 配合。 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 28 (3）快換鉆套 當(dāng)被加工孔需依次進(jìn)行鉆、擴(kuò)、鉸時(shí)，由于刀具直徑逐漸增大，應(yīng)使用外徑相同 而內(nèi)徑不同的鉆套來引導(dǎo)刀具，這時(shí)使用快換鉆套可減少更換鉆套的時(shí)間，如圖 5.3 所 示?？鞊Q鉆套的有關(guān)配合與可換鉆套的相同。更換鉆套時(shí)，將鉆套的削邊處轉(zhuǎn)至螺釘 處，即可取出鉆套。鉆套的削邊方向應(yīng)考慮刀具的旋向，以免鉆套隨刀具自行拔出。 (4）特殊鉆套 由于工件形狀或被加工孔位置的特殊性，有時(shí)需要設(shè)計(jì)特殊結(jié)構(gòu)的鉆套，如圖 5.4 所示。在斜面上鉆孔時(shí)，應(yīng)采用圖 5.4a 所示的鉆套，鉆套應(yīng)盡量接近加工表面，并使 之與加工表面的形狀相吻合。如果鉆套較長(zhǎng)，可將鉆套孔上部的直徑加大（一般取 0.1mm） ，以減少導(dǎo)向長(zhǎng)度。 在凹坑內(nèi)鉆孔時(shí)，常用圖 5.4b 所示的加長(zhǎng)鉆套（H 為鉆套導(dǎo)向長(zhǎng)度） 。圖 5.4c、d 為鉆兩個(gè)距離很近的孔時(shí)所設(shè)計(jì)的非標(biāo)準(zhǔn)鉆套。 根據(jù)本零件的加工要求，現(xiàn)選擇如圖所示的鉆套，其可根據(jù)不同的工序要求，可 快速地對(duì)鉆套進(jìn)行更換，適合于快速更換加工所用的刀具。 (a)無肩 (b)帶肩 圖 5.1 固定鉆套 1-鉆套 2-襯套 3-鉆模板 4-螺釘 圖 5.2 可換鉆套 圖 5.3 快換鉆 套 （a） （b） （c） （d） 圖 5.4 特殊鉆套 基于多軸加工的普通鉆床改造 29 6 接桿刀具 為了便于麻花鉆頭與多軸箱的聯(lián)接，現(xiàn)在四個(gè)加工主軸上安裝了連接刀具的裝置- -接桿。 秸稈一端為梯形螺紋，與主動(dòng)軸的內(nèi)孔滑動(dòng)配合，通過鍵傳遞扭矩。在梯形螺紋 段并設(shè)計(jì)有斜面，以便調(diào)整接桿的延伸量來補(bǔ)償?shù)毒叩哪p量。接桿另一端的莫氏錐 孔與刀具的莫氏錐柄相配合。 其具體的結(jié)構(gòu)見接桿零件圖。 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 30 7 結(jié)論與展望 7.1 結(jié)論 由本文的論述，我們了解到：通過對(duì)多軸箱的結(jié)構(gòu)及零部件的設(shè)計(jì)，在齒輪及各 種輔助零部件方面進(jìn)行合理設(shè)計(jì)和選擇，有效提高了加工效率和社會(huì)效益，為解決此 類多孔零件的加工問題舉了一個(gè)實(shí)例。 通過本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，從收集資料到系統(tǒng)方案的設(shè)計(jì)，再到繪制裝配圖和部分零件 圖，我學(xué)到了不少知識(shí)，能綜合應(yīng)用機(jī)械設(shè)計(jì)課程及 AUTOCAD 等系統(tǒng)軟件，進(jìn)行系統(tǒng) 的機(jī)械設(shè)計(jì)，培養(yǎng)機(jī)械設(shè)計(jì)及制造的技能，并鞏固所學(xué)知識(shí)，尤其更熟練掌握了 AUTOCAD 繪圖軟件工具。同時(shí)，也發(fā)現(xiàn)了自己許多不足的地方，還有待改正和完善，是 自己不斷進(jìn)步。 7.2 不足之處及未來展望 在沒有做畢業(yè)設(shè)計(jì)以前覺得畢業(yè)設(shè)計(jì)只是對(duì)這幾年來所學(xué)知識(shí)的單純總結(jié)，但是 通過這次做畢業(yè)設(shè)計(jì)發(fā)現(xiàn)自己的看法有點(diǎn)太片面。畢業(yè)設(shè)計(jì)不僅是對(duì)前面所學(xué)知識(shí)的 一種檢驗(yàn)，而且也是對(duì)自己能力的一種提高。通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)使我明白了自己原來 知識(shí)還比較欠缺。自己要學(xué)習(xí)的東西還太多，以前老是覺得自己什么東西都會(huì)，什么 東西都懂，有點(diǎn)眼高手低。通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我才明白學(xué)習(xí)是一個(gè)長(zhǎng)期積累的過程， 在以后的工作、生活中都應(yīng)該不斷的學(xué)習(xí)，努力提高自己知識(shí)和綜合素質(zhì)。 基于多軸加工的普通鉆床改造 31 致 謝 時(shí)間轉(zhuǎn)眼而逝，經(jīng)過了幾個(gè)月的努力，我終于完成了此次的畢業(yè)設(shè)計(jì)。想想當(dāng)初 剛拿到這個(gè)課題時(shí)，根本對(duì)此一無所知，還好在經(jīng)過了老師的講解和查閱相關(guān)資料后， 慢慢的了解了這個(gè)課題。 這篇論文是在韓邦華老師的悉心指導(dǎo)和嚴(yán)格要求下完成的，從課題的選擇到具體 的寫作過程，無不凝聚了韓老師的心血和汗水，在我的畢業(yè)論文寫作期間，韓老師為 我提供了各種專業(yè)知識(shí)上的指導(dǎo)和一些富有創(chuàng)造性的建議，沒有這樣的幫助和關(guān)懷， 我不會(huì)這么順利的完成我的畢業(yè)論文。在此再次向韓老師表示深深的感謝和崇高的敬 意。韓老師不辭辛勞地定期與我們碰面，為我們講授相關(guān)知識(shí)，使我們獲益良多。 當(dāng)然，在寫這篇論文的時(shí)候，我也遇到過相當(dāng)多的困難。在經(jīng)過韓老師的指導(dǎo)和 自己的研究后，最終還是克服了這些困難，完成了我的畢業(yè)設(shè)計(jì)。在做這篇論文的時(shí) 候，需要用到很多的專業(yè)知識(shí)，所以我非常感謝在這幾年中給予了我?guī)椭椭笇?dǎo)的所 有老師，感謝他們幾年來的辛勤栽培。不積跬步何以至千里，各位任課老師認(rèn)真負(fù)責(zé)， 在他們的悉心幫助和教育下，使我能夠很好的掌握和運(yùn)用這些專業(yè)知識(shí)，并在實(shí)際設(shè) 計(jì)中得以體現(xiàn)，順利的完成畢業(yè)論文。 我覺得這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)對(duì)我的影響很大。它不僅讓我這四年來學(xué)到的知識(shí)得以應(yīng) 用，而且也很好地鍛煉了我分析事物，解決困難的能力。同時(shí)，也教會(huì)我對(duì)待什么事 情都要腳踏實(shí)地，進(jìn)一步培養(yǎng)了我獨(dú)立思考的能力，增長(zhǎng)了我的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，為我以后 走向工作崗位能獨(dú)立擔(dān)任某項(xiàng)工作打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。 最后，我還要借此機(jī)會(huì)向我還要感謝同組的各位同學(xué)，在畢業(yè)設(shè)計(jì)的這段時(shí)間里， 你們給了我很多的啟發(fā)，提出了很多寶貴的意見，對(duì)于你們幫助和支持，在此我表示 深深地感謝。同時(shí)，在論文寫作過程中，我還參考了有關(guān)的書籍和論文，在這里一并 向有關(guān)的作者表示謝意。 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 32 參考文獻(xiàn) 1 王先逵. 機(jī)械加工工藝設(shè)計(jì)實(shí)用手冊(cè)( 第二冊(cè))M. 北京 :機(jī)械工業(yè)出版社, 1998. 2 李益民. 機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)M. 湛江海洋大學(xué)印 , 2003. 3 大連組合機(jī)床研究所. 組合機(jī)床設(shè)計(jì)( 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