k102-泵體蓋6-φ7孔機(jī)床與夾具設(shè)計(jì)

k102-泵體蓋6-7孔機(jī)床與夾具設(shè)計(jì),k102,泵體蓋,機(jī)床,夾具,設(shè)計(jì) 目 錄前言 3第一章 鉆床內(nèi)部結(jié)構(gòu)的各項(xiàng)性能校核 41.1 泵體蓋孔加鉆機(jī)設(shè)計(jì) 31.21.1 鉆床的總體設(shè)計(jì) 31.2 鉆床刀具的選擇 31.3 鉆床傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)1.3.1 切削參數(shù)的確定1.3.2 電動(dòng)機(jī)的選擇1.3.3 齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)及計(jì)算1.3.4 軸的設(shè)計(jì)及強(qiáng)度校核1.4 本章小結(jié)第二章 專(zhuān)用夾具設(shè)計(jì) 42.1 工件的加工工藝性分析2.2 定位元件的選擇與設(shè)計(jì)42.2.1 定位元件的選擇52.2.2 定位誤差的分析2.2.3 定位誤差的計(jì)算2.3 泵體蓋在夾具中的夾緊2.3.1 夾緊裝置的組成2.3.2 夾緊力的確定2.3.3 夾緊機(jī)構(gòu)的選擇及設(shè)計(jì)2.4 導(dǎo)向元件的設(shè)計(jì)2.4.1 鉆模板的類(lèi)型與選擇2.4.2 鉆套的選擇與設(shè)計(jì)2.5 夾具體的設(shè)計(jì)2.6 夾具在機(jī)床上的定位2.7 本章小結(jié)3 技術(shù)經(jīng)濟(jì)性分析4 結(jié)論致謝第三章 附鉆床各圖 12文獻(xiàn)參考 13前言隨著現(xiàn)代機(jī)械工業(yè)的發(fā)展，機(jī)床的種類(lèi)越來(lái)越繁多，機(jī)床的功能越來(lái)越多，為了適應(yīng)當(dāng)今機(jī)械生產(chǎn)中的特殊要求，專(zhuān)用機(jī)床的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。之所以選擇泵體蓋鉆孔專(zhuān)機(jī)設(shè)計(jì)作為我的設(shè)計(jì)題目，是因?yàn)槲野l(fā)現(xiàn)以前的鉆床雖然功能不少，但是有很多不足之處，比如對(duì)工件大批量生產(chǎn)不能滿(mǎn)足，而且生產(chǎn)效率不高，對(duì)一些有特殊要求的工件也不能進(jìn)行批量生產(chǎn)?；谶@個(gè)前提，我選擇了鉆削類(lèi)的專(zhuān)機(jī)設(shè)計(jì)，主要是針對(duì)泵體蓋6-7孔的鉆削進(jìn)行加工。通過(guò)本次設(shè)計(jì)，可以生產(chǎn)出一種鉆床滿(mǎn)足泵體蓋6-7孔的鉆削標(biāo)準(zhǔn)化批量生產(chǎn)，這種鉆床既可以滿(mǎn)足特殊的加工要求又節(jié)省了時(shí)間、減少了勞動(dòng)力。本畢業(yè)設(shè)計(jì)的目的是設(shè)計(jì)出一種鉆削類(lèi)的專(zhuān)用機(jī)床，讓它只對(duì)泵體蓋6-7孔一類(lèi)工件進(jìn)行鉆削加工。本機(jī)床結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、集中化程度高、針對(duì)性強(qiáng)、工作效率高、能夠適應(yīng)在生產(chǎn)批量大的生產(chǎn)中的要求。它既提高了生產(chǎn)效率，又簡(jiǎn)化了操作程序，而且減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。機(jī)床、基礎(chǔ)理論研究、檢測(cè)等方面都有了較大的進(jìn)展。目前，孔加工技術(shù)已較為成熟。同時(shí)隨著我國(guó)科學(xué)和技術(shù)的不斷發(fā)展，機(jī)械產(chǎn)品不斷更新?lián)Q代，其品種型號(hào)越來(lái)越多，質(zhì)量要求越來(lái)越高，更新?lián)Q代周期也越來(lái)越短。因而多品種、中小批量生產(chǎn)已日益成為機(jī)械制造業(yè)的主要生產(chǎn)類(lèi)型。機(jī)床夾具是保證產(chǎn)品質(zhì)量，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率等生產(chǎn)技術(shù)準(zhǔn)備工作中的重要組成部分，其結(jié)構(gòu)形式必須與其生產(chǎn)類(lèi)型相適應(yīng)2。當(dāng)然在鉆床中夾具的設(shè)計(jì)也是至關(guān)重要的，由于夾具設(shè)計(jì)過(guò)程的隨機(jī)因素較多，目前仍有許多企業(yè)沿用傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法來(lái)完成，即由經(jīng)驗(yàn)豐富的工藝人員人工設(shè)計(jì)(或借助二維CAD設(shè)計(jì))。很顯然，這種設(shè)計(jì)方法在很大程度土受夾具設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)水平的限制，且設(shè)計(jì)周期長(zhǎng)，設(shè)計(jì)效率低，勞動(dòng)強(qiáng)度大，已不適應(yīng)現(xiàn)代制造技術(shù)。因此，開(kāi)發(fā)出實(shí)用的計(jì)算機(jī)輔助夾具設(shè)計(jì)系統(tǒng)是解決這一間題的重要方法和手段。計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)可以分為概念設(shè)計(jì)、技術(shù)設(shè)計(jì)和詳細(xì)設(shè)計(jì)三個(gè)階段。概念設(shè)計(jì)是計(jì)算機(jī)輔助夾具設(shè)計(jì)中最關(guān)鍵的一個(gè)環(huán)節(jié),它影響著后續(xù)的技術(shù)設(shè)計(jì)和詳細(xì)設(shè)計(jì),是決定夾具方案優(yōu)劣的重要階段。由于鉆銑削加工切削用量及切削力較大，加工時(shí)易產(chǎn)生振動(dòng)，因此設(shè)計(jì)鉆銑床夾具時(shí)應(yīng)注意：夾緊力要足夠且反行程自鎖；夾具的安裝要準(zhǔn)確可靠，即安裝及加工時(shí)要正確使用定向鍵、對(duì)刀裝置；夾具體要有足夠的剛度和穩(wěn)定性，結(jié)構(gòu)要合理在批量生產(chǎn)泵體蓋時(shí)，多采用流水線(xiàn)式操作，即按工序分配給不同生產(chǎn)車(chē)間來(lái)生產(chǎn)。泵體蓋孔加工專(zhuān)機(jī)及夾具設(shè)計(jì)，就是為加工泵體蓋6-7孔這一工序而設(shè)計(jì)的專(zhuān)用機(jī)床及夾具。由于泵體蓋6-7為均勻分布，因此需要綜合應(yīng)用孔的加工及機(jī)床夾具等方面的知識(shí)。本次設(shè)計(jì)主要包括兩大部分。第一部分為泵體蓋6-7孔鉆削專(zhuān)機(jī)的設(shè)計(jì)，其中包括機(jī)床的基本尺寸的選擇、電機(jī)的選擇、傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和鉆頭的選擇。首先，機(jī)床的基本尺寸主要參考常用機(jī)床的外形尺寸，并根據(jù)6-7孔加工的需要來(lái)確定。其次，泵體蓋材料為鋁合金。因此可根據(jù)鋁合金的切削性能，及鉆削鋁合金時(shí)的切削用量和鉆削速度來(lái)估算出鉆削力、鉆削扭矩和鉆削功率來(lái)，并根據(jù)鉆削功率選擇電動(dòng)機(jī)。然后，根據(jù)所選電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速和切削速度來(lái)確定傳動(dòng)比，并用齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。由于本次設(shè)計(jì)的機(jī)床只為加工6-7孔而設(shè)計(jì)，因此不需變速，一級(jí)傳動(dòng)就能實(shí)現(xiàn)。最后，根據(jù)回油孔的特點(diǎn)，并考慮經(jīng)濟(jì)性來(lái)選擇合適的多孔加工刀具。第二部分為專(zhuān)用夾具的設(shè)計(jì)，其中包括定位方式的選擇、定位誤差的計(jì)算、夾緊方式的確定、夾緊力的確定及夾緊機(jī)構(gòu)的的選擇、導(dǎo)引裝置的確定、夾具體的設(shè)計(jì)和夾具體在機(jī)床上的定位方式。根據(jù)六點(diǎn)定位原理、泵體蓋外形的特點(diǎn)及常用定位元件的種類(lèi)，來(lái)確定夾具體的定位方式。由于零件在加工時(shí)，總會(huì)產(chǎn)生誤差，因此應(yīng)考慮工件的定位誤差。進(jìn)行定位誤差的計(jì)算，以保證定位誤差在零件加工誤差允許的范圍之內(nèi)。若不合適，則應(yīng)選擇更合適的定位方式，以確保零件的加工精度。為了使零件在被加工時(shí)保持位置不變，應(yīng)對(duì)零件在被加工時(shí)所需的加緊力進(jìn)行估算。在此基礎(chǔ)上，綜合考慮零件的定位方式和加工方式，來(lái)設(shè)計(jì)適合的夾緊機(jī)構(gòu)。為保證加工精度，選擇合適的對(duì)刀導(dǎo)引裝置，保證工件相對(duì)于刀具處于正確的位置。綜合以上各方面的設(shè)計(jì)和各個(gè)裝置的相對(duì)位置關(guān)系，可以設(shè)計(jì)出夾具體的結(jié)構(gòu)。并且還要確定夾具體在機(jī)床上的定位方法和定位精度。這樣就完成了夾具的設(shè)計(jì)。由于此次設(shè)計(jì)是根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)加工中的需要來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)的，因此還從經(jīng)濟(jì)性方面分析了此次設(shè)計(jì)的可行性。另外，分析了此次設(shè)計(jì)相對(duì)于一般生產(chǎn)加工情況的優(yōu)點(diǎn)、此次設(shè)計(jì)的不足，和可能改進(jìn)的方法。1 泵體蓋6-7孔加工專(zhuān)機(jī)的設(shè)計(jì)1.1 鉆床的總體設(shè)計(jì)鉆床可用于加工簡(jiǎn)單零件上的孔，也可用于加工外型復(fù)雜、沒(méi)有對(duì)稱(chēng)回轉(zhuǎn)軸線(xiàn)工件上的單個(gè)或一系列圓柱孔，如蓋板、箱體、機(jī)架等零件上的各種用途的孔。鉆床一般用于完成加工尺寸較小、精度要求不太高的孔。通常，鉆頭旋轉(zhuǎn)為主運(yùn)動(dòng)，鉆頭軸向移動(dòng)為進(jìn)給運(yùn)動(dòng)3。鉆床可分為臺(tái)式鉆床、立式鉆床、搖臂鉆床、銑鉆床、深孔鉆床、平端面中心孔鉆床和臥式鉆床。在本次設(shè)計(jì)中，待加工孔為多孔且均勻分布，因此在選擇機(jī)床上有些困難。通常多孔鉆床具有特殊設(shè)計(jì)的主軸，臥式布局。一般為工件旋轉(zhuǎn)，用特制的鉆頭鉆削孔，可完成孔工件鉆、擴(kuò)、鉸、套料等加工。但由于多孔鉆床的特殊性，其比較昂貴，對(duì)于非專(zhuān)業(yè)化深孔加工的廠(chǎng)家，成本過(guò)高，因此不能選用這種形式。所以，應(yīng)由其他鉆床改造成多孔鉆床，這樣可節(jié)省開(kāi)支，并且易于中、小型企業(yè)接受。綜合各種機(jī)床的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和工作方式，決定選用臥式鉆床的結(jié)構(gòu)布置。臥式鉆床的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是主軸旋轉(zhuǎn)中心固定，移動(dòng)工件使加工點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)主軸中心。主軸箱安裝在立柱上，主軸水平布置。立柱有圓柱、方柱，這里選擇圓柱作為主軸。主軸可機(jī)動(dòng)進(jìn)給。由于本次設(shè)計(jì)為鉆孔專(zhuān)機(jī)，只用于加工多孔的工序，簡(jiǎn)單的傳動(dòng)系統(tǒng)就能滿(mǎn)足，不需要變速，因此采用一級(jí)齒輪傳動(dòng)即可，這樣可以直接達(dá)到鉆削所需要的速度。泵體蓋材料為鋁合金，根據(jù)其切削性能及各類(lèi)多孔鉆的尺寸參數(shù)，在相比較下選擇合適的刀具。從而確定進(jìn)給量來(lái)計(jì)算出切削參數(shù)，即加工時(shí)所需的鉆削力、鉆削率和鉆削轉(zhuǎn)矩。通過(guò)這些數(shù)據(jù)，可選擇出適合的電動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力源。同時(shí)，根據(jù)這些切削參數(shù)設(shè)計(jì)計(jì)算出傳動(dòng)系統(tǒng)的參數(shù)。1.2 鉆床刀具的選擇 在多孔加工中，使用鉆頭、內(nèi)排屑深孔鉆雖然具有很多優(yōu)點(diǎn)，但由于需要專(zhuān)用的機(jī)床（或改裝的普通車(chē)床）以及一套輔助設(shè)備，投資較大，多孔加工受到一定的條件限制。麻花鉆具有投資少、見(jiàn)效快、無(wú)需特殊多孔加工裝備等優(yōu)點(diǎn)，是一般多孔加工中行之有效的加工方法。在本次設(shè)計(jì)中，則采用直柄麻花鉆來(lái)完成切削任務(wù)。其主要的尺寸參數(shù)可在表1-1中查詢(xún)。表1-1麻花鉆主要的尺寸參數(shù)Tab.1-1 Twist drill main size parameterd=125=160=200=250=315h8=80=100=150=200=2502.02.53.03.54.04.5注：表示有規(guī)格；麻花鉆全長(zhǎng)；麻花鉆工作部分長(zhǎng)度；d麻花鉆的直徑。 此次多孔加工的孔6-7孔，工作部分長(zhǎng)度滿(mǎn)足此長(zhǎng)度即可，因此可選160的直柄麻花鉆。麻花鉆材料的選擇，參見(jiàn)表1-2。表1-2 麻花鉆的性能級(jí)別4Tab.1-2 Twist drill performance rank項(xiàng)目普通型能級(jí)麻花鉆高性能級(jí)麻花鉆材料工作部分用W6Mo5Gr4V2或同等性能的其他牌號(hào) 普通高速鋼（代號(hào)HHS）制造工作部分用W2Mo9Gr4VCo8或同等性能的其他牌號(hào) 高性能高速鋼（代號(hào)HHSE）制造硬度工作部分硬度780900HV工作部分硬度820950HV制造工藝一般為軋制或銑制一般為全磨制應(yīng)用設(shè)備一般用于普通機(jī)床一般用于數(shù)控機(jī)床、自動(dòng)線(xiàn)其他高性能級(jí)的麻花鉆比普通性能級(jí)麻花鉆在表面粗糙度、切血人對(duì)工作部分軸向斜跳動(dòng)、鉆芯對(duì)稱(chēng)直徑、溝槽分度誤差、直柄直徑公差、錐柄圓錐公差、鉆芯對(duì)工作部分軸線(xiàn)的對(duì)稱(chēng)度、兩刃帶寬度差等方面都要求更高根據(jù)本次加工情況及技術(shù)要求，選擇普通型能級(jí)的麻花鉆即可。1.3 鉆床傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)1.3.1 切削參數(shù)的確定多孔鉆削的功率由最大鉆孔直徑?jīng)Q定（即鉆床的功率），因此應(yīng)根據(jù)深孔鉆削最大參數(shù)進(jìn)行計(jì)算。切削功率的計(jì)算：目前，還沒(méi)有成熟的計(jì)算深孔鉆削功率的經(jīng)驗(yàn)公式，一般可用麻花鉆的功率計(jì)算公式近似計(jì)算。鉆削扭距 （1-1）式中 鉆削扭距，Nm； 鉆孔直徑，mm； 鉆孔進(jìn)給量，mm/r。鉆削軸向力 （1-2） 式中 鉆削軸向力，N。鉆削功率 （1-3）式中 鉆削功率，kW； 鉆孔轉(zhuǎn)速，r/s?？紤]到麻花鉆有橫刃和刀具材料為高速鋼等因素，取計(jì)算值的70作為深孔鉆削功率的近似值。式1-1、1-2、1-3中的和可從表1-3中查詢(xún)。表1-3 在組合機(jī)床上用高速鋼刀具對(duì)鋁、銅件鉆孔時(shí)切削速度和進(jìn)給量5Tab.1-3 In combination with high-speed machine tools, steel cutlery on aluminum、copper pieces bored intoto the cutting speed and volume3 加工孔徑/mm鋁銅鋁鋁合金（長(zhǎng)切削）鋁合金（短切削）黃銅、青銅硬青銅/m/min/mm/r/m/min/mm/r/m/min/mm/r/m/min/mm/r/m/min/mm/r3820500.030.2020500.05 0.2520500.030.1060800.03 0.1025450.050.15根據(jù)表1-3選擇切削速度為 =20 (m/min)進(jìn)給量為 =0.10 (mm/r）則主軸轉(zhuǎn)速： (r/min)式中 主軸轉(zhuǎn)速；切削速度； 工件（或刀具直徑），mm。則根據(jù)式1-1、1-2、1-3得： Nm N kW取計(jì)算結(jié)果的70，可得鉆削的近似功率為1.022kW。1.3.2 電動(dòng)機(jī)的選擇一般用于驅(qū)動(dòng)金屬切削機(jī)床的電動(dòng)機(jī)為異步電動(dòng)機(jī)。其中，低壓電動(dòng)機(jī)中的Y系列三相異步電動(dòng)機(jī)尤為合適。Y系列三相異步電動(dòng)機(jī)具有效率高，節(jié)能，堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩高，噪聲低，振動(dòng)小，運(yùn)行安全可靠的特點(diǎn)，作為一般用途的電動(dòng)機(jī)，適用于驅(qū)動(dòng)無(wú)特殊性能要求的各種機(jī)械設(shè)備，如金屬切削機(jī)床、鼓風(fēng)機(jī)、水泵等6。鉆削功率近似為1.022kW，則電動(dòng)機(jī)功率為： (1-4)式中 機(jī)床總機(jī)械效率，對(duì)于主運(yùn)動(dòng)為回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的機(jī)床，=0.70.85；鉆削功率，kW。在進(jìn)行鉆削時(shí)，進(jìn)給功率及小，可忽略不計(jì)，因此可直接根據(jù)計(jì)算出的電動(dòng)機(jī)的功率選擇電動(dòng)機(jī)。則可選擇機(jī)座號(hào)為90S，功率為1.5kW，同步轉(zhuǎn)速為3000r/min的電動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力。1.3.3 齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)及計(jì)算根據(jù)切削速度和電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速可得傳動(dòng)比：則齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算如下：1) 選擇齒輪材料齒輪最常用的材料是鍛鋼，其次是鑄鋼和鑄鐵，有時(shí)也采用非金屬材料。2)齒輪尺寸確定及強(qiáng)度計(jì)算a 選擇齒輪材料查表得：小齒輪選用調(diào)質(zhì) HBS=245275HBS大齒輪選用正火 HBS=210240HBSb 按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)算 確定齒輪傳動(dòng)精度等級(jí)：按 (1-5)估取圓周速度，得：，參考表選取公差組8級(jí)。小齒輪分度圓直徑 (1-6)齒寬系數(shù)查表得按齒輪相對(duì)軸承為非對(duì)銷(xiāo)布置：取=0.8小齒輪齒數(shù)在推薦值2040中選 =26大齒輪齒數(shù) 圓整取55;齒數(shù)比 ;傳動(dòng)比誤差 誤差在范圍內(nèi)合適。小輪轉(zhuǎn)矩 Nmm;載荷系數(shù)K (1-7) 使用系數(shù)查表得 =1動(dòng)載荷系數(shù)查相關(guān)圖得初值 =1.1齒向載荷分布系數(shù)查相關(guān)圖得 =1.07齒間載荷分配系數(shù)由=0得 (1-8)則載荷系數(shù)K的初值 彈性系數(shù)查表得 節(jié)點(diǎn)影響系數(shù)查相關(guān)圖及=0,查相關(guān)圖(=0, =0)得=2.5重合度系數(shù)查相關(guān)圖（）得 =0.88許用接觸應(yīng)力 = (1-9)接觸疲勞極限應(yīng)力,查相關(guān)圖得=570 N/mm2=460 N/mm2應(yīng)力循環(huán)次數(shù)、=60nj= =由查相關(guān)圖得接觸強(qiáng)度的壽命系數(shù)、（不允許有點(diǎn)蝕）=1硬化系數(shù)查相關(guān)圖得 =1接觸強(qiáng)度安全系數(shù)查表得，按一般可靠度查取=1.1,故根據(jù)式(2-6)的設(shè)計(jì)初值為得： 37.52mm齒輪模數(shù)m m=1.44mm查表得 m=1.5mm；小輪分度圓直徑的圓整值 mm；圓周速度 m/s； 與估取 很相近,對(duì)取值影響不大,不必修正；,；小輪分度圓直徑 mm；大輪分度圓直徑 mm；中心距 mm；齒寬 mm；大輪齒寬 ；小輪齒寬 ；3) 齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核計(jì)算；齒形系數(shù)查相關(guān)圖得 小輪 =2.60 大輪 =2.30； 應(yīng)力修正系數(shù)查相關(guān)圖得 小輪 =1.60 大輪 =1.72；重合度系數(shù) ；許用彎曲應(yīng)力 N/mm2；彎曲疲勞極限查相關(guān)圖得 =460，=390；彎曲壽命系數(shù)查相關(guān)圖得 =1；尺寸系數(shù)查相關(guān)圖得 =1；安全系數(shù)查表得 =1.3；則 N/mm2； N/mm2；故 ；可得結(jié)論:齒根彎曲強(qiáng)度足夠。4) 齒輪其它尺寸計(jì)算分度圓直徑 ； =39,=82.5； 齒項(xiàng)高 ； =1.5；齒根高 ； =1.875；齒全高 ； =4.875；齒頂圓直徑 ； =42 , =85.5；齒根圓直徑 ； =36, =79.5；基圓直徑 ； =36.65,=77.52；齒距 ； =4.71；齒厚 ； =2.355；齒槽寬 ； =2.355；基圓齒距 ； =4.426；法向齒距 ； =4.426；頂隙 ； =0.375；分度圓壓力角 7。1.3.4 軸的設(shè)計(jì)及強(qiáng)度校核1) 軸的材料的選擇軸的材料種類(lèi)很多，要根據(jù)強(qiáng)度、剛度核耐磨性等要求，選擇材料種類(lèi)及熱處理方式，軸的常用材料是碳素鋼和合金鋼。碳素鋼價(jià)格較低，對(duì)應(yīng)力集中敏感性小，通常使用中碳鋼，最常用的是45號(hào)鋼，不太重要或受力小的軸可以使用Q235等鋼材。合金鋼比碳素鋼具有更高的機(jī)械強(qiáng)度和優(yōu)良的熱處理性能，但對(duì)應(yīng)力集中比較敏感，對(duì)于受力較大又要減小軸的尺寸和重量，或者需要提高軸頸的耐磨性，或者在高溫、腐蝕等條件下工作的軸，可以采用合金鋼。在低于200的工作溫度下，合金鋼和碳素鋼的彈性模量相差不大，因此，使用合金鋼代替碳素鋼并不能提高軸的剛度。球墨鑄鐵和高強(qiáng)度鑄鐵適合于制造形狀復(fù)雜的軸（如曲軸、凸輪軸等），它具有良好的吸振性和耐磨性，對(duì)應(yīng)力集中不敏感，但是鑄造質(zhì)量不易控制。小直徑的軸可以使用軋制圓鋼，大直徑或直徑變化較大的階梯軸需要使用鍛件，形狀復(fù)雜的軸通常采用鑄造方式制造。根據(jù)軸的常用材料及主要機(jī)械性能，選擇45正火為軸的材料。2) 軸的設(shè)計(jì)及計(jì)算對(duì)于僅傳遞扭矩或主要裝的扭矩的傳動(dòng)軸，應(yīng)按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度計(jì)算 。對(duì)于既受彎矩又受扭矩的轉(zhuǎn)軸，可以通過(guò)降低許用剪應(yīng)力的方法考慮彎矩的影響，用扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度估算轉(zhuǎn)軸的最小直徑，然后進(jìn)行軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)計(jì)算公式為 (1-10)式中 軸的直徑，mm； 考慮了彎矩影響的設(shè)計(jì)系數(shù)； 軸傳遞的功率，kW； 軸的轉(zhuǎn)速，r/min。本節(jié)設(shè)計(jì)機(jī)床的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，下面對(duì)齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)中的高速軸進(jìn)行強(qiáng)度校核。 a 求輸出軸上的轉(zhuǎn)矩 Nmmb 求作用在齒輪上的力輸出軸上的小齒輪的分度圓直徑為 mm圓周力、徑向力、和軸向力的大小如下，方向如圖1-1所示。圖1-1 軸的受力分析圖Fig.1-1 Axis stress analysis chart由此可得： N N N式中 壓力角；螺旋角，因是直齒圓柱齒輪，因此0。c 確定軸的最小直徑選取軸的材料為45鋼，正火處理。按式1-10初估軸的最小直徑，查表取A115，可得： mm圖1-2 軸的結(jié)構(gòu)圖Fig.1-2 Structure drawing of axis 由于主軸內(nèi)部為中空，所以軸段（見(jiàn)圖1-2）用于安裝聯(lián)軸器，其直徑應(yīng)該與聯(lián)軸器的孔徑相配合，因此要先選用聯(lián)軸器。聯(lián)軸器的計(jì)算轉(zhuǎn)矩，根據(jù)工作情況選取1.5，則1.510120.615180.9。根據(jù)工作要求選用十字軸式萬(wàn)向聯(lián)軸器，型號(hào)為WSD2，許用轉(zhuǎn)矩T22400。與輸出軸聯(lián)接的半聯(lián)軸器孔徑34mm，因此取軸段的直徑34mm。聯(lián)軸器輪轂總寬度L74mm（J1形軸孔），與軸配合的轂孔長(zhǎng)度L62mm。d 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1) 擬定軸上零件的裝配方案裝配方案見(jiàn)鉆床的裝配總圖。2) 按軸向定位要求確定各軸段直徑和長(zhǎng)度具體結(jié)構(gòu)見(jiàn)頭架主軸圖， 3）軸上零件的周向定位半聯(lián)軸器與軸的周向定位采用A型普通平鍵聯(lián)接，按d1=34mm，從手冊(cè)中查得平鍵截面尺寸bh=66,根據(jù)輪轂寬度，由鍵長(zhǎng)系列中選取鍵長(zhǎng)L=38mm，半聯(lián)軸器與軸的配合為H7/k6。齒輪與軸的周向定位采用A型普通平鍵聯(lián)接，平鍵的尺寸為bhL=8838.為了保證齒輪與軸具有良好的對(duì)中性，取齒輪與軸的配合為H7/r6。滾動(dòng)軸承與軸的周向定位采用過(guò)渡配合保證的，因此軸段直徑尺寸公差取為m6。4）確定軸上圓角和倒角尺寸各軸肩處的圓角半徑見(jiàn)圖2-1，軸端倒角取145。5) 軸的強(qiáng)度校核a 求軸的載荷在進(jìn)行軸校核時(shí)按軸是實(shí)心進(jìn)行校核，因此軸的尺寸相應(yīng)減少首先根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)圖作出軸的計(jì)算簡(jiǎn)圖（見(jiàn)圖1-3）。在確定軸承的支撐點(diǎn)位置時(shí)，從手冊(cè)中查取a值。對(duì)于61803型深溝球軸承，因此軸的支承跨距L=65+65=130mm。根據(jù)軸的計(jì)算簡(jiǎn)圖作為軸的彎矩圖、扭矩圖和當(dāng)量彎矩圖。從軸的結(jié)構(gòu)圖和當(dāng)量彎矩圖中可以看出，C截面的當(dāng)量彎矩最大，是軸的危險(xiǎn)截面。C截面處的、及的數(shù)值如下。支反力 水平面 =209 ，=209 N 垂直面 =197 , =-76 N彎矩和 水平面 =5538.5 Nmm 垂直面 =3206.5 Nmm圖1-3 軸的計(jì)算簡(jiǎn)圖Fig.1-3 Computation diagram of axis 合成彎矩=6399.7 Nmm扭矩 =10120.6 當(dāng)量彎矩=10119.9 Nmmb 校核軸的強(qiáng)度軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理。由表查得=650，則=0.090.1，即5865,取=60，軸的計(jì)算應(yīng)力為=17.368820234-0.5-1-2 =5，因此得：=2, =0.55) 補(bǔ)償距離 (mm) (2-2)式中 夾具圓柱銷(xiāo)與其相配合的工件定位孔間的最小間隙(mm)圓柱銷(xiāo)的尺寸為，根據(jù)GB180179知該即尺寸為5-0.006 -0.0017。由此可得 (mm)則 (mm)6) 菱形銷(xiāo)圓弧部分與其相配合的工件定位孔間的最小間隙 (mm)式中 與菱形銷(xiāo)相配合的工件定位孔的最小直徑(mm)7) 菱形銷(xiāo)最大直徑 (mm)公差選取h58) 兩定位銷(xiāo)所產(chǎn)生的最大角度定位誤差式中 夾具圓柱銷(xiāo)與其配合的工件定位孔間的最大間隙；夾具菱形削與其配合的工件定位孔間的最大間隙應(yīng)保證；則 由于待加工孔未對(duì)其形位公差，因此允許些許偏差。2.3 泵體蓋在夾具中的夾緊工件在夾具中的裝夾是由定位和夾緊這兩個(gè)過(guò)程緊密聯(lián)系在一起的。僅僅定位好，在大多數(shù)場(chǎng)合下，還無(wú)法進(jìn)行加工。只有進(jìn)而在夾具上設(shè)置相應(yīng)的夾緊裝置對(duì)工件實(shí)行夾緊，才能完成工件在夾具中裝夾的全部任務(wù)。夾緊裝置的基本任務(wù)就是保持工件在定位中所獲得的既定位置，以便在切削力、重力、慣性力等外力作用下，不發(fā)生移動(dòng)和振動(dòng)，確保加工質(zhì)量和生產(chǎn)安全。有時(shí)工件的定位是在夾緊過(guò)程中實(shí)現(xiàn)的，正確的夾緊還能糾正工件定位的不正確位置。2.3.1 夾緊裝置的組成一般夾緊裝置由下面兩個(gè)基本部分組成。1) 動(dòng)力源 即產(chǎn)生原始作用力的部分。如果用人的體力對(duì)工件進(jìn)行夾緊，稱(chēng)為手動(dòng)夾緊；如果用氣動(dòng)、液壓、氣液聯(lián)合、電動(dòng)以及機(jī)床的運(yùn)動(dòng)等動(dòng)力裝置來(lái)代替人力進(jìn)行夾緊，則稱(chēng)為機(jī)動(dòng)夾緊。2) 夾緊機(jī)構(gòu)即接受和傳遞原始作用力，使之變?yōu)閵A緊力，并執(zhí)行夾緊任務(wù)的部分。它包括中間遞力機(jī)構(gòu)和夾緊元件。中間遞力機(jī)構(gòu)把來(lái)自人力或動(dòng)力裝置的力傳遞給夾緊元件，再由夾緊元件直接與工件接觸，最終完成夾緊任務(wù)。根據(jù)動(dòng)力源的不同和工件夾緊的實(shí)際需要，一般中間遞力機(jī)構(gòu)在傳遞夾緊力的過(guò)程中，可以起到以下作用：a 改變作用力的方向；b 改變作用力的大?。籧 具有一定的自鎖性能，以保證夾緊可靠，在手動(dòng)夾緊時(shí)尤為重要。本次設(shè)計(jì)采用手動(dòng)夾緊方式。2.3.2 夾緊力的確定1) 夾緊力的方向夾緊力應(yīng)垂直于主要定位基準(zhǔn)面11。為使夾緊力有助于定位，則工件應(yīng)緊靠支撐點(diǎn)，并保證各個(gè)定位基準(zhǔn)與定位元件接觸可靠。一般地講，工件的主要定位基準(zhǔn)面其面積較大、精度較高，限制的不定度多，夾緊力垂直作用于此面上，有利于保證工件的加工質(zhì)量。夾緊力的方向應(yīng)有利于減小夾緊力。圖2-4所示為工件安裝時(shí)的重力、切削力和夾緊力之間的相互關(guān)系。其中圖(a)最好，圖(d)最差。圖2-4 夾緊力與切削力、重力的關(guān)系Fig.2-4 Clamps the strength and the cutting force、the gravity relations圖（a） 圖（b） 圖（c） 圖（d） 圖（e） 下面分析三力互相垂直的情況下，切削力與夾緊力間的比例關(guān)系。圖2-5為在臥式銑床上銑一用臺(tái)鉗夾緊的工件。圖2-5 銑削時(shí)Fr、W、G間的關(guān)系Fig.2-5 The relations of Fr、W、G When milling當(dāng)重量G很小而可以忽略不計(jì)時(shí)，只考慮夾緊力W與切削力的平衡，按靜力平衡條件=W+W (2-3) (2-4)式中 工件的定位基準(zhǔn)與夾具定位元件工作表面間的摩擦系數(shù)，0.150.25;工件的夾壓表面與夾緊元件間的摩擦系數(shù)，0.150.25;因此 (2-5) 可見(jiàn)在依靠摩擦力克服切削力的情況下，所需要的夾緊力是很大的。在夾緊力工件時(shí)各種不同接觸面之間的摩擦系數(shù)可見(jiàn)表。表3-2 各種不同接觸表面之間的摩擦系數(shù)Tab.3-2 Between each kind of different faying surface friction coefficient 接觸表面的形式摩擦系數(shù)接觸表面均為加工過(guò)的光滑表面0.150.25工件表面為毛坯，夾具的支承面為球面0.20.3夾具定位或夾緊元件的淬硬表面在沿主切削力方向有齒紋0.3夾具定位或夾緊元件的淬硬表面在垂直于主切削力的方向有齒紋0.4夾具定位或夾緊元件的淬硬表面有相互垂直齒紋0.40.5夾具定位或夾緊元件的淬硬表面有網(wǎng)狀齒紋0.70.8為了減小夾緊力，可以在正對(duì)切削力F的作用方向，設(shè)置一支承元件（圖2-6中之T）。這種支承不用作定位，而是用來(lái)防止工件在加工中移動(dòng)。圖2-6 承受切削力支承Tab.2-6 Bear cutting force supports如圖2-5所示，當(dāng)圓柱銑刀切入全深時(shí)，作用于工件上的切削分力、的合力有使工件平移抬起的趨勢(shì)。為此可用圖2-6所示之壓塊，使夾緊力一力兩用。在鉆床上對(duì)工件鉆孔時(shí)，為了減小夾緊力，應(yīng)力求使主要定位基準(zhǔn)面處于水平位置，使夾緊力、重力和切削力同向，都垂直作用在主要定位基準(zhǔn)面上。見(jiàn)圖2-7(a)所示。反之，當(dāng)夾緊力與切削力及工件重力方向相反時(shí)，所需的夾緊力很大，W=F+G。例如在殼體凸緣上鉆孔時(shí)，由于殼體較高，工件只能倒裝。這種安裝方式在圖2-7(b)中的F和G均有使夾緊機(jī)構(gòu)脫開(kāi)的趨勢(shì)，因此需要施加較大的夾緊力W。圖2-7 鉆削時(shí)W、F、G間的關(guān)系Fig.2-7 The relations of W, F, G when Drills truncates 2) 夾緊力的作用點(diǎn)夾緊力的作用點(diǎn)是指夾緊元件與工件相接觸的一小塊面積。選擇作用點(diǎn)的問(wèn)題是在夾緊力方向已定的情況下才提出來(lái)的。選擇夾緊力作用點(diǎn)位置和數(shù)目時(shí)，應(yīng)考慮工件定位可靠，防止夾緊變形，確保工序的加工精度。a 夾緊力的作用點(diǎn)應(yīng)能保持工件定位穩(wěn)定，而不致引起工件發(fā)生位移和偏轉(zhuǎn)。當(dāng)夾緊力雖然朝向主要定位基面，但作用點(diǎn)卻在支承范圍以外時(shí)，夾緊力與支反力構(gòu)成力矩，夾緊時(shí)工件將發(fā)生偏轉(zhuǎn)，使定位基面與支承元件脫離，以至破壞原有定位。應(yīng)使夾緊力作用在穩(wěn)定區(qū)域內(nèi)。b 夾緊力的作用點(diǎn)，應(yīng)使被夾緊工件的夾緊變形盡可能小。對(duì)于箱體、殼體、桿叉類(lèi)工件，要特別注意選擇力的作用點(diǎn)問(wèn)題。在使用夾具時(shí)，為盡量減少工件的夾緊變形，可采用增大工件受力面積的措施。采用具有較大弧面的夾爪來(lái)防止薄壁套筒變形；可在壓板下增加墊圈，使夾緊力均勻地作用在薄壁夾緊力的大小必須適當(dāng)。當(dāng)夾緊力過(guò)小，工件可能在加工過(guò)程中移動(dòng)而破壞定位，不僅影響質(zhì)量，還能造成事故；夾緊力過(guò)大，不但會(huì)使工件和夾具產(chǎn)生變形，對(duì)加工質(zhì)量不利，而且造成人力、物力的浪費(fèi)。計(jì)算夾緊力，通常將夾具和工件看成一個(gè)剛性系統(tǒng)以簡(jiǎn)化計(jì)算。然后根據(jù)工件受切削力、夾緊力（大工件還應(yīng)考慮重力，高速運(yùn)動(dòng)的工件還應(yīng)考慮慣性力等）后處于靜力平衡條件，計(jì)算出理論夾緊力，再乘以安全系數(shù)，作為實(shí)際所需的夾緊力，即 (2-6) 式中 實(shí)際所需要的夾緊力 (N)； 按力平衡條件計(jì)算之夾緊力 (N)； 安全系數(shù)，根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，一般取1.53。用于粗加工時(shí)，取2.53；用于精加工時(shí)，取1.52。夾緊工件所需夾緊力的大小，除與切削力的大小有關(guān)外，還與切削力對(duì)定位支撐的作用方向有關(guān)。2.3.3 夾緊機(jī)構(gòu)的選擇及設(shè)計(jì)從前面提到的夾緊裝置組成中可以看出，不論采用何種力源（手動(dòng)或機(jī)動(dòng)）形式，一切外加的作用力要轉(zhuǎn)化為夾緊力均需通過(guò)夾緊機(jī)構(gòu)。因此，夾緊機(jī)構(gòu)是夾緊裝置中的一個(gè)很重要的組成部分。夾緊機(jī)構(gòu)可分為斜楔夾緊機(jī)構(gòu)、螺旋夾緊機(jī)構(gòu)、偏心夾緊機(jī)構(gòu)、定心對(duì)中夾緊機(jī)構(gòu)等。斜楔夾緊機(jī)構(gòu)中最基本的形式之一，螺旋夾緊機(jī)構(gòu) 、偏心夾緊機(jī)構(gòu)及定心對(duì)中夾緊機(jī)構(gòu)等都是斜楔夾緊機(jī)構(gòu)的變型。斜楔夾緊機(jī)構(gòu)主要是利用其斜楔面移動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的壓力來(lái)夾緊工件的，亦即一般所謂的楔緊作用。斜楔的斜度一般為1:10，其斜度的大小主要是根據(jù)滿(mǎn)足斜楔的自鎖條件來(lái)確定。一般對(duì)夾具的夾緊機(jī)構(gòu)，都要求具有自鎖性能。所謂自鎖，也就是當(dāng)外加的作用力Q一旦消失或撤除后，夾緊機(jī)構(gòu)在純摩擦力的作用下，仍應(yīng)保持其處于夾緊狀態(tài)而不松開(kāi)。螺旋夾緊機(jī)構(gòu)中所用的螺旋，實(shí)際上相當(dāng)于把斜楔繞在圓柱體上因它的夾緊作用原理與斜楔時(shí)一樣的。不過(guò)這里是通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)螺旋，使繞在圓柱體上的斜楔高度發(fā)生變化來(lái)夾緊工件的。本次工件夾緊便采用螺旋夾緊機(jī)構(gòu)1) 夾緊形式所需夾緊力的計(jì)算圖2-8 工件的受力分析Fig.2-8 Work piece stress analysis (2-7)式中 夾緊元件與工件間的摩擦因數(shù) 工件與夾具支撐面間的摩擦因數(shù) 根據(jù)式(2-1)可得： N再由表(2-2)及式(2-5)可得： N2) 螺旋夾緊機(jī)構(gòu)所需作用力的計(jì)算圖2-9 夾緊力作用簡(jiǎn)圖Fig.2-9 Clamps the action of force diagram根據(jù)圖3-9可計(jì)算所需作用力(Nm) (2-8)式中 應(yīng)在螺旋夾緊機(jī)構(gòu)上的夾緊轉(zhuǎn)矩 (Nm)；單個(gè)螺旋夾緊產(chǎn)生的夾緊力 (N)；螺桿端部與工件間的當(dāng)量摩擦半徑（mm），其值視螺桿端部的結(jié)構(gòu)形式而定；作用力臂；螺桿端部與工件間摩擦角（）；螺紋升角，()；螺紋中徑之半（mm）；螺旋副的當(dāng)量摩擦角()，式中為螺旋副的摩擦角()，為螺紋牙型半角()。為計(jì)算方便，令，則當(dāng)采用公制螺紋夾緊機(jī)構(gòu)時(shí)，各種不同夾緊情況的K值可在K的數(shù)值表中查詢(xún)。2.4 導(dǎo)向元件的設(shè)計(jì)導(dǎo)向元件主要使用來(lái)確定刀具與工件的相對(duì)位置，加工時(shí)起刀正確引導(dǎo)刀具的作用。另外，它還可作定位元件使用。這類(lèi)元件包括各種鉆模板、鉆套、鉸套和導(dǎo)向支承等。2.4.1 鉆模板的類(lèi)型與選擇鉆模板是組裝鉆床夾具不可缺少的重要元件，鉆床夾具在組合夾具中所占數(shù)量最多，因此鉆模板的結(jié)構(gòu)形式有22類(lèi)，尺寸規(guī)格有92種之多。在組裝鉆床夾具時(shí)，要根據(jù)孔的直徑和位置來(lái)選擇相應(yīng)孔徑和外形尺寸的鉆模板。鉆模板孔徑大小要與標(biāo)準(zhǔn)的鉆套外徑一致，因此鉆模板孔徑大小與被加工孔徑大小有關(guān)。選用時(shí)可參見(jiàn)表2-3。表2-3 鉆模板孔徑選擇表Tab.2-3 Drills the template aperture choice table被加工孔直徑鉆模板孔徑34.53881414202028283838488121826354558按鉆模板底面分，有帶定位槽和不帶定位槽的兩種。前者可利用定位鍵直接在支承元件導(dǎo)向，以調(diào)整其適宜位置，而后者則需與專(zhuān)用的導(dǎo)向支承元件相配合使用。大多數(shù)鉆模板的鉆套定位孔偏于一端，組裝成懸臂式鉆模。這種鉆模多用于較小孔徑的加工。對(duì)于定位孔在中間的叫中孔鉆模板，它適用于鉆削大孔用，或用支撐元件組裝成橋式鉆模夾具以增加其剛性。立式鉆模板適用于加工孔間距小的工件，由于鉆模厚度加大，使其剛度增強(qiáng)，可使鉆模板增大其懸伸長(zhǎng)度，或使相鄰鉆模板之間相互靠近。2.4.2 鉆套的選擇與設(shè)計(jì)夾具在機(jī)床上安裝完畢，在進(jìn)行加工之前，尚需進(jìn)行夾具的對(duì)刀，使刀具相對(duì)夾具定位元件處于正確位置12。在鉆床夾具中，通常用鉆套實(shí)現(xiàn)刀具的對(duì)準(zhǔn)，如圖3-9所示，加工中只要鉆頭對(duì)準(zhǔn)鉆套，所鉆孔的位置就能達(dá)到工序要求