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湛江海洋大學 本科生畢業(yè)論文 設計 書 題目 普通鉆床改造為多軸鉆床 中英文 ORDINARY DRILL ASSEMBLED A MULTIPLE DRILL 作者姓名 梁顯垣 所在專業(yè) 機械設計制造及其自動化 所在班級 2000 機制 3 班 申請學位 學士學位 指導教師 劉杰華 招惠玲 陳敏華 職稱 教授 答辯時間 2004 年 6 月 9 日 畢業(yè)論文 設計 任務書 論文 設計 題 目 普通鉆床改造為多軸鉆床 ORDINARY DRILL ASSEMBLED A MULTIPLE DRILL 工 院 系 機械設計制造及其自動化 專業(yè) 2000 級 學生姓名 梁顯垣 指導教師 劉杰華 招惠玲 陳敏華 職稱 教授 起訖日期 2004 年 3 月 21 6 月 1 日 地 點 湛江海洋大學 發(fā)任務書日期 2004 年 3 月 21 日 畢業(yè)論文 設計 任務的內(nèi)容和要求 包括原始數(shù)據(jù) 技術(shù)要求 工作要求 概述 在一批鑄鐵零件上分別加工 4 孔 在普通立式鉆床上進行孔加工 7 通常是一個孔一個孔的鉆削 生 產(chǎn)效率低 用非 標設備 即 組合機床加工 生產(chǎn)效率 高 但設備 投資大 如果把普通話立式單軸鉆床改造成立式多軸鉆床 就可以同 時完 成多個孔的鉆削 生產(chǎn)效率高 投資少 生產(chǎn)準備周期短 產(chǎn)品改型時設備損失小 本設計的主要要求是 多軸箱拆裝組合靈活 方便 快速 重量輕 本設計的主要內(nèi)容是 1 多軸箱齒輪傳動方案設計 2 多軸箱內(nèi)齒輪設計 3 多軸箱內(nèi)軸結(jié)構(gòu)設計 4 多 軸箱導向裝置設計 5 設計說明書 6 Pro E 實體 本設計的原始參數(shù)是 1 工件尺寸為 2 工件硬度 高寬長 51204 3 4 尺寸精度為 HBS207 7 3IT 圖紙內(nèi)容及張數(shù) 1 多軸箱傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)裝配圖 1 張 2 傳動軸零件圖 若干張 3 多軸箱箱體零件圖 1 張 4 齒輪零件圖 1 張 5 中間板零件圖 1 張 實物內(nèi)容及要求 1 多軸箱傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設計示意圖 Pre E 1 張 參考文獻 1 王先逵主編 機械加工工藝設計實用手冊 第二冊 北京 機械工業(yè)出版社 1998 2 李益民主編 機械制造工藝設計簡明手冊 湛江海洋大學印 2003 3 大連組合機床研究所主編 組合機床設計 第一冊 機械部分 北京 機械工業(yè) 出版社 1978 4 濮良貴 紀名剛編 機械設計 第七版 北京 高等教育出版社 2002 5 劉鴻文主編 材料力學 第三版上冊 北京 高等教育出版社 2001 6 李洪主編 實用機床設計手冊 北京 遼寧科學技術(shù)出版社 1999 7 馮炳堯 韓泰榮 蔣文森編 模具設計與制造簡明手冊 第二版 上海 上海 科學技術(shù)出版社 2000 畢業(yè)論文 設計 進度計劃 起訖日期 工 作 內(nèi) 容 備注 第 6 周 第 7 8 周 第 9 14 周 第 15 16 周 第 17 周 了解課題 熟悉相關(guān)資料 仔細閱讀有關(guān)書籍 到圖書館查閱有關(guān)資料 完成設計方案的確定 初步計算 元件的 選 取工作 完成有關(guān)計算 進行多軸箱部裝配圖 各非 標準零件力 實體等和設計 完成外文翻譯 整理資料 編寫設計計算說 明書 參加畢業(yè)答辯 圖書館 宿舍 宿舍 宿舍 答辯室 畢業(yè)論文 設計 答辯提問錄 學生姓名 學號 所在學院 專業(yè) 答辯日期 答辯時間 答辯組所提問題及學生解答情況 簡述 答辯小組組長 簽名 年 月 日 畢業(yè)論文 設計 成績評定 指導教師評語 指導教師 簽名 年 月 日 答辯小組評語 答辯小組組長 簽名 年 月 日 畢業(yè)論文 設計 成績 系主任 簽名 年 月 日 審批單位 蓋章 年 月 日 普通鉆床改造為多軸鉆床 1 目 錄 目錄 1 中文摘要 2 ABSTRACT 2 第 1 章 緒綸 3 1 1 多 軸 加 工 應 3 1 2 多 軸 加 工 的 設 備 4 1 3 多 軸 加 工 的 趨 勢 5 第 2 章 普 通 鉆 床 改 為 多 軸 鉆 床 6 2 1 生 產(chǎn) 任 務 6 2 2 普通立式鉆的選型 6 第 3 章 多 軸 齒 輪 傳 動 箱 的 設 計 7 3 1 設 計 前 的 準 備 7 普通鉆床改造為多軸鉆床 2 第 4 章 多 軸 箱 的 結(jié) 構(gòu) 設 計 與 零 部 件 圖 的 繪 制 14 4 1 箱 蓋 箱 體 和 中 間 板 結(jié) 構(gòu) 14 4 2 多 軸 箱 軸 的 設 計 14 4 3 軸 坐 標 計 算 30 第 5 章 導 向 裝 置 的 設 計 31 第 6 章 接 桿 刀 具 31 外 文 文 獻 31 總 結(jié) 36 鳴 謝 37 參 考 文 獻 37 中文摘要 本設計是關(guān)于普通鉆床改造為多軸鉆床的設計 普通鉆床為單軸機床 但安裝上多軸箱就會 成為多軸的鉆床 改造成多軸鉆床后 能大大地縮短加工時間 提高生產(chǎn)效率 因此本設計的 重點是多軸箱的設計 設計內(nèi)容包括齒輪分布與選用 軸的設計 多軸箱的選用 導向裝置設 計等 關(guān)鍵詞 多軸鉆床 生產(chǎn)效率 多軸箱 Abstract The design is about reconstructing the ordinary drill to a multiple drill The ordinary drill is a single drill 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 普通鉆床改造為多軸鉆床 3 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 multiple drill productive efficiency multiple spindle heads 普通鉆床該為多軸鉆床 第 1 章 緒論 1 1 多軸加工應用 據(jù)統(tǒng)計 一般在車間中普通機床的平均切削時間很少超過全部工作時間的 15 其余時間 是看圖 裝卸工件 調(diào)換刀具 操作機床 測量 以及清除鐵屑等等 使用數(shù)控機床雖然能提 高 85 但購置費用大 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 機床低 故必須更多地縮短加工時間 不同的加工方法有不同的特點 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 普通鉆床改造為多軸鉆床 4 1 1 1 多軸加工優(yōu)勢 雖然不可調(diào)式多軸頭在自動線中早有應用 但只局限于大批量生產(chǎn) 即使采用可調(diào)式多軸 頭擴大了使用范圍 仍然遠不能滿足批量小 孔型復雜的要求 尤其隨著工業(yè)的發(fā)展 大型復 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 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 另外還要劃線工時 151 1 小時 但若 以數(shù)控八軸落地鉆床加工 鉆锪孔只要 171 6 小時 劃線也簡單 只要 1 9 小時 因此 利用數(shù) 控控制的二個坐標軸 使刀具正確地對準加工位置 結(jié)合多軸加工不但可以擴大加工范圍 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 30 種箱形與桿形零件的 2000 多個鉆孔操作中 有 40 可以在自動更換主軸箱機 床中用二軸 三軸或四軸多軸頭加工 平均可減少 20 的加工時間 1975 年法國巴黎機床展覽 會也反映了多軸加工的使用愈來愈多這一趨勢 1 2 多軸加工的設備 多軸加工是在一次進給中同時加工許多孔或同時在許多相同或不同工件上各加工一個孔 這不僅縮短切削時間 提高精度 減少裝夾或定位時間 并且在數(shù)控機床中不必計算坐標 減 少字塊數(shù)而簡化編程 它可以采用以下一些設備進行加工 立鉆或搖臂鉆上裝多軸頭 多軸鉆 床 多軸組合機床心及自動更換主軸箱機床 甚至可以通過二個能自動調(diào)節(jié)軸距的主軸或多軸 箱 結(jié) 合數(shù)控工作臺縱橫二個方向的運動 加工各種圓形或橢圓形孔組的一個或幾個工序 現(xiàn)在就這 方面的現(xiàn)狀作一簡介 1 2 1 多軸頭 從傳動方式來說主要有齒輪傳動與萬向聯(lián)軸節(jié)傳動二種 這是大家所熟悉的 前者效率較 高 結(jié)構(gòu)簡單 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 前者軸距 不能改 變 多采用齒輪傳動 僅適用于大批量生產(chǎn) 為了擴大其贊許適應性 發(fā)展了可調(diào)式多軸頭 在一定范圍內(nèi)可調(diào)整軸距 它主要裝在有萬向 二種 1 萬向軸式也有二種 具有對準裝置的 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 并能在對準的位置以螺栓 固定 2 具有公差的圓柱形主軸套 主軸套固定在與式件孔型相同的模板中 前一種適用于 批量小且孔組是規(guī)則分布的工件 如孔組分布在不同直徑的圓周上 后一種適用于批量較大式 中小批量的輪番生產(chǎn)中 剛性較好 孔距精度亦高 但不同孔型需要不同的模板 多軸頭可以裝在立鉆式搖臂鉆床上 按鉆床本身所具有的各種功能進行工作 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 1 2 2 多軸箱 普通鉆床改造為多軸鉆床 5 也象多軸頭那樣作為標準部件生產(chǎn) 美國 Secto 公司標準齒輪箱 多軸箱等設計的不可調(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 60 根 動力 達 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 1 工件裝夾簡單 有足夠的冷卻液沖走鐵屑 2 夾 具剛性好 加工時不形變 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 從而縮短換刀停機時間 4 使用優(yōu)質(zhì)刀具 監(jiān)視刀具是否變鈍 鉆頭要機磨 5 尺寸超差時能立即發(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 諸如導向 功率 進給 轉(zhuǎn)速與加工范圍等 巴黎 展覽會中展出的多軸鉆床多具液壓進給 其整個工作循壞如快進 工進與清除鐵屑等都是自動 進行 值得注意的是 多數(shù)具有單獨的變速機構(gòu) 這樣可以適應某一組孔中不同孔徑的加工需 要 1 2 4 自動更換主軸箱機床 為了中小批量生產(chǎn)合理化的需要 最近幾年發(fā)展了自動更換主軸箱組合機床 1 自動更換主軸機床 自動更換主軸機床頂部是回轉(zhuǎn)式主軸箱庫 掛有多個不可調(diào)主軸箱 縱橫配線盤予先編好 工作程序 使相應的主軸箱進入加工工位 定位緊并與動力聯(lián)接 然后裝有工件的工作臺轉(zhuǎn)動 到主軸箱下面 向上移動進行加工 當變更加工對象時 只要調(diào)換懸掛的主軸箱 就能適應不 同孔型與不同工序的需要 2 多軸轉(zhuǎn)塔機床 轉(zhuǎn)塔上裝置多個不可調(diào)或萬向聯(lián)軸節(jié)主軸箱 轉(zhuǎn)塔能自動轉(zhuǎn)位 并對夾緊在回轉(zhuǎn)工作臺的 工件作進給運動 通過工作臺回轉(zhuǎn) 可以加工工件的多個面 因為轉(zhuǎn)塔不宜過大 故它的工位 數(shù)一般不超過 4 6 個 且主軸箱也不宜過大 當加工對象的工序較多 尺寸較大時 就不如自 動更換主軸箱機床合適 但它的結(jié)構(gòu)簡單 3 自動更換主軸箱組合機床 它由自動線或組合機床中的標準部件組成 不可調(diào)多軸箱與動力箱按置在水平底座上 主 軸箱庫轉(zhuǎn)動時整個裝置緊固在進給系統(tǒng)的溜板上 主軸箱庫轉(zhuǎn)動與進給動作都按標準子程序工 作 換主軸箱時間為幾秒鐘 工件夾緊于液壓分度回轉(zhuǎn)工作臺 以便加工工件的各個面 好果 普通鉆床改造為多軸鉆床 6 回轉(zhuǎn)工作臺配以卸料裝置 就能合流水生產(chǎn)自動化 在可變生產(chǎn)系統(tǒng)中采用這種裝置 并配以 相應的控制器可以獲得完整的加工系統(tǒng) 4 數(shù)控八軸落地鉆床 大型冷凝器的水冷壁管板的孔多達 15000 個 它與支撐板聯(lián)接在一起加工 孔徑為 20 毫 米 孔深 180 毫米 采用具有內(nèi)冷卻管道的麻花鉆 5 7 巴壓力的冷卻液可直接進入切削區(qū) 有利于排屑 鉆尖磨成 90 供自動 定心 它比普通麻花鉆耐用 且進給量大 為了縮短加工 時間 以 8 軸數(shù)控落地加工 1 3 多軸加工趨勢 多軸加工生產(chǎn)效率高 投資少 生產(chǎn)準備周期短 產(chǎn)品改型時設備損失少 而且隨著我國 數(shù)控技術(shù)的發(fā)展 多軸加工的范圍一定會愈來愈廣 加工效率也會不斷提高 第 2 章 普通鉆床改為多軸鉆床 2 1 生產(chǎn)任務 在一批鑄鐵連接件上有同一個面上有多個孔加工 在普通立式鉆床上進行孔加工 通常是 一個孔一個孔的鉆削 生產(chǎn)效率低 用非標設備 即組合機床加工 生產(chǎn)效率高 但設備投資 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 可以同時完成 多個孔的鉆 擴 鉸 等工序 設計程序介紹如下 2 2 普通立式鉆床的選型 2 2 1 計算所需電機功率 零件圖如圖 1 所示 普通鉆床改造為多軸鉆床 7 圖 1 為工件零件圖 材料 鑄鐵 HT200 料厚 5mm 硬度 HBS170 240HBS 年產(chǎn)量 1000 萬件 4 6 7 尺寸精度 IT13 1 確定四個孔同時加工的軸向力 公式 FFFknVYZdC 0 式中 365 9 0 661 1 217 0 361 1 1 FC0d31 FZYnk 0 35m s 表 15 37 文獻 1 V 則 N09 4136 0527 6 9 3653 所需電機功率 KWVFP94 2 2 2 立式鉆床的確定 根據(jù)上面計算所需電機的功率 現(xiàn)選用 Z525 立式鉆床 其主要技術(shù)參數(shù)如表 1 所示 表 1 Z525 立式鉆床主要技術(shù)參數(shù) 型 號技 術(shù) 規(guī) 格 Z525 最大鉆孔直徑 mm 25 主軸端面至工作臺距離 mm 0 700 主軸端面至底面距離 mm 750 110 普通鉆床改造為多軸鉆床 8 主軸中心至導軌距離 mm 250 主軸行距 mm 175 主軸孔莫氏解錐度 3 號 主軸最大扭轉(zhuǎn)力矩 N m 245 25 主軸進給力 N 8829 主軸轉(zhuǎn)速 r mm 97 1360 主軸箱行程 mm 200 進給量 mm r 0 1 0 8 工作臺行程 mm 325 工作臺工作面積 mm 2 500 375 主電動機功率 kw 2 8 第 3 章 多軸齒輪傳動箱的設計 3 1 設計前的準備 1 大致了解工件上被加工孔為 4 個 10 的孔 毛坯種類為灰鑄鐵的鑄件 由于石墨的潤滑 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 文獻 2 2 切削用量的確定 根據(jù)表 2 7 文獻 切削速度 進給量 min 21Vc rmf 17 0 則切削轉(zhuǎn)速 987 64301rdns 根據(jù) Z525 機床說明書 取 i ns 故實際切削速度為 in 2 016 0Vwc 3 確定加工時的單件工時 圖 2 為鉆頭工作進給長度 普通鉆床改造為多軸鉆床 9 一般 為 5 10mm 取 10mm 切 入L 文獻 3 md2 10837 6 31 切 出 m5加 工 加工一個孔所需時間 min15 07 9621 fnLtwm切 出加 工切 入 單件時工時 i 05 4 t 3 2 動系統(tǒng)的設計與計算 1 選定齒輪的傳動方式 初定為外嚙合 2 齒輪分布方案確定 根據(jù)分析零件圖 多軸箱齒輪分布初定有以下圖 3 圖 4 兩種形式 根據(jù)通常采用的經(jīng)濟而又有效的傳動是 用一根傳動軸帶支多根主軸 因此 本設計中采用了 圖 3 所示的齒輪分布方案 3 明確主動軸 工作軸和惰輪軸的旋轉(zhuǎn)方向 并計算或選定其軸徑大小 普通鉆床改造為多軸鉆床 10 因為所選定的 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 2 確定工作軸直徑 機械制造 8 97 43 表 2 加工孔徑與工作軸直徑對應表 mm 加工孔徑 12 12 16 16 20 工作軸直徑 15 20 25 因為加工孔徑為 10mm 所以工作軸直徑選 15mm 主動軸和惰輪軸的直徑在以后的軸設計中確定 4 排出齒輪傳動的層次 設計各個齒輪 本設計的齒輪傳動為單層次的齒輪外嚙合傳動 傳動分布圖如圖 4 所示 在設計各個齒輪前首先明確已知條件 電機輸入功率 齒輪 轉(zhuǎn)速KWP8 21 齒輪 轉(zhuǎn)速 假設齒輪 的傳動比均為min 1360rn min 9603rn 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 材料及齒數(shù) 選用直齒輪圓柱齒輪傳動 多軸箱為一般工作機器 速度不高 故選用 7 級精度 GB10095 88 材料選擇 由表 10 1 文獻 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 常化 硬度 210HBS 選齒輪 齒數(shù) 齒輪 齒數(shù) 取 241 Z 8 2 1412 uZ29Z 按齒面接觸強度設計 由設計計算公式進行試算 3 211 HEdtt uTKd 確定公式內(nèi)的各計算數(shù)值 1 試選載荷系數(shù) 3 tK 2 計算齒輪 傳遞的轉(zhuǎn)矩 普通鉆床改造為多軸鉆床 11 mNnPT 45151 1096 13 8 20 9 0 9 3 由表 10 7 文獻 4 選取齒寬系數(shù) 0 5d 4 由表 10 6 文獻 4 查得材料的彈性影響系數(shù) 2 18 MPaZE 5 由表 10 21d 文獻 4 按齒面硬度查得齒輪 的接觸疲勞強度極限 齒輪 MPaH601lim 的接觸疲勞強度極限 PaH502lim 6 由表 10 13 文獻 4 計算應力循環(huán)次數(shù) 91 10875 3813606 hjLnN992 0 42 875 7 由表 10 19 文獻 4 查得接觸疲勞壽命系數(shù) 1HNK5 2 HN 8 計算接觸疲勞許用應力 取失效概率為 1 安全系數(shù) 由式 10 12 文獻 4 得 1 SMPaKHH54069 0 1limli1 SN 2 2li2 計算 1 試算小齒輪分度圓直徑 代入 中較小的值 td1 H 243211 5 819 21096 3 2 Edtt ZuTKdm649 5 2 計算圓周速度 V smndVt 81 310649 53 106 3 計算齒 bHd 2 4 計算齒寬與齒高之比 h 模數(shù) mzmtt 35 469 53 1 齒高 022 th 普通鉆床改造為多軸鉆床 12 3 5029 64 53 hb 5 計算載荷系數(shù) 根據(jù) v 3 81m s 7 級精度 由圖 10 8 文獻 4 查得動載系數(shù) Kv 1 14 直齒輪 假設 由表 10 3 文獻 4 查得 mNbFKta 10 2 1 FHK 由表 10 2 文獻 4 查得使用系數(shù) A 由表 10 4 文獻 4 查得 7 級精度齒輪 相對支承非對稱布置時 bdH 3210 6 018 2 1 將數(shù)據(jù)代入后得 182 649 5 32 K 由 查圖 10 13 文獻 4 得 18 35 Hhb FK 故載荷系數(shù) 7 21 HVAK 6 按實際的載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑 由式 10 10a 文獻 4 得 53 649x 57 18mmtd1 3 tK3 574 1 7 計算模數(shù) m m d1 Z1 57 18 24 2 4mm 圓整為 m 25mm 按齒根彎曲強度設計 由式 10 5 文獻 4 得彎曲強度的設計公式為 m 321 FSadYzkT 確定公式內(nèi)的各計算數(shù)值 1 由圖 10 20 文獻 4 查得齒輪 的彎曲疲勞極限 500Mpa 1FE 齒輪 的彎曲疲勞強度極限 380Mpa 2FE 2 由圖 10 18 文獻 4 查得彎曲疲勞壽命系數(shù) 8 0 5 21 FNFNK 3 計算彎曲疲勞許用應力 取彎曲疲勞安全系數(shù) S 1 4 由式 10 12 文獻 4 得 1 303 57MpaF SKFEN14 508 普通鉆床改造為多軸鉆床 13 238 86MPa2 F SKFEN24 1380 4 計算載荷系數(shù) 532 1 2 FVA 5 查取齒形系數(shù) 由表 10 5 文獻 4 查得 65 21FaFaY 6 查取應力校正系數(shù) 由表 10 5 文獻 4 查得 1 8 21 sasa 7 計算齒輪 的 并加以比較 FSY 0 013791 FSaY 57 30862 0 017162 FSa 齒輪 的數(shù)值大 設計計算 m 32 40176 5 09612 5 m 對比計算結(jié)果 由齒面接觸疲勞強度計算的模數(shù) m 大于由齒根彎曲疲勞強度計算的模數(shù) 由于 齒輪模數(shù) m 的大小主要取決于彎曲強度所決定的承載能力 而齒面接觸疲勞強度所決定的承載 能力 僅與齒輪直徑 即模數(shù)與齒數(shù)的乘積 有關(guān) 可取由彎曲強度算得的模數(shù) 1 5 在零件 圖中可知 主動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 5x 51 1 Z1 31 Z2 37 惰輪軸與工作軸的中心距為 61 5mm 即齒輪 與齒輪 完全嚙合時中心距 即 普通鉆床改造為多軸鉆床 14 m 61 5231Z 1 5 61 573 Z3 45 幾何尺寸計算 計算分度圓直徑 d1 Z1 m 31x1 5 46 5mm d2 Z2 m 37x1 5 55 5mm d3 Z3 m 45x1 5 67 5mm 計算中心中距 a 51mm a 61 5mm 計算齒輪齒寬 mdb75 3 6501 取 BmB2 32 驗算 Ft 819 2N1dT0 48196 4 35 66N mm 100N mm 合格bFKtA25 第 4 章 多軸箱的結(jié)構(gòu)設計與零部件的繪制 多軸箱的傳動方式為外嚙合 齒輪傳動的排列層次為一層 4 1 箱蓋 箱體和中間板結(jié)構(gòu) 1 箱體選用 240mmx200mm 長方形箱體 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向裝置中的滑套支承座 為 普通鉆床改造為多軸鉆床 15 便于設計人員選用 已將中間板規(guī)范為 23mm 和 28mm 兩種厚度的標準 現(xiàn)選用 23mm 厚的中間板 材料為 HT15 33 4 2 多軸箱軸的設計 1 主動軸的設計 軸材料的選擇 表 15 3 文獻 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 A 0 15 2 文獻 4 3nP 式中 A0 查表 15 3 文獻 4 A 0取 110 2 95T d 110 x 13 9mm 取 d 25mm3168 軸結(jié)構(gòu)設計 選擇滾動軸承 因為軸承同時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 由表 1 14 文獻 3 選用 7204c 軸承 軸上各段直徑 長度如圖 5 所示 普通鉆床改造為多軸鉆床 16 鍵的確定 因為齒輪寬為 35mm 所以選用 8x7x22 平鍵 表 6 1 文獻 4 確定軸上圓角和倒角尺寸 參考表 15 2 文獻 4 取軸端倒角 2x450 各軸肩的圓角半徑為 R 1 0mm 按彎扭合成校核軸的強度 作出軸的計算簡圖 軸上扭轉(zhuǎn)力矩為 M 9549x 9549x 19 7nP13608 2mN 周向力為 Py 1970NdM23107 9 徑向力為 Pz 0 48 Py 0 48x1970 945 6N 普通鉆床改造為多軸鉆床 17 根據(jù)軸的計算簡圖 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 7 所示 從圖中可知 截面 E 為危險截面 在截面 E 上 扭矩 T 和合成彎矩 M 分別為 T 19 7 mN M 39 32zyM 24 3517mN 軸材料選用 45 鋼 355Mpa 許用應力 文獻 5 為許用應力安全系數(shù) 取 1 5 則s sns s 237Mpa 5 13 按第三強度理論進行強度校核 公式 W2TM W 為軸的抗彎截面系數(shù) W 表 15 4 文獻 4 3d tb2 W 1533 2 105 8 1427 4 523514 2 2TM 2323107 910 94 71 30 8MpaS 1 5 故安全2 226 31 截面 E 右側(cè)面校核 抗彎截面系數(shù) W 為 W 0 1d 3 0 1x203 800mm3 抗扭截面系數(shù) WT為 W T 0 2d3 0 2x203 1600mm3 彎矩 M 及彎曲應力為 M 39300 x 35496 85 7 mN 44 4Mpab 80 35496 普通鉆床改造為多軸鉆床 19 扭矩 T3及扭轉(zhuǎn)應力 為 T 3 19700 mN 12 3Mpa W16097 截面上由于軸肩而形成的理論應力集中系數(shù) a 及 a 按附表 3 2 查取 文獻 4 因 0 05 1 25 經(jīng)插值后可查得 a adr20 dD2053 2 6 1 又由附圖 3 1 文獻 可得軸提材料的敏性系數(shù)為 q q750 8 故有效應力集中系數(shù)按式 附 3 4 文獻 4 為 k 213 75 011 a k 5 68 q 由附圖 3 2 文獻 4 得尺寸系數(shù) 由附圖 3 3 文獻 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 4 得表面質(zhì)量系數(shù)為 0 92 軸未經(jīng)表面強化處理 即 則按式 3 12 及 3 12 文獻 4 得綜合系數(shù)值為 1q K 1 2 09 129 0 K 1 1 67 7 531 計算安全系數(shù) S 2 96 ma 1 01 409 25 S 14 7 maK 1 23 5 67 Sca 2 9 S 1 52 22 149 故該軸在截面右側(cè)面是安全的 又因為軸無大的瞬時過載及嚴重的應力循環(huán)不對稱性 故可略 普通鉆床改造為多軸鉆床 20 去靜強度校核 軸承的校核 機床一般傳動軸的滾動軸承失效形式 主要是疲勞破壞 故應進行疲勞壽命計算 滾動軸承疲勞壽命計算公式 10 5 文獻 4 PCnLh601 式中 hh額 定 壽 命 mi r轉(zhuǎn) 速 表 3 8 50 文獻 6 nC額 定 動 載 荷動 載 荷 P3 因為所受的軸向力太小 所以忽略不計 Fa 0 所受徑向力 Fr 945 6 2 472 8N 表 3 8 50 文獻 6 P 0 41Fr 0 87Pa 0 41x472 8 193 8 30000h 表 13 3 文獻 6 hLh 641098 193560 L 軸承安全 2 惰軸的設計 軸材料的選擇 表 15 3 文獻 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 A 0 15 2 文獻 4 3nP 110 取 d 20mm8 14 136 982 普通鉆床改造為多軸鉆床 21 軸的結(jié)構(gòu)設計 選擇滾動軸承 因為軸承同時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 3 選用 7002c 軸承 軸上各段直徑 長度如圖 8 所示 鍵的確定 因為齒輪寬為 30mm 所以選用 6x6x18 平鍵 表 6 1 文獻 4 軸上圓角和倒角尺寸 參考表 15 2 文獻 4 取軸端倒角 2x450 各軸肩的圓角半徑為 R 1 0mm 扭合成校核軸的強度 作出軸的計算簡圖 普通鉆床改造為多軸鉆床 22 軸上扭轉(zhuǎn)力矩為 M 9549x 9549x 23 2nP84 0136 92 mN 周向力為 Py 2320NdM230 徑向力為 Pz 0 48 Py 0 48x2320 1113 6N 根據(jù)軸的計算簡圖 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 10 所示 從圖中可知 截面 E 為危險截面 在截面 E 上 扭矩 T 和合成彎矩 M 分別為 T 23 2 mN M 32 82zyM 22 34 15 mN 按第三強度理論進行強度校核 文獻 5 公式 W2T W 為軸的抗彎截面系數(shù) W 表 15 4 文獻 4 3d tb2 W 785 81 704 0263014 2TM 232310 18 7 70MpaS 1 5 故安全2 28 16 截面 E 右側(cè)面校核 抗彎截面系數(shù) W 為 W 0 1d 3 0 1x153 337 5mm3 抗扭截面系數(shù) WT為 W T 0 2d3 0 2x153 675mm3 彎矩 M 及彎曲應力為 M 32800 x 22707 7912 mN 67 3Mpab 5 3720 扭矩 T3及扭轉(zhuǎn)應力 為 T 3 23200 34 4Mpa W6 截面上由于軸肩而形成的理論應力集中系數(shù) a 及 a 按附表 3 2 查取 文獻 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 可得軸提材料的敏性系數(shù)為 q q75 81 故有效應力集中系數(shù)按式 附 3 4 文獻 4 為 k 84 12 75 011 a k 968 q 由附圖 3 2 文獻 4 得尺寸系數(shù) 由附圖 3 3 文獻 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 4 得表面質(zhì)量系數(shù)為 0 92 軸未經(jīng)表面強化處理 即 則按式 3 12 及 3 12 文獻 4 得綜合系數(shù)值為 q K 1 1 93 184 1920 K 1 1 58 計算安全系數(shù) 普通鉆床改造為多軸鉆床 25 S 2 12 maK 1 01 3679 25 S 5 53 ma 1 24 5 2458 Sca 1 99 S 1 52 223 1 故該軸在截面右側(cè)面是安全的 又因為軸無大的瞬時過載及嚴重的應力循環(huán)不對稱性 故可略 去靜強度校核 軸承的校核 因為所受的軸向力太小 所以忽略不計 Fa 0 所受徑向力 Fr 1113 6 2 556 8n P 0 41Fr 0 87Pa 0 41x556 8 228 3N 7002c 向心球軸承校核 30000h 表 13 3 文獻 6 hLh 34860 2684 01366 L 軸承安全 3 工作軸的設計 軸材料的選擇 表 15 3 文獻 4 軸材料選用 45 鋼 調(diào)質(zhì)處理 軸徑的確定 在傳動系統(tǒng)的設計與計算中已的工作軸的直徑定為 d 15mm 軸的結(jié)構(gòu)設計 普通鉆床改造為多軸鉆床 26 擇滾動軸承 因為軸承同時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 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 長度如圖 11 所示 鍵的確定 因為齒輪寬為 25mm 所以選用 5x5x20 平鍵 表 6 1 文獻 4 軸上圓角和倒角尺寸 參考表 15 2 文獻 4 取軸端倒角 2x450 各軸肩的圓角半徑為 R 0 8mm 扭合成校核軸的強度 作出軸的計算簡圖 軸上扭轉(zhuǎn)力矩為 M 9549x 9549x 27 3nP960 8 2 mN 周向力為 Py 3640NdM2315 7 徑向力為 普通鉆床改造為多軸鉆床 27 Pz 0 48 Py 0 48x3640 1754 5N 根據(jù)軸的計算簡圖 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 13 所示 從圖中可知 截面 E 為危險截面 在截面 E 上 扭矩 T 和合成彎矩 M 分別為 T 27 3 mN M 54 62zyM 22 497 3 mN 按第三強度理論進行強度校核 文獻 5 公式 W12T W 為軸的抗彎截面系數(shù) W 表 15 4 文獻 4 3d tb2 W 331 2 56 3 274 9 152314 2 W2TM 232310 706 49 7 222MpaS 1 5 故安全2 2248 5 1 截面 E 左側(cè)面校核 抗彎截面系數(shù) W 為 W 0 1d 3 0 1x153 337 5mm3 抗扭截面系數(shù) WT為 W T 0 2d3 0 2x153 675mm3 彎矩 M 及彎曲應力為 M 54600 mN 161 8Mpab 5 37460 扭矩 T3 及扭轉(zhuǎn)應力 為 T 3 27300 40 4Mpa TW67520 在附表 3 4 文獻 4 用插入法求得軸上鍵槽處的有效應力集中系數(shù) k k0 54 1 由附圖 3 2 文獻 4 得尺寸系數(shù) 8 0 由附圖 3 3 文獻 4 得扭轉(zhuǎn)尺寸 1 軸按磨削加工 由附圖 3 4 文獻 4 得表面質(zhì)量系數(shù)為 0 92 軸未經(jīng)表面強化處理 即 則按式 3 12 及 3 12 文獻 4 得綜合系數(shù)值為 q K 1 0 0 09 1192 0 K 1 1 63 54 計算安全系數(shù) S 18 89 maK 1 01 8609 275 S 4 57 ma 1 24 5 243 普通鉆床改造為多軸鉆床 30 Sca 4 4 S 1 52 2257 489 1 故該軸在截面右側(cè)面是安全的 又因為軸無大的瞬時過載及嚴重的應力循環(huán)不對稱性 故可略 去 靜強度校核 軸承的校核 機床一般傳動軸的滾動軸承失效形式 主要是疲勞破壞 故應進行疲勞壽命計算 1 36102 向心球軸承校核 由第一章可知主動軸的軸向力 Fa 4 091N 所受徑向力 Fr 1754 5 2 877 25N 表 3 8 50 文獻 6 P 0 41Fr 0 87Pa 0 41x877 25 0 87x4 091 363 2N 30000h 表 13 3 文獻 6 hLh 8392 65091 L 軸承安全 2 8102 推力球軸承校核 P Fa 表 3 8 54 jj P 4 091N 30000h 表 13 3 文獻 6 36091 45 hL hL 軸承安全 4 3 軸坐標計算 為方便在多軸箱上鏜孔 因此進行軸坐標計算是十分重要的 建立如圖 14 坐標系 多軸箱里尺寸如圖示為 220 x180mm 在多軸箱中心安裝主動軸 則主動軸坐 標可知 110 90 則根據(jù)零件圖 可算出其他各軸坐標 分別如圖所示 普通鉆床改造為多軸鉆床 31 第 5 章 導向裝置的設計 5 1 導向裝置組成 導向裝置主要由導柱 導套 彈簧組成 導柱的上端與多軸箱中間板上的導套滑動配合 下端 安裝在夾具的鉆模板上 1 選擇彈簧 用四根彈簧支撐整個多軸箱 粗略估算多軸箱重量 NG9 478 10582048 993 每根彈簧負荷 F 124 5N 選圓柱螺旋壓縮彈簧 表 12 文獻 7 彈簧中徑 節(jié)距 彈簧絲直徑mD0 162 mt640 工作圈數(shù) 自由高度 md8 130 nHo4 3 導柱 導套的選擇 導柱材料為 直徑 16mm 長 303mm 5rGc 導套材料為 20 號鋼 第 6 章 接桿刀具 接桿一端為梯形螺紋 與主動軸的內(nèi)孔滑動配合 通過鍵傳遞扭矩 在梯形螺紋段并設計 有斜面 以便調(diào)整接桿的延伸量來補償?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 外 文 文 獻 普通鉆床改造為多軸鉆床 32 It is the new type inject by shaping technology 1 inject by shaping altogether inject shaping of at core layers Adopt and inject shaping help and observe and make one unique structure altogether first of plastic is injected and fill and enter some types first then the plastic second follow first inject person who enter one and keep initial to drive pressure field of flowing closely At epidermis district and core the sizes of one measure and publish first and the materials quantities of second according to correct proportionate relationship Make one at first complete at second to make one parcel appearance core each In addition in cosmetics application the material is put after second material injecting to have first of epidermis of the small part So that the epidermis of the part of the runner can be totally closed Inject making one of shaping altogether with the resin of 2 kinds of different colors form a piece of a layer of blocks of epidermis and core apt to distinguish Realize inject shaping one as much as all have and have and one very much important this core similar epidermis If there is not advanced detection technique usually difficult to distinguish the epidermis core area and boundary of layer Inject shaping a new technology altogether British ici company began to use this technology in the 1970s early and had made the basic theory of including Produce several patents such as the products and machinery equipment etc Now similar to mould mould sandwiches what has been adopted generally ici production technologies last outer the materials of the epidermis at moulds and in layers is material different on core occasionally So two a kind of material person who a certain one inclusives and core require and have high radiations very issue and steep shaping and retrieve performance of utilizing etc at 100 by layers of material Should be fixed relatively by the excellent choice to select the material for use After injecting the shaping technology and come out in 15 altogether can really just popularize and popularize One a kind of adoptions inject the thick teeth of shaping fails and produces horizontal cross section altogether Material to pack nylon epidermis and pearl material pack the nylon at glass layers of material core A rate that shrinks material of pearl of glass is extremely low in core one have good size stabilities Nylon prevent pearl from grains of material easy problem of denuding that produces by epidermis person who give good and lubricated tooth tooth gear wheel Already developed several kinds and processed the method of improving new typly at present on the basis of the basic theory of injecting shaping altogether At however in the mould and gas assist paint mould mould Mould have and paint processing method to adopt low molecular weight polymers as the outer material Gas assist mould mould shaping to adopt the nitrogen or another kind of gas as the core one or core ones material Produce and process equipment constant to perfect and improve satisfy of different use newly and the new technologies demands with product design Inject technology and will become the rich and potential industrialized extensive production technology method altogether 2 inject by it compress shaping Inject and compress shaping move perpendicular on dividing into mould line direction by medium sized s of walls at Adopt the method at the shaping fill mould stage and produce pressure drive melting body flow according to process But this flowed the degree of depth of one melted variably At 普通鉆床改造為多軸鉆床 33 flowing one deeply relatively pressure drop relatively low so that heavy areas make pieces of shaping excessive to pigeonhole melting body And has prevented the material in the twinkling of an eye from responding these 2 kinds of factors will hinder the flow of the melting body equally It injects forming process type make pieces of the 14 s of thickness finally by s of degree of depth After the plastic has been packed 60 75 of the type roughly stop injecting a of walls of mould is bulldozed at the same time Until make the wall original shaping of one finally The final size of making one is defined at this stage If at mould wall at process fulling of more type before moving this kind of technology is usually called and cast and press shaping On the whole cast and press shaping to adopt pressure that become to making one go on and protect and pigeonhole in one a piece of variable the type ones of volumeses Cast and press stage to increase the stages of density density and then in lying between and solid state plastic change melting body Adopt and cast and press way shaping pre pressing discs remaining stress degree of minimising Make pieces of have remain stress produce and become phenomenon of refracting It cast and press shaping improvement type activities types types for kinds of new technology in s of walls inject its make Already someone call outside gas to assist shaping law the method actually these are a kind of misunderstanding Because the gas has not influenced the melting body flow in type of plastic During routine inject shaping protecting and press is while a of volume of keeping type does not change Under the function that the pressure flows add and enter more plastics Unite Being emerged by the runner position of the high pressure and making a defect probably 3 computers supplementary shaping Adopt computer assist project cae design and analyse and help and shorten design cycle and prevent cost from expensive mechanical fault processing Commercial emulations daily to indicate size on flowing one code melt material flows in flowing dishes of system and type with balance The figure of offeredding and put bestly and runner defining runner at the same time Calculate pressure of injecting and shut mould want at different processing terms and material fix by tonnage And warping rate combine initial to flow into too very accurate to estimate out person who shrink What is important is and want and make the design tool help and analyse personnel process and go on the operation judged while studying or in a certain plan of design skillfully Understand at results and can t process in order that it is by research object materials from prerequisite After consider adopting this kind of method accurate data in can make enormous benefit In addition economic make design cycle not to be short and needs produce shorter time the analysis The one that should point out is commercial cae procedures usually can t be used directly It fills and imitate and produce valuable experience but the result must rethink its limitation to estimate again Use modern computers go on and inject shaping simulated test and limited to pure viscidity fluids only include the melting plastic of viscoplasticity One actual flow form measurable melting body person who flow intoes and performance announce