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河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 摘要 眾所周知，在現(xiàn)代機(jī)械制造業(yè)中，企業(yè)對(duì)專用機(jī)床有著廣泛的需求。一般鉆床勞 動(dòng)強(qiáng)度大，專用性能低，生產(chǎn)率不高且不能保證精度；而多軸專用鉆床操縱方便、省力、 容易掌握，不易發(fā)生操作錯(cuò)誤和故障，不僅能減少工人的疲勞，保證工人和鉆床的安全， 還能提高鉆床的生產(chǎn)率。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，專用鉆床廣泛應(yīng)用于制造業(yè)。換句 話說，專業(yè)化越強(qiáng)，企業(yè)越能保證其產(chǎn)品質(zhì)量。因此，專用機(jī)床的使用，對(duì)企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng) 力有著十分重要的作用。 本文針對(duì)一般鉆床上述種種缺點(diǎn)及加工對(duì)象的具體情況設(shè)計(jì)一臺(tái)輪輻專用多軸 鉆床，包括總體設(shè)計(jì)，導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)，動(dòng)力部件的設(shè)計(jì)和底座的設(shè)計(jì)，力求達(dá)到滿足 性能要求，經(jīng)濟(jì)效益和人機(jī)關(guān)系等技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，以滿足廠方的使用要求。 關(guān)鍵詞：多軸鉆床、導(dǎo)軌、生產(chǎn)率、設(shè)計(jì)。 河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 Abstract As it is known, the special-purpose lathe is extensively demanded by enterprises in the modern mechanical manufacturing industry. The ordinary lathe not only need a large number of man-power but also has a low performance. In addition, its productivity is low and the accuracy can't be ensured. However, the special-purpose lathe can not merely help enterprises to boost productivity great, saving a large number of manpower and material resource, still can improve the quality of the products. Meanwhile, it is easily maneuvered and guarantees workers' safety. With the development of technology, multi-axles drilling machines are used in manufacturing frequently. Hence, the use of the special-purpose lathe plays an important part in the competitiveness of enterprises. Owing to the variety disadvantages of the ordinary drilling machine, this article presents a new design of multi-axles drilling machine and includes the design of whole; the design of track as well as the design of basis. It is designed based on the specific information of the object. We try our bests to make it satisfies the performance demands as well as other index such as economic efficiency and relation between human and machines. Key words: multi-axles drilling machine, track, productivity, design. 1 前言 制造業(yè)是一個(gè)國(guó)家或地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要支柱，其發(fā)展水平標(biāo)志著該國(guó)家或地 區(qū)的經(jīng)濟(jì)實(shí)力、科技水平、生活水平和國(guó)防實(shí)力。 隨著科學(xué)技術(shù)的日新月異，機(jī)床制造業(yè)的迅猛發(fā)展，國(guó)內(nèi)、外專用機(jī)床行業(yè)取 得了很大的成就。 專用機(jī)床，顧名思義，就是針對(duì)某一工件而專門設(shè)計(jì)制造的機(jī)床。與一般機(jī)床 相比，具有設(shè)計(jì)制造周期短、成本低，自動(dòng)化程度高，加工效率高，加工質(zhì)量穩(wěn)定 可靠，能減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度等優(yōu)點(diǎn)。 本設(shè)計(jì)為專用多軸鉆床的設(shè)計(jì)，共分三章：第一章、多軸鉆床總體設(shè)計(jì)；第二 章、多軸鉆床部件設(shè)計(jì)；第三章、支承件的設(shè)計(jì)。多軸鉆床的具體設(shè)計(jì)步驟見本文 正文。 本人盡管對(duì)論文已多次審查，但因知識(shí)有限，水平有限，時(shí)間有限，錯(cuò)誤與不 妥之處在所難免，殷切期望老師們拔冗相助，不吝指教，本人不勝感激。 河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 2 多軸鉆床總體設(shè)計(jì) 2.1 概論 多軸鉆床的總體設(shè)計(jì)是機(jī)床設(shè)計(jì)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，它對(duì)機(jī)床所達(dá)到的技術(shù)性能和經(jīng) 濟(jì)性能往往起著決定性的作用。 機(jī)床總體設(shè)計(jì)，目前基本上有兩種情況：其一，是根據(jù)具體加工對(duì)象的具體情 況進(jìn)行專門設(shè)計(jì)；其二，因機(jī)床在組成部件方面有共性，可設(shè)計(jì)成通用部件，可以 利用通用部件來進(jìn)行機(jī)床設(shè)計(jì)。本設(shè)計(jì)屬于第一種情況，這也是當(dāng)前最普遍的做法。 一般來說，機(jī)床總體設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮下列幾點(diǎn)： 1. 用合適的加工工藝，制定最佳方案； 2. 合理的確定機(jī)床工序集中程度； 3. 合適的選擇機(jī)床通用部件； 4. 選擇當(dāng)前機(jī)床的配置形式； 5. 合理的選擇切削用量； 6. 設(shè)計(jì)高效率的夾具，刀具及主軸箱； 7. 要保證給定的工藝過程； 8. 保證機(jī)床的剛度、精度、抗振性和穩(wěn)定性，力求減輕機(jī)床重量； 9. 保證機(jī)床結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，盡量用較短的傳動(dòng)鏈，以提高傳動(dòng)精度和效率； 10. 保證良好的加工工藝性，以便于機(jī)床的加工和裝配； 11. 保證安全生產(chǎn)，便于操作調(diào)整和維修； 12. 盡可能保證占地面積小； 13. 機(jī)床外形美觀大方，符合人機(jī)工程學(xué)原理。 評(píng)價(jià)機(jī)床性能的優(yōu)劣，主要是根據(jù)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)來判斷的。機(jī)床設(shè)計(jì)的技術(shù)經(jīng) 濟(jì)指標(biāo)可從滿足性能要求，經(jīng)濟(jì)效益和人機(jī)關(guān)系等方面進(jìn)行分析討論。 2.1.1 性能要求 1. 工藝范圍 機(jī)床的工藝范圍是指機(jī)床適應(yīng)不同生產(chǎn)要求的能力。大致包括下列內(nèi)容：在機(jī) 河南機(jī)電高等專科學(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 床上可完成的工序種類；加工零件的類型，材料和尺寸范圍；毛坯的種類等。 2. 加工精度和表面粗糙度 機(jī)床的加工精度是被加工零件在尺寸，形狀和相互位置等方面所能達(dá)到的準(zhǔn)確 程度。機(jī)床精度分三級(jí)：普通精度級(jí)，精密級(jí)和高精密級(jí)。機(jī)床的精度，包括幾何 精度，傳動(dòng)精度，運(yùn)動(dòng)精度和定位精度等。幾何精度是指機(jī)床在不運(yùn)動(dòng)或運(yùn)動(dòng)速度 較低時(shí)的精度，它是由機(jī)床各主要部件的幾何形狀和它們之間的相對(duì)位置與運(yùn)動(dòng)軌 跡的精度決定的。傳動(dòng)精度是指內(nèi)傳動(dòng)鏈兩末端件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)精度，它取決于 傳動(dòng)系統(tǒng)中機(jī)件的制造精度和裝配精度以及傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的合理性。運(yùn)動(dòng)精度是指 機(jī)床的主要部件以工作狀態(tài)的速度運(yùn)動(dòng)時(shí)的精度。定位精度是指機(jī)床主要部件在運(yùn) 動(dòng)終點(diǎn)所達(dá)到的實(shí)際位置的精度。只有機(jī)床精度達(dá)到一定要求后，才能滿足機(jī)床加 工精度的要求。 機(jī)床加工的工件表面粗糙度也是機(jī)床主要性能之一。它與工件和刀具的材料， 進(jìn)給量，刀具的幾何形狀和切削時(shí)的振動(dòng)有關(guān)。對(duì)表面質(zhì)量要求越高，也就是要求 表面粗糙度越小，則對(duì)抗振性的要求越高。機(jī)床的抗振性包括兩個(gè)方面：抵抗受迫 振動(dòng)的能力和抵抗自激振動(dòng)的能力。如果振源的頻率與機(jī)床某主要部件振動(dòng)的固有 頻率重合時(shí)，就將發(fā)生共振。振幅大增，加工表面粗糙度將會(huì)大大增加。切削自激 振動(dòng)，產(chǎn)生于切削工程中。如果切削不穩(wěn)定，則切過的表面，其波紋度將越來越大， 振動(dòng)越來越劇烈，將嚴(yán)重影響加工表面的質(zhì)量。 3. 生產(chǎn)率 機(jī)床的生產(chǎn)率通常是指在單位時(shí)間內(nèi)機(jī)床所能加工的工件數(shù)量。要提高機(jī)床的 生產(chǎn)率，必須縮短加工一個(gè)工件的平均總時(shí)間，其中包括縮短切削加工時(shí)間，輔助 時(shí)間以及分?jǐn)偟矫總€(gè)工件上的準(zhǔn)備和結(jié)束時(shí)間。 4. 自動(dòng)化 機(jī)床自動(dòng)化可減少人對(duì)加工的干預(yù)，從而保證加工的一致性，即被加工零件的 精度穩(wěn)定性。還具有提高生產(chǎn)率和減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度的優(yōu)點(diǎn)。 5. 可靠性 機(jī)床的工作可靠性也是一項(xiàng)重要的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。隨著機(jī)床安全化的發(fā)展，可 靠性在機(jī)床設(shè)計(jì)中的地位逐步提高。 6. 機(jī)床壽命 機(jī)床壽命就是機(jī)床保持它應(yīng)具有的加工精度的時(shí)間。隨著技術(shù)設(shè)備更新的加速， 河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 對(duì)機(jī)床壽命所要求的時(shí)間也在減短。對(duì)于本次設(shè)計(jì)的多軸專用鉆床來說，壽命要求 短，因?yàn)樗鼘㈦S加工產(chǎn)品的更新而廢棄。這就要求機(jī)床在最高生產(chǎn)率的條件下工作， 在使用期內(nèi)充分發(fā)揮機(jī)床的效能，取得最大的經(jīng)濟(jì)效益。 確保和提高機(jī)床的壽命，主要是提高關(guān)鍵性零件的耐磨性，并使主要傳動(dòng)件的 疲勞壽命與之相適應(yīng)。 2.1.2 經(jīng)濟(jì)效益 在保證實(shí)現(xiàn)機(jī)床性能要求的同時(shí)，還必須使機(jī)床具有很高的經(jīng)濟(jì)效益。不僅要 考慮機(jī)床設(shè)計(jì)和生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益，更重要的是要從用戶出發(fā)，提高機(jī)床使用廠的經(jīng) 濟(jì)效益。對(duì)于機(jī)床生產(chǎn)廠的經(jīng)濟(jì)效益，主要反映在機(jī)床成本上。機(jī)床的成本包括材 料，加工制造費(fèi)用，而且還包括研制和管理費(fèi)用。 對(duì)于機(jī)床使用廠的經(jīng)濟(jì)效益，首先是提高機(jī)床的加工效率和可靠性。要使機(jī)床 能夠充分發(fā)揮其效能，減少能源消耗，提高機(jī)床的機(jī)械效率，也是十分重要的。機(jī) 床的機(jī)械效率是有效功率對(duì)輸入功率之比。兩者的差值就是損失，主要是摩擦損失。 而且，摩擦功轉(zhuǎn)化為熱量，將引起機(jī)床的熱變形，又對(duì)機(jī)床的工作帶來不良的后果。 因此，設(shè)計(jì)時(shí)必須重視提高機(jī)床的機(jī)械效率。 2.1.3 人機(jī)關(guān)系 在設(shè)計(jì)中，還應(yīng)該重視人機(jī)關(guān)系問題。 機(jī)床應(yīng)操縱方便，省力，容易掌握，不易發(fā)生操作錯(cuò)誤和故障。這樣不僅能減 少工人的疲勞，保證工人和機(jī)床的安全，還能提高機(jī)床的生產(chǎn)率。 防止機(jī)床對(duì)周圍環(huán)境的污染，也是對(duì)機(jī)床設(shè)計(jì)和制造提出的一項(xiàng)主要要求。噪 聲要低，不僅噪聲聲級(jí)要達(dá)到規(guī)定值以下，而且不能對(duì)人耳有強(qiáng)烈的不適感。 。 對(duì)于上述的各項(xiàng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，在機(jī)床設(shè)計(jì)時(shí)我們將綜合考慮，并應(yīng)根據(jù)不同 的需求，有所側(cè)重。 2.2 多軸鉆床總體布局分析 機(jī)床布局的設(shè)計(jì)是一個(gè)重要的全局性問題，它對(duì)機(jī)床的部件設(shè)計(jì)，制造和使用 都有較大的影響。機(jī)床總布局的任務(wù)，是解決機(jī)床各部件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)和相對(duì)位置的 關(guān)系，并使機(jī)床具有一個(gè)協(xié)調(diào)完美的造型。工藝分析和工件的形狀，尺寸和重量， 在很大程度上左右著機(jī)床的布局形式。 河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 2.2.1 操作、觀察與調(diào)整對(duì)總體布局的影響 機(jī)床的布局必須充分考慮到操作機(jī)床的人，處理好人機(jī)關(guān)系。充分發(fā)揮人與機(jī) 床各自的特點(diǎn)，使人機(jī)的綜合效能達(dá)到最佳。 機(jī)床各部件的相對(duì)位置的安排，應(yīng)考慮到便于操作和觀察及測(cè)量。安裝工件部 位的高度，應(yīng)正好處于操作者手臂平伸的位置（較重件除外） 。為適應(yīng)一般操作者的 身材高度，對(duì)安裝工件位置較低的機(jī)床，應(yīng)將床腿或床座墊高。 根據(jù)手臂所能到達(dá)指定位置的難易程度，有最大工作區(qū)，正常工作區(qū)和最佳工 作區(qū)之分。為了便于檢修，要考慮人體蹲下是較適于工作的區(qū)域。還應(yīng)考慮到操作 者可能達(dá)到的最大視野和反應(yīng)敏銳的視野區(qū)等。 2.2.2 零件的加工工藝方法對(duì)總體布局的影響 專用機(jī)床加工工件的工藝方法是多種多樣的。在設(shè)計(jì)多軸鉆床時(shí)，往往由于工 藝方法的改變，導(dǎo)致機(jī)床的傳動(dòng)部件配置以及結(jié)構(gòu)等產(chǎn)生一系列的改變。因此在確 定專用多軸鉆床的總體布局時(shí)應(yīng)首先分析和選擇合理的加工工藝。 2.2.3 機(jī)床的運(yùn)動(dòng)分配對(duì)總體布局的影響 鉆床的工藝方案確定后，刀具與工件在加工時(shí)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)也隨之被確定了。但 此相對(duì)運(yùn)動(dòng)可以完全分配給刀具，也可以完全分配給工件，或由刀具和工件共同完 成。下面我們擬定幾種分配方案，分析比較不同方案的優(yōu)缺點(diǎn)，選擇最佳運(yùn)動(dòng)方案。 1. 鉆削加工的相對(duì)運(yùn)動(dòng)由刀具實(shí)現(xiàn) 在輪輻專用多軸鉆床上鉆孔時(shí)，主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)都有刀具完成，鉆頭的軸向 移動(dòng)為進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，鉆頭的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)為主運(yùn)動(dòng)。主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)形成了切削加工時(shí) 的全部相對(duì)運(yùn)動(dòng)。 2. 鉆削加工時(shí)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)由刀具和工件共同完成 在多軸鉆床設(shè)計(jì)中，擴(kuò)鉸輪輻孔時(shí)主運(yùn)動(dòng)分配給鉆頭，進(jìn)給運(yùn)動(dòng)由工件完成， 即鉆頭的向下運(yùn)動(dòng)和工件的向上移動(dòng)，該方案用于工件重量不大的設(shè)計(jì)中。 方案比較：把運(yùn)動(dòng)完全分配給刀具的方案，一般用于重型工件的加工。由于多 軸鉆床所加工的輪輻重量不是很大，故本設(shè)計(jì)采用第二種方案。具體方案如下圖： 固 定 河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 2.2.4 精度等級(jí)對(duì)總體布局的影響 由于多軸鉆床的加工精度和光潔度與機(jī)床的剛度和抗震性有關(guān)，為了獲得所要 求的加工精度和光潔度，在機(jī)床總體布局上應(yīng)保證有足夠的剛度和抗震性。通常情 況下，支承形式為封閉的框架時(shí)，其剛度較好。機(jī)床在加工過程中產(chǎn)生震動(dòng)傳遞給 工件和刀具，會(huì)使被加工表面產(chǎn)生震動(dòng)，降低表面光潔度；震動(dòng)也會(huì)使刀具壽命縮 短，使機(jī)床零件磨損加快；震動(dòng)所造成的噪音，使工人疲勞。因此，設(shè)計(jì)中應(yīng)采取 一定的措施來消除和減少震動(dòng)。 2.2.5 生產(chǎn)效率對(duì)總體布局的影響 機(jī)床的生產(chǎn)批量不同，其結(jié)構(gòu)可能完全不同。強(qiáng)力輪輻股份有限公司加工輪輻 屬于大批量生產(chǎn)，因此制造輪輻擴(kuò)鉸專用機(jī)床，一次完成多孔加工，效率高，勞動(dòng) 強(qiáng)度低，從而節(jié)約人力和時(shí)間。 2.2.6 機(jī)床的造型對(duì)總體布局的影響 機(jī)床的外觀，應(yīng)尋求整體統(tǒng)一，均衡穩(wěn)定，比例協(xié)調(diào)機(jī)床總布局的任務(wù)，是解 決機(jī)床各部件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)和相對(duì)位置的關(guān)系，并使機(jī)床具有一個(gè)協(xié)調(diào)完美的造型。 鉆床一般型式是單臂式和框架式。單臂式的特點(diǎn)是能方便的更換點(diǎn)位進(jìn)行加工。 但這類布局型式與框架式相比剛度較差，所以本設(shè)計(jì)采用框架式結(jié)構(gòu)，這種型式的 機(jī)床具有占地面積小，工人所處的操作位置比較靈活的特點(diǎn)，且剛度高，加工精度 高。本設(shè)計(jì)框架式結(jié)構(gòu)見下圖： 2.2.7 多軸鉆床工藝方案的制定 工藝方案制定的正確與否，將決定機(jī)床能否達(dá)到“質(zhì)量輕，體積小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單， 河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 使用方便，效率高，質(zhì)量好”的要求。故在確定專用機(jī)床的總體布局方案時(shí)，應(yīng)重 點(diǎn)分析和選擇合理的工藝方案。 2.2.8 影響機(jī)床工藝方案制定的主要因素 被加工零件需要在機(jī)床上完成的工序及加工精度，是制定機(jī)床工藝方案的主要 依據(jù)。制定工藝方案時(shí)，首先需要全面的分析工件的加工精度及技術(shù)要求，了解現(xiàn) 場(chǎng)加工工藝及保證精度的有效措施。 1. 被加工零件的特點(diǎn) 工件材料及硬度、加工部件的結(jié)構(gòu)形式、工件的剛性、工藝基面等，對(duì)于機(jī)床 工藝方案的制定都有重要的影響。 工件的剛性不足，加工時(shí)工序就不能太集中。有時(shí)為了減少機(jī)床臺(tái)數(shù)，必須采 用高度集中工序時(shí)，從安排上，也必須把一些工序從時(shí)間上錯(cuò)開加工，以避免同時(shí) 加工時(shí)因工件受力變形、發(fā)熱變形以及振動(dòng)而影響加工精度。 2. 工件的生產(chǎn)方式 被加工零件生產(chǎn)批量的大小，對(duì)機(jī)床方案的制定也有影響。對(duì)大批量生產(chǎn)的箱 體零件，工序安排上，一般趨于分散。例如加工輪輻螺栓孔，其粗加工，精加工分 別在不同的機(jī)床上進(jìn)行。機(jī)床雖多一些，但由于生產(chǎn)批量很大，從提高生產(chǎn)率，穩(wěn) 定的保證加工精度的角度來講仍然是合理的。在小批量生產(chǎn)情況下，完成同樣工藝 內(nèi)容，則力求減少機(jī)床臺(tái)數(shù)，此時(shí)應(yīng)當(dāng)將工序盡量集中在一臺(tái)或少數(shù)幾臺(tái)機(jī)床上進(jìn) 行加工，以提高機(jī)床的利用率。 2.2.9 加工工件的工藝分析 本次設(shè)計(jì)的機(jī)床是輪輻螺栓孔專用擴(kuò)鉸多軸鉆床。以下對(duì)所加工工件外形及加 工面的位置作詳細(xì)的分析。 由零件圖可以看出，此步工序是對(duì)輪輻面上六個(gè)直徑為 32 的孔進(jìn)行擴(kuò)鉸加工。? 如果采用一般鉆床，也可以完成此步工序，但是一次只能加工一個(gè)孔，一個(gè)輪輻需 要加工六次，勞動(dòng)強(qiáng)度大，生產(chǎn)率低且不能保證精度。為了保證配合質(zhì)量，提高生 產(chǎn)效率和減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，可以使用多軸鉆床一次完成六個(gè)孔的擴(kuò)鉸工作，從而節(jié)省 人力和時(shí)間。所加工工件在擴(kuò)孔后的零件圖如下圖所示： 河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 3 多軸鉆床部件設(shè)計(jì) 3.1 動(dòng)力部件的選擇 動(dòng)力部件的選擇在整個(gè)多軸鉆床的設(shè)計(jì)中是至關(guān)重要的。動(dòng)力部件的功率如果 選取過大，電動(dòng)機(jī)經(jīng)常處于低負(fù)荷情況，功率因素小，造成電力浪費(fèi)，同時(shí)使轉(zhuǎn)動(dòng) 件及相關(guān)尺寸選取過大，浪費(fèi)材料，且機(jī)床笨重。如果選取過小，則機(jī)床達(dá)不到設(shè) 計(jì)提出的使用性能要求。本設(shè)計(jì)主運(yùn)動(dòng)采用電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)，進(jìn)給運(yùn)動(dòng)采用電動(dòng)機(jī)帶動(dòng) 液壓系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)。 3.1.1 切削用量的選擇 多軸鉆床正常工作與合理地選用切削用量，即確定合理的切削速度和工作進(jìn)給 量，有很大的關(guān)系。切削用量選用的恰當(dāng)，能使多軸機(jī)床以最少的停車損失，最高 的生產(chǎn)效率，最長(zhǎng)的刀具壽命和最好的加工質(zhì)量，也就是“多快好省”的進(jìn)行生產(chǎn)。 工作時(shí)，六軸鉆床的六把刀具同時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)，為了使鉆床能正常工作，不經(jīng)常停車 換刀，而達(dá)到較高的生產(chǎn)率，所選的切削用量比一般鉆床單刀加工要低一些。概括 地說，在多軸鉆床上不宜采用較大的切削速度和進(jìn)給量。 對(duì)于擴(kuò)鉸孔，要想達(dá)到較理想的狀態(tài)，除刀具須保證合理的幾何形狀及冷卻充 分，很重要的一點(diǎn)是合理選擇切削用量。一般是速度低一點(diǎn)好，進(jìn)給量不宜太大。 查《組合機(jī)床設(shè)計(jì)》第一冊(cè)“機(jī)械部分”表 2—13“擴(kuò)孔切削用量” ，得 V=12~20m/min，f=0.3~0.4mm/r ，本設(shè)計(jì)選取 v=20m/min，f=0.3mm/r。 3.1.2 刀具的選擇 廠方提供現(xiàn)有刀具。 3.1.3 動(dòng)力部件的選擇 1. 主運(yùn)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的選取 查《專用機(jī)床設(shè)計(jì)與制造》選取主運(yùn)動(dòng)電動(dòng)機(jī)： 切削扭矩： qmxMpCDtK?即1.00.9.80.753.932[5(2)]4()??? 河南機(jī)電高等專科學(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 ＝1.687(公斤力—米) 總切削扭矩： Mgn總 ＝ 1.687??0.12(公 斤 力 － 米 ） 軸向力： 0 ppqxyPCDtSK料 P1.30.70.753.[5(9)]4()??25.84(?公 斤 力 ) 總軸向力： 2.8461.0()Fn??總 公 斤 力 切削功率： ??kwnMprdve 07.2974.12.0min31???? 根據(jù)以上計(jì)算，選取主運(yùn)動(dòng)電動(dòng)機(jī)。查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》① ，選取型號(hào)為 Y160L—8。Y 系列電動(dòng)機(jī)為全封閉自扇冷式，一般用于空氣中不含易燃，易炸或腐 蝕性氣體的場(chǎng)所，也適用于無特殊要求的機(jī)械上，如金屬切削機(jī)床。 工作條件： 環(huán)境溫度不超過+40℃； 相對(duì)濕度不超過 95％； 海拔不超過 1000m； 額定電壓 380 V； 頻率 50Hz； 接法：3KW 及以下 Y 接法，4KW 以上三角型接法。本設(shè)計(jì)采用三角型接法。 工作方式為連續(xù)（S1） ； 防護(hù)等級(jí)為 IP44（GB1498—79） 。 所選電動(dòng)機(jī)參數(shù)如下表所示： 滿載時(shí) 型號(hào) 額定 功率 型號(hào) 轉(zhuǎn)速 minr電流 /A效率 （％） 功率 因素 河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 Y160L-8 7.5 720 17.7 86 0.75 噪聲、dB(A) 型號(hào) 堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn) 矩額定 轉(zhuǎn)矩 最大轉(zhuǎn) 矩額定 轉(zhuǎn)矩 1 級(jí) 2 級(jí) 重量 /kg Y160L-8 2.0 2.0 67 72 45 電動(dòng)機(jī)的安裝尺寸： 國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)機(jī)座號(hào) D F G 機(jī)座 號(hào) 2 極 4、6 、8\1 0 極 2 極 4、6 、8\ 10 極 2 極 4、6 、8\1 0 極 2 極 4、6 、8\ 10 極 160L 160L42 42K6 12 37 E L 2 極 4、6 、8\1 0 極 K A B C 2 極 4、6、8\1 0 極 110 15 254 254 108 650 2.進(jìn)給電動(dòng)機(jī)的選?。?本設(shè)計(jì)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)采用液壓進(jìn)給，根據(jù)廠方現(xiàn)有設(shè)備，選取三相異步電動(dòng)機(jī)，型 號(hào)為 Y132S—6。 查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》①“表 9.1—5”，Y 系列（IP44）三相異步電動(dòng)機(jī)具體參數(shù) 如下： 滿載時(shí) 型號(hào) 額定功率型號(hào) 轉(zhuǎn)速 minr電流 /A效率 （％） 功率因 素 堵轉(zhuǎn) 電流 額定 電流 Y132s-6 3.0 960 7.23 83 0.76 6.5 噪聲、dB(A) 型號(hào) 堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn) 矩額定 轉(zhuǎn)矩 最大轉(zhuǎn) 矩額定 轉(zhuǎn)矩 1 級(jí) 2 級(jí) 飛輪力 矩 2/NmA重量 /kg 河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 Y160L-8 2.0 2.2 66 71 0.286 63 安裝尺寸見下表所示： E L 2 極 4、6、8\10極 K H A 2 極 4、6、8\10 極 80 12 0.5?216 475 3.2 減速器的選取 減速器是原動(dòng)機(jī)和工作機(jī)之間的獨(dú)立的封閉傳動(dòng)裝置，用來降低轉(zhuǎn)速和增大轉(zhuǎn) 矩，以滿足工作需要。減速器的種類很多，按照傳動(dòng)類型可分為齒輪減速器，蝸桿 減速器和行星減速器。本設(shè)計(jì)減速器位于鉆床頂部，所處空間有限，故選用單級(jí)行 星齒輪減速器。行星齒輪減速器與普通圓柱齒輪減速器相比，尺寸小，重量輕，一 般用在結(jié)構(gòu)緊湊的動(dòng)力傳動(dòng)中。根據(jù)需要，本設(shè)計(jì)選用立式 NGW—L 型行星齒輪減速 器，這類減速器的工作條件為： 高速軸轉(zhuǎn)速不超過 1500r/min； 齒輪圓周速度不超過 15m/s； 工作環(huán)境溫度為-40～+45℃； 可正反兩向運(yùn)轉(zhuǎn)。 查《新編機(jī)械設(shè)計(jì)師手冊(cè)》上冊(cè)表 6.1—139，選擇型號(hào)為 NGW—L11，公稱傳動(dòng) 比為 7.1。再查《新編機(jī)械設(shè)計(jì)師手冊(cè)》表 601—142“單級(jí) NGW—L 型減速器外型和 安裝尺寸” ，具體參數(shù)如下： 外形機(jī)座 號(hào) 型號(hào) 規(guī)格 公稱 傳動(dòng) 比 L 21D1 1 NGW-L11 7.1 根據(jù)所配電動(dòng) 機(jī)確定 360 230.5 國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)機(jī)座號(hào) D F G 機(jī)座 號(hào) 2 極 4、6 、8\1 0 極 2 極 4、6 、8\ 10 極 2 極 4、6 、8\1 0 極 2 極 4、6 、8\ 10 極 132s 132s38 38k6 10 33 河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 法蘭及螺栓孔2D31nd? h 12h 280 325 68?6 20 18 軸伸 d l t b 重量 （kg） 油量 （L） 50 82 53.5 14 65 3.89 3.3 上臺(tái)板的設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)中上臺(tái)板的主要作用是安裝電動(dòng)機(jī)和減速器，用來承受電動(dòng)機(jī)和減速器 的重量，并吸收電動(dòng)機(jī)工作時(shí)產(chǎn)生的一部分振動(dòng)。 3.3.1 材料的選取 為了更好的吸收電動(dòng)機(jī)和減速器產(chǎn)生的振動(dòng)，上臺(tái)板的材料選用鑄鐵 HT300。 3.3.2 尺寸的確定 尺寸的確定在上臺(tái)板的設(shè)計(jì)中至關(guān)重要。上臺(tái)板如果設(shè)計(jì)的過厚，將增加機(jī)床 的整體重量，還浪費(fèi)材料；如果設(shè)計(jì)的過薄，則剛度不夠，電動(dòng)機(jī)和減速器的重量 通過上臺(tái)板作用于減速箱上，影響正常的工作。 查《新編機(jī)械設(shè)計(jì)師手冊(cè)》表 1.2—1“鑄鐵最小允許壁厚” ，鑄鐵尺寸在 500mm 500mm 以上，鑄鐵最小允許壁厚為 20mm。因本設(shè)計(jì)所設(shè)計(jì)尺寸遠(yuǎn)大于此? 值，廠方又要求在設(shè)計(jì)時(shí)各零部件富裕量要大，所以本設(shè)計(jì)上臺(tái)板厚度取為 40mm。 查《新編機(jī)械設(shè)計(jì)師手冊(cè)》表 6.1—142“單級(jí) NGW—L 型減速器外型和安裝尺 寸” ，根據(jù) ， ，確定上臺(tái)板中間安裝減速器的凸臺(tái)內(nèi)孔壁直130Dm?280? 徑分別為 360mm，280mm。 查《新編機(jī)械設(shè)計(jì)師手冊(cè)》表 7.2—27“TL 型彈性套柱銷聯(lián)軸器外型和安裝尺 寸” ，根據(jù) ，結(jié)合主軸 II—III 段的長(zhǎng)度，確定中間凸12,6,84LSLm?? 臺(tái)的高度為 148mm。 因立柱橫向之間的距離為 900mm，立柱直徑為 120mm，取上臺(tái)板外緣凸臺(tái)壁厚 為 60mm，則上臺(tái)板長(zhǎng)度為 1155mm。 因立柱縱向之間的距離為 680mm，立柱直徑為 120mm，取上臺(tái)板外緣凸臺(tái)壁厚 河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 為 60mm，則上臺(tái)板寬度為 918mm。 3.3.3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 為了便于安裝聯(lián)軸器，上臺(tái)板中間凸臺(tái)設(shè)計(jì)為敞開式。因聯(lián)軸器 D=224mm，中 間凸臺(tái)內(nèi)徑為 280mm，所以可以很方便的進(jìn)行安裝，維護(hù)和維修。 查《新編機(jī)械設(shè)計(jì)師手冊(cè)》表 1.2—2“外壁，內(nèi)壁與肋板的厚度” 。零件最大外 型尺寸小于 1250mm 的鑄件，肋的厚度最小為 8mm。考慮安全問題，取肋的厚度為 14mm。 查《新編機(jī)械設(shè)計(jì)師手冊(cè)》表 1.2—6“鑄造外圓角半徑 R 值” ，表面的最小邊 尺寸在 25mm~60mm 之間，外圓角取 4mm。 查《新編機(jī)械設(shè)計(jì)師手冊(cè)》表 1.2—11“孔邊凸臺(tái)” ，具體計(jì)算如下： r=0.25a=0.25 40mm=10mm；? R=0.75a=0.75 40mm=30mm； H=2a=2 40=80mm。 經(jīng)尺寸確定，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)后，最終確定上臺(tái)板結(jié)構(gòu)如下圖： 3.3.4 主軸箱體的設(shè)計(jì) 主軸箱體是機(jī)床的重要組成部分，按專門要求或需要來進(jìn)行設(shè)計(jì)的，在機(jī)床設(shè) 計(jì)過程中，是工作量較大的部件之一。 首先，介紹機(jī)床主軸箱的用途。主軸箱體是用于布置（按所要求的坐標(biāo)位置） 河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 機(jī)床工作主軸及傳動(dòng)零件和相應(yīng)的附加機(jī)構(gòu)。它通過按一定速比排布傳動(dòng)齒輪，把 動(dòng)力從動(dòng)力部件—?jiǎng)恿ο?，電?dòng)機(jī)等，傳遞給各工作主軸，使之獲得所需求的轉(zhuǎn)速 和轉(zhuǎn)向，并防止?jié)櫥屯饬骱突覊m，污物侵入。主軸箱體應(yīng)有足夠的精度和剛度； 有良好的散熱性和密封性；具有美觀大方且與總體布局協(xié)調(diào)一致的外型；具有良好 的工藝性；便于加工和裝配。 對(duì)于主軸箱體設(shè)計(jì)，本設(shè)計(jì)采用一般設(shè)計(jì)法。一般設(shè)計(jì)法是根據(jù)主軸的分布， 轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)向以及尺寸要求等，由設(shè)計(jì)者進(jìn)行全部設(shè)計(jì)工作，這也是當(dāng)前主軸箱設(shè)計(jì) 中最常用的方法。主軸箱設(shè)計(jì)的原始依據(jù)，包括下述的全部或部分內(nèi)容： 1. 所有主軸的位置關(guān)系； 2. 要求的主軸轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向（這是指左旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向，對(duì)右旋轉(zhuǎn)向一般不需要注明） ； 3. 主軸的工序內(nèi)容和主軸外伸部分尺寸； 4. 主軸箱的外型尺寸與其他部件的聯(lián)系尺寸； 5. 動(dòng)力部件（包括主電機(jī)）的型號(hào)； 6. 托架或鉆模板的支桿在主軸箱上的安裝位置及有關(guān)要求； 7. 工藝上的要求； 8. 其他要求。 主軸箱體設(shè)計(jì)具體步驟如下： 1. 材料選擇： 因?yàn)樵摱噍S鉆床主軸箱尺寸較小，為了便于制造，故選用 45 鋼。 2. 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)： 本設(shè)計(jì)采用聯(lián)結(jié)在立柱上的兩正方形鋼板（隔板）圍成主軸箱上下箱壁?？紤] 到齒輪的安裝，套筒的固定，側(cè)壁設(shè)計(jì)成可拆卸式。 1) 主軸箱體的壁厚 為了減輕機(jī)床重量，在保證主軸箱足夠剛度的前提下，主軸箱體應(yīng)盡量選取較 小的壁厚。但本設(shè)計(jì)須在箱體內(nèi)、外壁之間安裝軸承等，故受其裝配尺寸限制，按 需要適當(dāng)加厚。因軸承寬度為 17.25mm，端蓋厚度為 20mm，軸承距離主軸箱體內(nèi) 壁為 8mm，則主軸箱體的厚度為 17.25mm+20mm+8mm=45.25mm，圓整取為 46mm。 2) 主軸箱體內(nèi)壁的距離 河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 主軸箱體內(nèi)壁之間用來安裝齒輪，因?yàn)樾↓X輪齒寬大于大齒輪齒寬，所以根據(jù) 小齒輪計(jì)算距離。小齒輪齒寬為 40mm，距內(nèi)壁距離都為 16mm，所以內(nèi)壁的距離為 40mm+ 16mm+16mm=72mm；外壁距離（也就是主軸箱體的輪廓高度）為 72mm+46mm+46mm=164mm。 3) 主軸箱體尺寸的確定 已知大齒輪分度圓尺寸為 147mm，小齒輪分度圓尺寸為 75mm，齒全高為 5.94mm，則小齒輪齒頂圍繞大齒輪軸旋轉(zhuǎn)的軌跡為直徑是 112mm 的圓。取齒輪輪 齒距主軸箱側(cè)壁距離為 16mm（考慮安裝誤差） ，側(cè)壁板因只起到防止灰塵，污物的 侵入，為了減輕主軸箱重量，可取較小的壁厚，但考慮裝配原因，定為 20mm。則 主軸箱體的外型輪廓尺寸 L×B×H（長(zhǎng)×寬×高）=339mm×339mm×164mm。具體結(jié) 構(gòu)形狀如下： 3.4 主軸箱零件的設(shè)計(jì) 3.4.1 齒輪的設(shè)計(jì) 1. 主傳動(dòng)方案設(shè)計(jì) 傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是主軸箱設(shè)計(jì)中關(guān)鍵的一環(huán)。所謂傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，就是通過 一定的傳動(dòng)鏈，按要求把動(dòng)力從動(dòng)力部件的驅(qū)動(dòng)軸傳遞到主軸上去。同時(shí)，滿足主 軸箱其他結(jié)構(gòu)和傳動(dòng)的要求。 傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般要求： 1) 在保證主軸的強(qiáng)度、剛度、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向要求的前提下，力求傳動(dòng)軸和齒輪最 少；應(yīng)盡量用一根傳動(dòng)軸帶動(dòng)多根主軸；當(dāng)齒輪嚙合中心距不符合標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，可采用 齒輪變位的方法和湊中心距離。 2) 在保證有足夠強(qiáng)度的前提下，主軸，傳動(dòng)軸和齒輪的規(guī)格要盡可能少，以減 少各類零件的品種。 3) 通常應(yīng)避免主傳動(dòng)軸帶動(dòng)主軸，否則將增加主傳動(dòng)軸的負(fù)荷。 4) 最佳傳動(dòng)比為 1~1.5，但允許采用到 3~3.5。 河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 18 5) 粗加工主軸上的齒輪，應(yīng)盡可能靠近前支承，以減少主軸的扭轉(zhuǎn)變形。 6) 盡可能避免升速傳動(dòng)，必要的升速最好放在傳動(dòng)鏈的最末一，二級(jí)，以減少 功率損失。 2. 主軸箱齒輪齒數(shù)的確定 齒輪傳動(dòng)是機(jī)械傳動(dòng)中最重要的傳動(dòng)之一，其主要特點(diǎn)有效率高、結(jié)構(gòu)緊湊、 工作可靠、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，并且該傳動(dòng)比較平穩(wěn)。齒輪傳動(dòng)可分為開式、半開式和 閉式傳動(dòng)，本設(shè)計(jì)依據(jù)廠方的具體情況設(shè)計(jì)為半開式。 齒輪應(yīng)具有足夠的工作能力，以保證在整個(gè)工作壽命期間不致失效。通常，在 設(shè)計(jì)齒輪時(shí)只按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度和齒面接觸疲勞強(qiáng)度兩個(gè)準(zhǔn)則進(jìn)行計(jì)算。 下面對(duì) 齒輪進(jìn)行具體的參數(shù)計(jì)算和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 因所加工工件的兩對(duì)稱孔之間中心距為 222.25mm。根據(jù)廠方要求，主軸箱內(nèi)的 齒輪應(yīng)足夠結(jié)實(shí)，故初選主軸箱齒輪模數(shù)為 3mm。 1) 齒輪齒數(shù)： 兩對(duì)稱孔中心距與齒數(shù)的關(guān)系為： 1212()admz??? 式中各參數(shù)含義： —所加工對(duì)稱孔中心距； —大齒輪分度圓直徑；2d —齒輪模數(shù)；m —小齒輪齒數(shù)；1z —大齒輪齒數(shù)；2 —中心距。a 把 d＝222.25mm，m＝3mm 代入上式得： 122.53()z???47.zm?1即 齒輪齒數(shù)為整數(shù)，所以 74.1 可以就近圓整為 74，因此 。由于齒輪齒1274z?? 數(shù)應(yīng)該遵循互質(zhì)原則，查《機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)》 ，初定 ＝49， ＝25。 已知主軸轉(zhuǎn)速 n＝199.04r/min，即小齒輪轉(zhuǎn)速為 199.04r/min，齒數(shù)比 u＝1.96， 即 i＝1.96。 河南機(jī)電高等專科學(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 19 2) 選擇齒輪類型、精度等級(jí)及材料 a) 齒輪應(yīng)因不受軸向載荷，故選用直齒圓柱齒輪傳動(dòng)； b) 因?yàn)槎噍S鉆床為一般工作機(jī)器，轉(zhuǎn)速不高，故選用 7 級(jí)精度（GB10095-88 ） ； c) 齒輪的材料選擇 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表 10－1 選擇小齒輪材料為 20CrMnTi，硬度為 300HBS，齒面 硬度 60HRC；大齒輪材料為 40Cr，硬度為 280HBS。 3. 齒輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 齒輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與齒輪的幾何尺寸、材料、加工方法及使用要求等因素有關(guān)。 因此進(jìn)行齒輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，必須考慮上述各方面的因素。具體設(shè)計(jì)如下： 齒輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有以下原則：當(dāng)齒頂圓直徑小于 160mm 時(shí)，一般做成實(shí)心結(jié)構(gòu)； 當(dāng)齒頂圓直徑在 160～500mm 之間時(shí)，一般做成腹板式結(jié)構(gòu)。 1) 小齒輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 因小齒輪齒頂圓直徑 <160mm，本設(shè)計(jì)選用實(shí)心結(jié)構(gòu)，即盤式齒輪。75adm? 其結(jié)構(gòu)尺寸為： ，則 2.37.5em???。(2~.)e?*750aadh??? 2) 大齒輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 因?yàn)榇簖X輪分度圓直徑 ＝ = mm=147mm <160mm，所以大齒輪同樣adzA349? 選為實(shí)心結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)與小齒輪一樣。 3) 大齒輪和小齒輪參數(shù)如下所示 名稱 參數(shù)代號(hào) 小齒輪參數(shù) 大齒輪參數(shù) 模數(shù) m 3 3 齒數(shù) z 25 49 分度圓直徑 d 75 147 3.4.2 齒輪的計(jì)算及校核 1. 齒輪的計(jì)算和校核 ① 按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì) 查《機(jī)械設(shè)計(jì)》得： 21312.()[]tEtdHkTZ????? 河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 20 ② 確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值 ③ 選載荷系數(shù) 1.3tK? ④ 計(jì)算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩： 5119.0/TPn? 由《機(jī)械設(shè)計(jì)便覽》表 41－2“各種性能減速器主要性能比較”查得減速器效 率為 η＝95％～96％；由 《實(shí)用機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》查得軸承效率為 η＝99％；聯(lián)軸器效 率為 99％。主軸箱齒輪布置為六個(gè)小齒輪均勻分布在一個(gè)大齒輪的邊沿，并被大齒 輪帶動(dòng)，所以主軸箱輸出功率為： '12316P??? 式中各參數(shù)含義： '－輸入減速器的功率1 －減速器效率2? －聯(lián)軸器效率3 －滾動(dòng)軸承效率 將 'P＝7.35， 1?＝95％， ＝99％， 3＝99％代入上式得：17.59%96P???6.kW.29 ⑤ 小齒輪轉(zhuǎn)速的計(jì)算： 01ni? 把 代入上式，得：01272/min,7.,.96nri??0/in1..r?98.76/minr?12534dzm110.5379.5dabm?????(2~.5),2.37.7aaememdh???????即 河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 21 4125.610.937tTFNd???12,Bm146.93.45AtKd7ad?19.01.298/minkwTr?45.26N ⑥ 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表 10－7 選取齒寬系數(shù) d?＝0.53； ⑦ 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表 10－6 查得材料的彈性影響系數(shù) ； 1289.EaZMP? ⑧ 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表 10－21d 按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限 ， ；lim140HaMP??lim10HaP?? ⑨ 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表 10-13 計(jì)算應(yīng)力循環(huán)系數(shù)1698.76/min1(8305)hNnjLr??84.2908824.02.916? ⑩ 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表 10－19 查得接觸疲勞強(qiáng)度系數(shù) ， 10.93HNK?20.98HN? ； ? 計(jì)算接觸許用應(yīng)力 取失效概率為 1％，安全系數(shù)為 s=1。 ? 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》式 10－12 得：1lim[]0.9314302HNaakMPS????22li.8658Haa? 2. 按齒面接觸強(qiáng)度計(jì)算 計(jì)算小齒輪分度圓直徑 。代入 中較小的值，得：1td[]H?2132.()[]tEtdHkTZ????? 河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 22 4231.52601.98.762. ()5????6594 mm ① 計(jì)算圓周速度 V 160tdn???5.948.7.8/ms ② 計(jì)算齒寬 b td1???0.536.94.5m?? ③ 計(jì)算齒寬與齒高之比 b/h 1.2.5ttmz2..64.9th???385.b ④ 計(jì)算載荷系數(shù) 根據(jù) v＝0.686m/s，7 級(jí)精度，由《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖 10－8 查得動(dòng)載系數(shù) 。1.05vk? 假設(shè)直齒輪 ，由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表 10－3 查得：10/AtkFNmb?1.2HFkK?? ⑤ 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表 10－2 查得使用系數(shù) ；A ⑥ 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表 10－4 查得 7 級(jí)精度，小齒輪相對(duì)支承對(duì)稱布置時(shí)??bKdH 3210.6.018..1 ????????? 將數(shù)據(jù)代入，得： 95.4.53...02. 322??dH?1.87? 由 ， ，查《機(jī)械設(shè)計(jì)》10－13 得 ：54bh.k?1.45FK?? 河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 23 故載荷系數(shù) 1.0521.4AVHK?????1.427 ⑦ 按實(shí)際載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑，由《機(jī)械設(shè)計(jì)》公式 10－10a 得：3311.42765.968.tkdm??? 因初選 ，所以強(qiáng)度合格。75m? ⑧ 計(jì)算模數(shù) m 17532dmz? 3. 按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì) 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》式 10－5 得： 132()[]FaSdYkTz??? 1) 確定公式內(nèi)的各個(gè)參數(shù)值 ① 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖 10－20d 查得小齒輪和大齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度分別為：1750FEMPa?? ， 270FEPa??； ② 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表 10－18 查得彎曲疲勞壽命系數(shù) 10.9FNk?， 20.95FNK； ③ 計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力 取彎曲疲勞安全系數(shù) 1.4S，由《機(jī)械設(shè)計(jì)》式 10－12 得：10.9[] 0FNEKMPa????20.956[] 4071FNEKMPaS???? ④ 計(jì)算載荷系數(shù) k AVFk?? ⑤ 查取齒形系數(shù) 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表 10－5 查得 ；12.6,.3FaFaY? ⑥ 查取齒形校正系數(shù) 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表 10－5 查得 ；12.59,1.70SaSa ⑦ 計(jì)算大小齒輪的 并比較大[]FaSY?小 河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 24 12.6590.463[]FasY???2.317.asF 2) 設(shè)計(jì)計(jì)算 43221.475.610.0mm???? 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疲勞強(qiáng)度所決定的承載能力，而 齒面接觸強(qiáng)度的承載能力，僅與齒輪直徑有關(guān)，廠方要求的 ＝75mm，m=3 完全1d 可靠。 4. 幾何尺寸計(jì)算 1) 計(jì)算分度圓直徑 13257dmz??2491 2) 計(jì)算中心距 1275dam??? 3) 計(jì)算齒輪寬度 10.39.db?? 考慮安裝對(duì)中誤差及大小齒輪傳遞扭矩相等等因素，小齒輪齒寬應(yīng)比大齒輪寬 5～10mm，故將齒寬就近圓整為 。124,5Bm? 5. 驗(yàn)算 412.601.9375tTFNd?4.93.//AtKmb?? 故設(shè)計(jì)合理。 3.4.3 軸的設(shè)計(jì) 作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)零件，一般都安裝在軸上進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，即傳遞動(dòng)力。因此軸的 功用是支承回轉(zhuǎn)零件及傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。 河南機(jī)電高等專科學(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 25 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)就是根據(jù)軸上零件的安裝、定位以及軸的制造工藝等方面的要求， 合理的確定軸的結(jié)構(gòu)和尺寸。如果軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，則會(huì)影響軸的工作能力和 軸上零件的工作可靠性，還會(huì)增加軸的制造成本和軸上零件的裝配困難。 軸的工作能力計(jì)算是指軸的強(qiáng)度、剛度和振動(dòng)穩(wěn)定性等方面的計(jì)算。一般情況 下，軸的結(jié)構(gòu)工作能力主要取決于軸的強(qiáng)度，因此在設(shè)計(jì)計(jì)算中我們只對(duì)軸的強(qiáng)度 進(jìn)行計(jì)算，防止其斷裂或塑性變形。 1 主軸的設(shè)計(jì) 1) 主軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 主軸的型式和直徑，主要取決于刀具的進(jìn)給抗力和切削扭矩或主軸—刀具系統(tǒng) 結(jié)構(gòu)上的需要。 軸的分布類型是多種多樣的，結(jié)構(gòu)各有不同，大體可以歸納成下述幾種類型： ① 單組或多組圓周分布； ② 等距或不等距直線分布； ③ 圓周或直線混合分布； ④ 任意分布。 根據(jù)廠方所提供的零件圖，本設(shè)計(jì)采用第一種類型中的單組圓周分布。單軸的 結(jié)構(gòu)如下圖： 即 2) 主軸的參數(shù)設(shè)計(jì) 主軸的分布盡管有各種各樣的類型，但通常采用的經(jīng)濟(jì)而又有效的轉(zhuǎn)動(dòng)是：用 一根傳動(dòng)軸帶動(dòng)多根主軸。本設(shè)計(jì)采用此種設(shè)計(jì)，具體方案如下：在設(shè)計(jì)傳動(dòng)系統(tǒng) 時(shí)，首先把所有主軸（6 軸）分成一組同心圓，然后在同心圓上放置一根傳動(dòng)軸， 來帶動(dòng)一組主軸。接著再用此轉(zhuǎn)動(dòng)軸與動(dòng)力部件驅(qū)動(dòng)軸聯(lián)結(jié)起來。這就是通常的傳 動(dòng)布置次序，即由主軸處布置起，最后再引到動(dòng)力部件的驅(qū)動(dòng)軸上。 本設(shè)計(jì)選用剛性主軸。設(shè)計(jì)剛性主軸的主要內(nèi)容之一是選擇主軸參數(shù)。主軸參 河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 26 數(shù)確定的正確與否，對(duì)主軸的剛性將有很大的影響。在設(shè)計(jì)剛性主軸時(shí)，若主軸參 數(shù)選擇不合理，則被加工零件將達(dá)不到要求的精度和光潔度。 ① 求輸出軸上的功率 由齒輪計(jì)算知 1.29pkW?876n/minr415.0T? N?mm ② 求作用在齒輪上的力 因?yàn)?13257dmz?? 則： 412.601.9375tTFNd?1146.93039.rtFCOSCS?????146.1539.7820tnFNCOS??? 式中各參數(shù)代表的含義： －小齒輪傳遞的扭矩，單位為 NAmm；1T －小齒輪的節(jié)圓直徑，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)齒輪即為分度圓直徑；da －嚙合角，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)齒輪 20??? 。 ③ 初步確定軸的最小直徑 軸的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件為： 3950[].2T TPnWd???? 式中各參數(shù)含義： －扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，單位為 Mpa；t T－軸所受的扭轉(zhuǎn)力，單位為 N?mm； －軸的抗扭截面系數(shù)，單位為 3m；tn －軸的轉(zhuǎn)速，單位為 r/min； P－軸傳遞的功率，單位為 KW；d －計(jì)算截面處軸的直徑，單位為 mm； －許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，單位為 MPa。[]t? 河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 27 選取軸的材料為 45 號(hào)鋼（調(diào)質(zhì)處理） ， 值在 25～45 之間， 值在 103～126[]t?0A 之間，本設(shè)計(jì)取 =126，由上式計(jì)算得軸的直徑：0A33095.2[]tpdAn???33min01.962.587Am?? 軸的直徑，考慮鍵槽的削弱影響，對(duì)于單鍵 d 增大 4％～5％，則 d=23.6mm， 因?yàn)閺S方要求主軸強(qiáng)度要留有一定的富裕量，圓整為 30mm。 2. 大齒輪軸的設(shè)計(jì) 1) 大齒輪軸的轉(zhuǎn)速計(jì)算 已知大齒輪軸的功率 ，轉(zhuǎn)速 和轉(zhuǎn)矩 ，則：2p2n2T13`p?? 式中各參數(shù)含義： －電動(dòng)機(jī)輸出功率；?1 －減速器效率；2 －連軸器效率；3? －滾動(dòng)軸承效率。 將 ,P＝7.35kw， 1=95%， =99%， 3=99%代入上式27.59%9P?? ＝6.844kw 則大齒輪轉(zhuǎn)速 027/min10.4/in.1nrri?? 5122 104.6.10895950????PTmN? 2) 大齒輪軸的受力分析 已知低速級(jí)大齒輪的分度圓直徑為： 234917dz?? 則： .8614705.621?dTFt mN? 又因?yàn)榱鶄€(gè)小齒輪均布在大齒輪周圍，徑向力相互抵消，故 理論值為零。2rF 3) 初步確定軸的最小直徑 河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 28 選取軸的材料為 45 號(hào)鋼（調(diào)制處理） 。根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)》表 15－3 取 ，0126A? 則： 233min06.84151.0PdAm??? 考慮到鍵槽的削弱影響，對(duì)于雙鍵 d 增大 7％～10％（本設(shè)計(jì)因單鍵強(qiáng)度不夠， 不符合要求，故選用雙鍵） ，則：mini10%5.31056.43d??????? 就近圓整為 60mm。 輸入軸的最小直徑顯然是聯(lián)結(jié)聯(lián)軸器處軸的直徑，為了使所選軸的直徑與連軸 器的孔徑相適應(yīng)，故需要同時(shí)選聯(lián)軸器的型號(hào)。 聯(lián)軸器的計(jì)算轉(zhuǎn)矩： 2caATK? 查《機(jī)械設(shè)計(jì)》表 10－2，考慮到載荷均勻平穩(wěn)，故取 ，則： 1Ak?52104.6?Aca mN???. 按計(jì)算轉(zhuǎn)矩 應(yīng)小于聯(lián)軸器工程轉(zhuǎn)矩額定條件，查《機(jī)械設(shè)計(jì)師手冊(cè)》標(biāo)準(zhǔn)caT (GB/T5015-1985)，選用 TL8 型彈性套住銷聯(lián)軸器。其公稱轉(zhuǎn)矩為 710Nm，許用轉(zhuǎn) 速為 3000r/min，滿足使用要求。 3. 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 1) 主軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)： ① 根據(jù)軸向定位要求確定軸各段直徑和長(zhǎng)度 主軸軸徑 d＝30mm，所選軸承型號(hào)為 7207，其尺寸為 306217.5dDT???， 取齒輪距箱體內(nèi)壁距離為 16mm；軸承端蓋總寬度為 20mm；軸承距箱體內(nèi)壁距離為 2mm；齒輪寬為 40mm，則軸 I—II 段的長(zhǎng)度為 100mm。 ② 軸上零件的周向定位 齒輪與軸的周向定位采用平鍵連接。 2) 大齒輪軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ① 根據(jù)軸向定位的要求確定軸各段的直徑和長(zhǎng)度 現(xiàn)已知安裝聯(lián)軸器處軸的直徑，即 河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 29 ，安裝齒輪處的軸段考慮到鍵槽的削弱影響，取 。半聯(lián)軸器與15dm? 160dm? 軸配合的轂孔長(zhǎng)度 L＝112mm，取 108ILm??。 安裝齒輪處軸徑 d 取 60mm，取齒輪距箱體內(nèi)壁的距離 a=16mm；取軸承距箱 體內(nèi)壁距離為 s=8mm。已知軸承寬度 T=22mm，大齒輪寬 B=35mm，與聯(lián)軸器相配 合的套筒長(zhǎng)度根據(jù)聯(lián)軸器的尺寸 A 定位 d=102mm，則軸 II－III 的長(zhǎng)度為 d=102mm.。 2()lTsaBd?? =2×(22＋46＋8＋16)＋35 ＋(102 －4) =225mm 根據(jù) 212 軸承的安裝尺寸 ，選取套筒厚度 4.5mm。1D ② 初選滾動(dòng)軸承 因軸承除承受軸的重力外，幾乎不受軸向力，故選用深溝球軸承。 ③ 齒輪、半聯(lián)軸器與軸向定位均采用平鍵聯(lián)接，查《實(shí)用機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》續(xù)表 3－1 選取 14×9 的鍵，公稱長(zhǎng)度為 100mm。為了保證齒輪與軸配合具有良好的對(duì)中 性，選用齒輪輪轂與軸的配合為 H7/h6；同時(shí)半聯(lián)軸器與軸的聯(lián)接，選用平鍵 14mm×9mm，其配合為 H7/k6。滾動(dòng)軸承與軸的周向定位是借過渡配合來保證的， 此處選軸的直徑尺寸公差為 m6。 ④ 確定軸的圓角和倒角尺寸 參考《機(jī)械設(shè)計(jì)》表 15－2，取軸端倒角為 2×45。 ，各軸肩處圓角半徑取 R=2。 大齒輪軸的結(jié)構(gòu)如下圖： 大 齒 輪 軸 河南機(jī)電高等專科學(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 30 3.5 夾緊機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 3.5.1 概述 零件在工藝規(guī)格制定以后，就要按工藝規(guī)格順序進(jìn)行加工。加工中除了需要機(jī) 床，刀具，量具之外，成批生產(chǎn)時(shí)還需要用機(jī)床夾具。它們是機(jī)床和工件之間的連 接裝置，是將工件進(jìn)行定位、加緊；將刀具進(jìn)行導(dǎo)向或?qū)Φ叮员ＷC工件和刀具間 的相對(duì)位置關(guān)系的附加裝置，使工件相對(duì)于機(jī)床或刀具獲得正確位置。機(jī)床夾具的 好壞直接影響工件加工表面的位置精度，所以機(jī)床夾具設(shè)計(jì)是裝配設(shè)計(jì)中一項(xiàng)重要 的工作，是加工過程中最活躍的因素之一。 一．一般夾具的組成 1. 定位元件 起定位作用，保證工件相對(duì)夾具的位置，可以用六點(diǎn)定位原理來分析其所受限 制的自由度。 2. 加緊裝置 將工件加緊，以保證在加工時(shí)保持所限制的自由度。 3. 導(dǎo)向元件和對(duì)刀裝置 用來保證刀具相對(duì)于夾具的位置。本設(shè)計(jì)為擴(kuò)鉸孔，需要夾具具有導(dǎo)向作用。 4. 連接元件 是用來保證夾具和機(jī)床工作臺(tái)之間的相對(duì)位置。對(duì)于鉆床夾具，由于孔加工刀 具加工時(shí)只是沿軸向進(jìn)給就可完成，用導(dǎo)向元件就可以保證相對(duì)位置，因此在將夾 具安裝在工作臺(tái)上時(shí)，用導(dǎo)向元件直接對(duì)刀具進(jìn)行定位，不必再用連接元件定位了， 所以一般鉆床夾具沒有連接元件。 二．夾緊機(jī)構(gòu)的功能 1. 保證加工精度； 2. 提高生產(chǎn)率； 3. 擴(kuò)大機(jī)床的使用范圍； 4. 減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，保證生產(chǎn)安全。 三． 加緊機(jī)構(gòu)應(yīng)滿足的要求 1. 保證加工精度； 2. 夾具的總體方案應(yīng)與年生產(chǎn)綱領(lǐng)相適應(yīng)； 河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 31 3. 安全，方便，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度； 4. 排屑順暢； 5. 機(jī)床夾具應(yīng)有良好的強(qiáng)度，剛度和結(jié)構(gòu)工藝性。 四． 機(jī)構(gòu)的夾緊過程 1) 消除間隙階段：從原動(dòng)操作部分開始動(dòng)作起，到各傳動(dòng)構(gòu)件之間，以及夾緊 元件與被夾緊部件之間完全消除間隙，開始接觸為止； 2) 加力與變形階段：夾緊元件被夾緊部位的壓力從零開始逐漸增加，同時(shí)各傳 動(dòng)軸構(gòu)件也由于受力而發(fā)生彈性變形，直到夾緊元件對(duì)被夾緊部位的夾緊力達(dá)到預(yù) 定值為止。 3.5.2 夾緊機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)機(jī)床的加緊機(jī)構(gòu)前，應(yīng)明確該部件的工作條件： 1. 作用于部件上切削力的大小，方向和作用點(diǎn)的坐標(biāo)位置； 2. 部件的支承情況，即有關(guān)導(dǎo)軌以及部件與導(dǎo)軌接觸處的各項(xiàng)幾何尺寸； 3. 部件的重量以及重心的坐標(biāo)位置。 以上工作條件，本設(shè)計(jì)在機(jī)床總體設(shè)計(jì)與布局情況下已求得，現(xiàn)選擇夾緊力作 用點(diǎn)，夾緊力作用點(diǎn)選擇的原則為： 1. 盡可能以最小夾緊力取得防止機(jī)床部件滑移，顛覆和回轉(zhuǎn)的最大效果； 2. 夾緊點(diǎn)布置在被夾緊零部件上剛度較大的部位，減少夾緊力引起的變形； 3. 盡量減少夾緊機(jī)構(gòu)在夾緊、松開機(jī)床部件時(shí)的位移，保證定位精度。 本設(shè)計(jì)夾緊點(diǎn)選在六個(gè)圓周孔的外邊緣位置。此處離要加工孔的位置較近，可 以用較小的夾緊力達(dá)到預(yù)期的夾緊效果，且此處剛度較大，受夾緊力所產(chǎn)生的變形 較小。夾具的結(jié)構(gòu)如下圖： 河南機(jī)電高等專科學(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 32 4 支承件的設(shè)計(jì) 4.1 概述 4.1.1 支承件的功能 機(jī)床的支承件是指床身，立柱，橫梁，底座等。它們相互固定聯(lián)接成機(jī)床的基 礎(chǔ)和框架。這些件一般都比較大，所以也成為“大件” 。機(jī)床上其他零、部件可以固 定在支承件上，或者工作時(shí)在支承件的導(dǎo)軌上運(yùn)動(dòng)。工作時(shí)，刀具與工件之間相互 作用的力沿著大部分支承件逐個(gè)傳遞并使之變形，機(jī)床的動(dòng)態(tài)力會(huì)使支承件和整機(jī) 振動(dòng)，支承件的熱變形將改變執(zhí)行元件的相對(duì)位置和運(yùn)動(dòng)軌跡。以上這些，都將會(huì) 影響被加工件的加工精度和表面質(zhì)量。因此，支承件的主要功能是保證機(jī)床