普通鉆床改造為多軸鉆床,普通,鉆床,改造 華南理工學院畢業(yè)設計說明書 1 目 錄 目錄………………………………………………………………………………………………………1 中文摘要…………………………………………………………………………………………………2 ABSTRACT…………………………………………………………………………………………………3 第 1 章 緒綸……………………………………………………………………………………………4 1． 1多 軸 加 工 應 …………………………………………………………………………………4 1． 2多 軸 加 工 的 設 備 ……………………………………………………………………………4 1． 3多 軸 加 工 的 趨 勢 ……………………………………………………………………………6 第 2 章 普 通 鉆 床 改 為 多 軸 鉆 床 ……………………………………………………………………7 2． 1生 產(chǎn) 任 務 ……………………………………………………………………………………7 2．2 普通立式鉆的選型……………………………………………………………………………7 第 3 章 多 軸 齒 輪 傳 動 箱 的 設 計 ………………………………………………………………………9 3．1 設 計 前 的 準 備 …………………………………………………………………………………9 3. 2傳動系統(tǒng)的設計與計算………………………………………………………………………10 第 4 章 多 軸 箱 的 結(jié) 構(gòu) 設 計 與 零 部 件 圖 的 繪 制 ………………………………………16 4．1 箱 蓋 、 箱 體 和 中 間 板 結(jié) 構(gòu) ………………………………………………………………16 4．2 多 軸 箱 軸 的 設 計 ...................... .......... .......... ....................................16 第 5 章 導 向 裝 置 的 設 計 …………………………………………………………………………33 第 6 章 接 桿 刀 具 …………………………………………………………………………33 總 結(jié) ………………………………………………………………………………………34 參 考 文 獻 ………………………………………………………………………………………………35 中文摘要 2 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 華南理工學院畢業(yè)設計說明書 3 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 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 緒論 - 4 - 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。 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 ψ20 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?，F(xiàn)在就這方面的現(xiàn)狀作一簡介。 華南理工學院畢業(yè)設計說明書 - 5 - 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 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 300Ｘ300 毫米到 600Ｘ1050 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 緒論 - 6 - 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?？讖?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。 華南理工學院畢業(yè)設計說明書 - 7 - 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： 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.? 緒論 - 8 - (1) 確定四個孔同時加工的軸向力，公式： ?FFFknVYZdC???0 華南理工學院畢業(yè)設計說明書 - 9 - 式中： =365.9, = , =0.661, =1.217, =0.361, =1.1,FC0d31?FZFYFnFk =0.35m/s（表 15-37） [文獻 1V 則 ?F N09.4136.0527.6.019.3653 ???? 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 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) 500Ｘ375 主電動機功率(kw) 2.8 多軸齒輪傳動箱的設計 - 10 - 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 Ф10 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 i/987.64310rdns??? 根據(jù) Z525機床說明書，取 in/ns? 故實際切削速度為： min/2.0196.0Vwc ? （3）確定加工時的單件工時 一般 為 5-10mm,取 10mm切 入L [文獻 3] ??md2.10837.6~31???切 出 mL5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： i6.05.41?t 華南理工學院畢業(yè)設計說明書 - 11 - 3.2 傳動系統(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。 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 多軸齒輪箱傳動的設計 - 12 - 因為加工孔徑為 Ф10mm,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。 ① 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。 ② 在設計各個齒輪前首先明確已知條件：電機輸入功率 ,齒輪Ⅰ轉(zhuǎn)速KWP8.21? , 齒輪Ⅲ轉(zhuǎn)速 ,假設齒輪Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ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。 ③ 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Ⅰ材料為 40Cr（調(diào)質(zhì)） ，硬度為 280HBS，齒輪Ⅱ材料為 45（調(diào)質(zhì)） ，硬度為 240HBS，齒輪Ⅲ材料為 45（常化） ，硬度 210HBS; ?選齒輪Ⅰ齒數(shù) ,齒輪Ⅱ齒數(shù) ,取 .241?Z 8.2.1412????uZ29Z ④ 按齒面接觸強度設計 由設計計算公式進行試算， ?3 211 ][2. ??????????HEdtt uTKd? ? 確定公式內(nèi)的各計算數(shù)值 1)試選載荷系數(shù) ;3.1?tK 2)計算齒輪Ⅰ傳遞的轉(zhuǎn)矩 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) 2/18.9MPaZE 華南理工學院畢業(yè)設計說明書 - 13 - 5)由表 10-21d[文獻 4] 按齒面硬度查得齒輪Ⅰ的接觸疲勞強度極限？ ;MPaH601lim?? 齒輪Ⅱ的接觸疲勞強度極限？ ;MPaH502lim?? 6)由表 10-13[文獻 4] 計算應力循環(huán)次數(shù)： ??91 1087.38136060 ????hjLnN992.42/875. 7)由表 10-19[文獻 4] 查得接觸疲勞壽命系數(shù) , ;90.1?HNK95.2HN 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?SMPaSKHH54069.0][1limli1??? ;N.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. ???????????????????HEdtt ZuTKdm649.5? 2)計算圓周速度 V: smndVt /81.310649.53.106????? 3)計算齒 bdH82.49.53?? 4)計算齒寬與齒高之比 hb/ 模數(shù)： mzmtt 35.6./1?? 齒高： 02925.?th 多軸齒輪箱傳動的設計 - 14 - 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) ;1?AK 由表 10-4[文獻 4] 查得 7級精度齒輪Ⅰ相對支承非對稱布置時，??bKdH 320.6.018.2.1 ???????? 將數(shù)據(jù)代入后得： ;182.649.51.... 32???H 由 ,查圖 10-13[文獻 4]得， ;18.,3.5/??HKhb .?FK 故載荷系數(shù) 574.182.1.??????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/Kt3.1/574. 7)計算模數(shù) m m=d1/Z1=57.18/24=2.4mm,圓整為 m=25mm. ⑤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Ⅰ的彎曲疲勞極限 =500Mpa;1FE 齒輪Ⅱ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 華南理工學院畢業(yè)設計說明書 - 15 - 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? = =238.86MPa2][FFE2.3 4)計算載荷系數(shù) 532.1.21.????????FVAKK 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Ⅰ、Ⅱ的 并加以比較][FSY? = =0.013791][FSaY?57.30862? = =0.017162][Sa. 齒輪Ⅱ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 Ⅰ、Ⅱ完全嚙合的中心距，得： 多軸齒輪箱傳動的設計 - 16 - 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Ⅱ與齒輪Ⅲ完全嚙合時中心距，即 m( )=61.5231? 1. 5( )=61.573Z Z3=45 ⑥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 aⅠ Ⅱ =51mm,aⅡⅢ =61.5mm ?計算齒輪齒寬 mdb75.3.6501???? 取 BmB2,,32 ⑦驗算 Ft= = =819.2N1dT0.48196 4? = =35.66N/mm<100N/mm 合格bFKtA25 華南理工學院畢業(yè)設計說明書 - 17 - 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 ①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。 ②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. ③軸結(jié)構(gòu)設計 多軸箱的結(jié)構(gòu)設計與零部件的繪制 - 18 - ?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。 ?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 華南理工學院畢業(yè)設計說明書 - 19 - 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 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= = =39.32zy?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s??sns? =1.5,則[ ]= =237Mpas?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] 32d???tb 2? 多軸箱的結(jié)構(gòu)設計與零部件的繪制 - 20 - W= =1533.2-105.8=1427.4??2532514.?? =WTM???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 扭矩 T3及扭轉(zhuǎn)應力 為：T 3=19700 ?? = = =12.3MpaT?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 =?? dr =0.05, = =1.25,經(jīng)插值后可查得:a ,a20.1dD2053.2?6.1? 又由附圖 3-1[文獻？]可得軸提材料的敏性系數(shù)為：q ,q75.0?81.?? 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 5.6.8.??q 多軸箱的結(jié)構(gòu)設計與零部件的繪制 - 22 - 由附圖 3-2[文獻 4] 得尺寸系數(shù) 1??? 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1?q? 為： K = - -1= + =2.09?????1219.0? K = + -1= + =1.67??7.532. 計算安全系數(shù)： S = = =2.96?maK????1 01.409.25?? S = = =14.7?a??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?min/(rn轉(zhuǎn) 速 華南理工學院畢業(yè)設計說明書 - 23 - ，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 ①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。 ②軸徑的確定 根據(jù)公式 d≥A 0 (15-2) [文獻 4] 3nP =110 ，取 d=20mm8.14.16%9823?? ③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 多軸箱的結(jié)構(gòu)設計與零部件的繪制 - 24 - 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 軸上扭轉(zhuǎn)力矩為 M=9549x =9549x =23.2nP84.0136%92?mN? 周向力為 Py= = =2320NdM2310.?? 徑向力為 Pz=0.48 Py=0.48x2320=1113.6N 華南理工學院畢業(yè)設計說明書 - 25 - 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= = =32.82zy?22.34.15?mN? 按第三強度理論進行強度校核 [文獻 5]: 公式 ，W2TM W為軸的抗彎截面系數(shù)，W= - (表 15-4) [文獻 4] 32d???tb 2? W= =785-81=704??0632014.?? =TM???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 華南理工學院畢業(yè)設計說明書 - 27 - 扭矩 T3及扭轉(zhuǎn)應力 為：T 3=23200?mN? = = =34.4MpaT?W67520 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 =?? dr =0.07, = =1.33,經(jīng)插值后可查得:a ,a150.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 9.6.8.??q 由附圖 3-2[文獻 4] 得尺寸系數(shù) 1?? 由附圖 3-3[文獻 4] 得扭轉(zhuǎn)尺寸系數(shù) 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1q? 為： K = - -1= + =1.93?????184.192.0? K = + -1= + =1.58??.. 計算安全系數(shù)： S = = =2.12?maK????1 01.3679.25?? S = = =5.53?a??1 24.5.2458. 多軸箱的結(jié)構(gòu)設計與零部件的繪制 - 28 - Sca= = =1.99>S=1.52???2253.1.?? 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 ①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。 ②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。 ③軸的結(jié)構(gòu)設計： ?擇滾動軸承 華南理工學院畢業(yè)設計說明書 - 29 - 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= = =3640NdM23105.7?? 徑向力為 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 多軸箱的結(jié)構(gòu)設計與零部件的繪制 - 30 - M分別為 T=27.3 ;mN? M= = =54.62zy?22.497.3?mN? 按第三強度理論進行強度校核 [文獻 5]: 公式 ，W12TM W為軸的抗彎截面系數(shù)，W= - (表 15-4) [文獻 4] 32d???tb 2? W= =331.2-56.3=274.9??153214.?? =TM???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? 多軸箱的結(jié)構(gòu)設計與零部件的繪制 - 32 - = = =161。8Mpab?WM5.37460 扭矩 T3及扭轉(zhuǎn)應力 為：T 3=27300?mN? = = =40.4MpaT?67520 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1?q? 為： 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?a??1 24.5.243.? Sca= = =4.4>S=1.52???227.489.1? 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 華南理工學院畢業(yè)設計說明書 - 33 - 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 多軸箱的結(jié)構(gòu)設計與零部件的繪制 - 34 - 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mD0.162 mt640.? 絲直徑 ，工作圈數(shù) ,自由高度 .md8.1?30?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 華南理工學院畢業(yè)設計說明書 - 35 - 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。 總結(jié) - 36 - 總結(jié) 兩個多月的畢業(yè)設計在忙碌中就快要結(jié)束了,在這兩個多月的時間里,在畢業(yè)設計之 余還要兼顧找工作,因此,在這段時間里我覺得生活非常的充實.不但在畢業(yè)設計中鞏固 了以前的知識,而且在人生道路上學到在校園學不到的社會交際. 畢業(yè)設計是大學三年所學知識的一個考察,它兼顧了三年中所學的基礎(chǔ)和專業(yè)知識, 因此不同于以前的課程設計,畢業(yè)設計是課程設計一個質(zhì)的飛越.認識到這點,我對待畢 業(yè)設計的態(tài)度也不敢懶散,一直抱以認真謹慎的學習態(tài)度. 在接到畢業(yè)設計課題后首先要做的就是搜集各方面的資料，以前的課程設計都是 老師給出的，不用自己去煩惱。但是畢業(yè)設計就不同了，它是一個綜合設計，很多資 料，數(shù)據(jù)都需要自己通過各種途徑搜集得到。因此經(jīng)常跑圖書館。但是《組合機床設 計》找遍整個圖書館都找不到。然而我的設計是根據(jù)這本書上所講的設計方法來做的， 找不到絕對是一個沉重的打擊。幸好，在指導老師的指引和幫助下在機械系資料室找 到了。在以后的設計中， 《組合機床設計》起到了很大的作用，是我畢業(yè)設計能順利 按時完成的法寶。 接下來的工作根以前課程設計都差不多了，寫說明書，繪圖。但是最后就多了 一步以前課程設計從未出現(xiàn)過的，就是實體繪制。在使用 Pro/E前，只是學過去時 CAXA，因此有點害怕實體繪制。但是路還是要繼續(xù)走下去的，不能因為畏懼就停下來 的，更何況這是我畢業(yè)設計的最后一關(guān)呢。因此面對這道難關(guān)，我決定勇敢地面對。 于是去圖書館借來了許多 Pro/E的書來看，從書店買來例題分析的書來研究。在繪制 過程中遇到了不少的問題，但在自己探索，同學的幫助，老師的指引下，我的實體還 是趕上了。當時我真的很高興，按時完成自然值得高興，但我覺得更自豪的是通過自 學，我學會了許多以前在學習中學不到的東西，那只有通過自學才會領(lǐng)悟得到的。畢 竟就快離開校園，走向社會了，在將來的人生道路上，學習是陪伴我們終生的，正所 謂“活到老，學到老” ，在人生道路上很多知識都是自學而獲得的。 在這里我要向在畢業(yè)設計中幫助過我的老師、同學、家人致謝，因為他們在整個設 計中給予了我很多幫助和動力。特別是我的指導老師，他不惜勞苦，因此設計過程中 很多問題都能及時得到解決。 總的來講，整個畢業(yè)設計給我留下深刻的印象，不僅僅是由于設計時間長，更多的是在畢業(yè) 設計中我嘗到了辛、酸、苦、甜，它會是人生道路上留下不可抹殺的一頁。 華南理工學院畢業(yè)設計說明書 - 37 - 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?？?學技術(shù)出版社,2000 參考文獻 - 38 -