組合專機-半精鏜及精鏜氣缸蓋導管孔組合機床設計(鏜削頭設計),組合,專機,半精鏜,精鏜氣,缸蓋,導管,機床,設計,鏜削頭 1前 言 在機械制造中，對單件或小批量生產(chǎn)的工件，許多工廠采用通用機床加工。由于通用機床要適應被加工零件形狀和尺寸的要求，故機床結構一般比較復雜。不僅如此，在實際加工中，由于只能單人單機操作，一道一道工序地完成，所以工人的勞動強度大、生產(chǎn)率低，工件的加工質量也不穩(wěn)定。 針對以上的問題，組合機床便出現(xiàn)并逐步發(fā)展起來。組合機床是根據(jù)加工需要，以大量通用部件為基礎，配以少量專用部件組成一種高效組合機床。組合機床一般采用多軸、多刀、多工序、多面或多工位同時加工的方法，生產(chǎn)效率比通用機床高幾倍至幾十倍。 組合機床一般用于加工箱體類或特殊形式的零件。加工時，工件一般不旋轉，有刀具的旋轉運動和刀具與工件的相對進給運動來實現(xiàn)各種加工。組合機床的設計，目前基本上有兩種方式：第一，是根據(jù)具體加工對象的特征進行專門設計，這是當前最普遍也是最實用的做法。第二，隨著組合機床在我國機械行業(yè)的廣泛使用，廣大工人和技術人員總結出生產(chǎn)和使用組合機床的經(jīng)驗，發(fā)現(xiàn)組合機床不僅在其組成部件方面有共性，可設計成通用部件，而且一些行業(yè)在完成一定工藝范圍內的組合機床是極其相似的，有可能設計成通用部件，這種機床稱為“專用組合機床”。這種組合機床不需要每次按具體對象進行專門設計和生產(chǎn)，而是設計成通用品種，組織成批量生產(chǎn)，然后按被加工零件的具體需要，配以簡單的夾具和刀具，即可組成加工一定對象的高效率設備。 為了使組合機床能在中小批量生產(chǎn)中得到應用，往往需要應用成組技術，把結構和工藝相似的零件集中在一臺組合機床上加工，以提高機床的利用率。 該課題是數(shù)控氣缸蓋導管孔組合機床的主軸箱設計。該課題來源于高精公司。這次設計任務是組合機床主軸箱部分的設計。主軸箱設計是該次設計中一個重要的傳動部分的設計。首先，在同組同學完成對組合機床的總體設計并繪制出“三圖一卡”的基礎上，繪制主軸箱設計的原始依據(jù)圖；接著確定主軸結構；然后根據(jù)被加工孔的位置，擬定傳動系統(tǒng)。這里應注意軸與軸的最小間距應符合規(guī)定要求，避免產(chǎn)生干涉，這一步是主軸箱設計的核心部分；第四步，計算并校核主軸是否符強度要求，其中包括對主軸配套軸承的校核；第五步，設計計算同步帶傳動裝置；最后，繪制出相應的主軸箱圖和同步帶圖以及它們的一些零件圖。 整個畢業(yè)設計，需要查閱大量的資料作為參考，在設計過程中必須考慮各個方面的問題，要從機床的合理性、經(jīng)濟性、工藝性、實用性以及被加工零件的具體要求出發(fā)，確立合理的設計方案。要不斷地檢查目標的完成情況，這樣才能發(fā)現(xiàn)自己存在的不足，遇到的問題也要及時請教指導老師，研究堅決的方法，得到進步。最終在老師的耐心和認真負責的指導下，順利完成了這個畢業(yè)設計。 2組合機床總體設計 2.1工藝方案的擬訂 工藝方案制定的正確與否是在很大程度上決定了組合機床的結構配置和使用性能。因此，應根據(jù)工件的形狀和加工要求的特點，按一定的原則，結合組合機床常用的工藝方法，充分考慮到各種因素，并經(jīng)技術經(jīng)濟分析后擬訂出先進，合理、經(jīng)濟、可靠的工藝方案。選擇工藝基面和定位方式是制定工藝方案的關鍵所在。 確定組合機床工藝方案的基本原則： a.粗精加工分開原則： 粗加工時的切削負荷較大，切削產(chǎn)生的熱變形、較大佳壓力引起的工件變形以及切削振動等，對精加工十分不利，影響加工尺寸精度和表面粗糙度。因此，在擬訂工件一個連續(xù)的多工藝過程時，應選擇粗精加工分開的原則。 b.工序集中原則： 適當考慮相同類型工序的集中，在條件允許時，把相同的工序集中在儀態(tài)機床或同一工位上進行加工能簡化循環(huán)和結構；有相對位置要求的工序集中，加工對于相互間有嚴格的位置精度的孔的精加工應集中在一臺機床上一次安裝下完成，并且孔的粗精加工最好集中在一臺機床上完成，這樣可以使精加工余量分布均勻，更利于保證加工精度。 2.2切削用量的確定 進給量按復合刀具中最小直徑的單個刀具選擇。在選擇進給量時， 除了考慮被加工工件要求的表面粗糙度外， 還應考慮直徑最小或切削深度最大的那把單個刀具的強度。切削速度按復合刀具中最大直徑的單個刀具選擇?？砂吹毒哳A定的耐用度選取或計算。切削用量的選擇要保證最高精度孔或外圓的精度以及表面粗糙度的要求，并考慮各單個刀具的特點。 合理地選擇切削用量，即確定合理的切削速度和工作進給量，能使組合機床以最少的停車損失，最高的生產(chǎn)效率，最長的刀具壽命和最好的加工質量也就是多、快、好、省地進行生產(chǎn)。 查文獻資料[6]得： 表2-1孔加工常用工序間余量 加工工序 加工孔徑 直徑上工序間余量 鉸孔 10-20 0.10-0.20 半精鏜 10-20 0.07-0.12 精鏜 30-130 0.25-0.40 半精加工：閥座孔，導管孔； 精加工：閥座孔，導管孔； 查文獻資料[6]得： 表2-2鏜孔切削用量 工序 刀具材料 鑄鐵 半精鏜 硬質合金 50-70 0.15-0.45 精鏜 硬質合金 70-90 0.12-0.15 為了便于數(shù)據(jù)的統(tǒng)一，半精加工和精加工中均取。 切削速度的計算： 粗加工： A.半精加工(排氣) a.槍鉸導管孔 根據(jù)以上的查表，選擇，。 由 （2-1） —切削速度，單位為。 =3.14×14.8×1500/1000=69.7 b.鏜閥座孔 根據(jù)以上的查表，選擇， 由 —切削速度，單位為m/min。 =3.14×47.8×466/1000=70 B.半精加工(進氣) a.槍鉸導管孔 根據(jù)以上的查表，選擇， 由 —切削速度，單位為。 =3.14×14.8×1500/1000=69.7 b.鏜閥座孔 根據(jù)以上的查表，選擇， 由 —切削速度，單位為。 =3.14×44.8×466/1000=65.6 C.精加工(排氣) a.槍鉸導管孔 根據(jù)以上的查表，選擇， 由 —切削速度，單位為。 =3.14×15×1500/1000=70.7 b.鏜閥座孔 根據(jù)以上的查表，選擇， 由 —切削速度，單位為。 =3.14×48×1500/1000=70.2 D.精加工(進氣) a.槍鉸導管孔 根據(jù)以上的查表，選擇， 由 —切削速度，單位為。 =3.14×15×1500/1000=70.7 b.鏜閥座孔 根據(jù)以上的查表，選擇， 由 —切削速度，單位為。 =3.14×45×466/1000=65.8 計算切削力、切削扭矩及切削功率： 根據(jù)選定的切削用量（主要指切削速度及進給量），確定進給力，作為選擇動力滑臺及設計夾具的依據(jù)；確定切削轉矩，用以確定主軸及其傳動部件的尺寸；確定切削功率，用作選擇主傳動電機（一般指動力箱電機）功率。 根據(jù)[6]表6-20組合機床切削用量計算圖中推薦的切削力、轉矩及功率公式查出采用硬質合金刀具鏜孔的切削力、切削轉矩和功率（缸體材料為灰鑄鐵）的計算公式如下： 切削力 （2-2） （2-3） 轉矩 （2-4） 功率 （2-5） 公式中：—切削速度（）；—進給量（）； —切削深度（）； —加工直徑（）；—圓周力（N）；—軸向切削力（N）； —布氏硬度：； （2-6） 在本設計中，，，代入公式（2-6）得。 半精加工：（排氣） 槍鉸導管孔： ；； ；； 鏜閥座孔： ；； ；； 半精加工：（進氣） 槍鉸導管孔： ；； ；； 鏜閥座孔： ；； ；； 精加工：（排氣） 槍鉸導管孔： ；； ；； 鏜閥座孔： ；； ；； 精加工：（進氣） 槍鉸導管孔: ；； ；； 鏜閥座孔： ；； ；； 動力部件工作循環(huán)及行程的確定： a.工作進給長度的確定 工作進給長度應等于加工部位長度（多軸加工時應按最長孔計算）與刀具切入長度和切出長度之和。即，切入長度一般為，根據(jù)工件端面的誤差情況確定。 鏜孔的切入長度為； 鏜孔的切入長度為。 排氣孔的工進長度的確定：本設計中槍鉸導管孔切入長度取，切出長度為，所以；鏜閥座孔切入長度取5，切出長度為0，所以。 進氣孔的工進長度的確定：本設計中槍鉸導管孔切入長度取，切出長度為，所以；鏜閥座孔切入長度取，切出長度為0，所以。 半精加工中和精加工中的進、排氣孔的工進長度相同。 b.快速引進長度的確定 快速引進是指動力部件把刀具送到工作進給位置，其長度按具體情況確定。本設計快速引進長度為。 c.快速退回長度的確定 快速退回的長度等于快速引進和工作進給長度之和。由已確定的快速引進和 工作進給長度可知，快速退回長度分別為。 d.動力部件總行程的確定。 本設計中采用兩數(shù)控機械滑臺的前備量取，后備量??；總行程為。 圖2-1 動力部件行程圖 2.3組合機床總體設計——“三圖一卡” 繪制組合機床“三圖一卡”，就是針對具體零件，在選定的工藝和結構方案的基礎上，進行組合機床總體方案圖樣文件設計。其內容包括：繪制被加工零件工序圖、加工示意圖、機床聯(lián)系尺寸總圖和編制生產(chǎn)率計算卡。 2.3.1被加工零件工序圖 被加工零件工序圖是根據(jù)制定的工藝方案，表示所設計的組合機床(或自動線)上完成的工藝內容,加工部位的尺寸精度，表面粗糙度及技術要求，加工用的定位基準,夾壓部件以及被加工零件的材料，硬度和本機床的前加工余量,毛坯或半成品情況的圖樣。除了設計研制合同外，它是組合機床設計的具體依據(jù)，也是制造、使用,調整和檢驗機床精度的重要文件，是在被加工零件圖基礎上，突出本機床的加工內容，并作必要的說明而繪制的。 A.被加工零件工序圖主要內容包括： a.被加工零件的形狀和主要輪廓尺寸以及與本工序機床設計有關部位結構形狀和尺寸。 b.本工序所選用的定位基準、夾壓部位及夾緊方向。 c.本工序加工表面尺寸、精度、表面粗糙度、形位公差等技術要求以及對上道工序的技術要求。 d.注明被加工零件的名稱、編號、材料、硬度以及加工部位的余量。 圖2-2半精鏜加工零件工序圖 圖2-3精鏜加工零件工序圖 B.繪制被加工零件工序圖的規(guī)定及注意事項： a.繪制被加工零件工序圖應按一定的比例，繪制足夠的視圖以及剖面；本工序加工部位用粗實線表示；定位用定位基準符號表示，并用下標數(shù)表明消除自由度符號；夾緊用夾緊符號表示；輔助支撐用支撐符號表示。 b.繪制被加工零件圖應注意本工序加工部位的位置尺寸應與定位基準直接發(fā)生關系。 對工件毛坯應有要求，對孔的加工余量要認真分析。 當本工序有特殊要求時必須注明。被加工零件工序圖如圖2-2、2-3所示。 名稱及編號:氣缸蓋世無雙150440081 材料及硬度:HT250 ，150-225HBS 重量：小于30KGB 圖中符號： ---夾緊位置 --定位基準 2.3.2加工示意圖 圖2-4 半精鏜加工零件示意圖 加工示意圖是在工藝方案和機床總體方案初步確定的基礎上繪制的，是表示被零件在機床上的加工過程，刀具、輔助的布置狀況以及工件、夾具、刀具等機床各部件間的相對位置關系，機床的工作行程及工作循環(huán)等。加工示意圖是繪制機床總體聯(lián)系尺寸圖的主要依據(jù)；是對機床總體布局和性能的原始要求；也是調整機床和刀具所必須的重要技術文件。加工示意圖是在工藝方案和機床總體方案初步確定的基礎上繪制的，是表達工藝方案具體內容的機床工藝方案圖，它是設計刀具、輔具、夾具、多軸箱、電氣系統(tǒng)以及選擇動力部件，繪制機床總體聯(lián)系尺寸圖的主要依據(jù)； 是對機床總體布局和性能的原始要求；也是調整機床和刀具所必需的重要技術文件。加工示意圖應表達和標注的內容有：機床的加工方法，切削用量，聯(lián)系尺寸；主軸結構類型、尺寸及外伸長度；刀具類型、數(shù)量和結構尺寸(直徑和長度)；接桿(包括鏜桿)、浮動卡頭、導向裝置等結構尺寸；刀具、導向套之間的配合，刀具、接桿、主軸之間的連接方式及配合尺寸等。零件加工的工藝方案要通過加工示意圖反映出來。 圖2-5 精鏜加工零件示意圖 2.3.3機床聯(lián)系尺寸圖 機床聯(lián)系尺寸圖是以被加工零件工序圖和加工示意圖為依據(jù)，并按初步選定的主要通用部件以及確定的專用部件的總體結構而繪制的。是用來表示機床的配置型式和布局。用以檢驗各主要部件相對位置幾尺寸聯(lián)系能否滿足加工要求和通用部件選擇是否合適；它為多軸箱、夾具等專用部件設計提供重要依據(jù)；它可以看成是機床總體外觀簡圖。 機床聯(lián)系尺寸圖表示的內容： a.表明機床的配置型式和總布局。 b.完整齊全地反映各部件間的主要裝配關系和聯(lián)系尺寸、專用部件的主要輪廓 尺寸、運動部件的運動極限位置及各滑臺工作循環(huán)總的工作行程和前后行程備量尺寸。 c.標注主要通用部件的規(guī)格代號和電動機的型號、功率及轉速，并標注機床分組編號及組件名稱。 圖2-6機床聯(lián)系尺寸圖 2.3.4機床生產(chǎn)率計算卡 生產(chǎn)率計算卡是反映機床生產(chǎn)節(jié)拍或實際生產(chǎn)率和切削量、動作時間、生產(chǎn)綱領及負荷率等關系的技術文件。它是用戶驗收機床生產(chǎn)效率的重要依據(jù)。 a.理想生產(chǎn)率Q 理想生產(chǎn)率Q是指完成年生產(chǎn)綱領A所要求的機床生產(chǎn)率。它與全年工時總數(shù)有關。根據(jù)文獻資料[6]P51得： （2-6） 公式中：A—年生產(chǎn)綱領（件），本課題中為50000件； —全年工時總數(shù)，本課題以單班制計算， 則 c.實際生產(chǎn)率 實際生產(chǎn)率是指所設計的機床每小時實際可生產(chǎn)才零件數(shù)量。即公式 （2-7） 公式中：—生產(chǎn)一個零件所需時間 則 c.機床負荷率 機床負荷率為理想生產(chǎn)率與實際生產(chǎn)率之比。即文獻資料[6]P52公式[3] （2-8） 當時，機床負荷率為二者之比。組合機床負荷率一般為，自動線負荷率為。對于精密度較高、自動化程度高或多品種組合機床，宜適當降低負荷率。 生產(chǎn)率計算卡如表2-3、2-4所示 表2-3 半精加工機床生產(chǎn)率計算卡 表2-4精加工機床生產(chǎn)率計算卡 3 組合機床主軸箱設計 3.1概述 主軸箱是組合機床的重要部件之一，它關系到整臺組合機床質量的好壞。主軸箱是根據(jù)加工示意圖所確定的工件加工孔的數(shù)量和位置、切削用量和主軸類型設計的傳遞各主軸運動的動力部件。其動力來自通用的動力箱，與動力箱一起安裝在進給滑臺，可完成鉆、鉸、擴、鏜等加工工序。 組合機床的設計，目前最普遍采用的方式是根據(jù)具體加工對象的特征進行專門設計，這是當前最實用的做法。 3.2 主軸箱的設計步驟與內容 本人的設計任務是氣缸蓋專用鏜孔組合機床主軸箱部分的設計。設計的依據(jù)是“三圖一卡”。 主軸箱箱體材料：HT200 鑄件須經(jīng)過人工時效，鑄件不得砂眼、氣孔、裂紋、縮松等情況。人工時效要在粗加工后進行。 3.2.1繪置主軸箱原始依據(jù)圖 主軸箱設計原始依據(jù)圖就是根據(jù)“三圖一卡”整編繪出主軸箱設計的原始要求和已知條件。 在設計此圖時，從“三圖一卡”中已知： a.兩孔的位置關系尺寸。 b.工件放置在主軸箱對面氣缸蓋被加工孔1中心線與主軸箱中心線重合。 c.主軸孔高度為100毫米。 d.箱體輪廓尺寸：寬×高為300×250毫米。 根據(jù)這些數(shù)據(jù)，可編制出主軸箱設計原始依據(jù)圖如圖3-1和附表3-1所示。 1） 2） 圖3-1原始依據(jù)圖 1、2—主軸孔 3、4—主軸孔 圖中雙點劃線為被加工零件輪廓。 表3-1主軸外伸尺寸及切削用 軸號 工序內容 加工孔直徑 主軸直徑 主軸外伸尺寸 鏜桿直徑 1 半精鏜 60-80 30 69.7 1500 80 半精鏜 60-80 30 70 466 80 2 半精鏜 60-80 30 69.7 1500 80 半精鏜 60-80 30 65.6 466 80 3 精鏜 60-80 30 70.7 1500 80 精鏜 60-80 30 70.2 466 80 4 精鏜 60-80 30 70.7 1500 80 精鏜 60-80 30 70.2 466 80 3.2.2軸的結構工藝 為了主軸的結構便于加工、裝配、拆卸、測量和維修等，使其生產(chǎn)率高、成本低，所以應盡量使主軸的結構簡單，工藝性好，軸的直徑變化應盡量少，應盡量限制軸的最大直徑及各軸段間的直徑差。這樣既能簡化軸的結構、節(jié)省材料，又可減少切削量。 各軸段的軸端應制成45度的倒角；為便于拆卸軸承，其定位軸肩應低于軸承內圈高度。如果軸肩高度無法降低，則應在軸上開槽；需要切制螺紋的軸段應留有螺紋退刀槽，需要磨削加工的軸段應留有砂輪越程槽。 3.2.3傳動系統(tǒng)的設計與計算 主軸箱的傳動系統(tǒng)設計，就是通過一定的傳動鏈把驅動軸傳來的動力和轉速要求分配到各主軸。傳動設計的好壞，將直接影響到主軸箱的質量，通用化程度、設計和制造工作量的大小以及成本的高低。因此，應十分重視這一設計環(huán)節(jié)，對各種傳動方案要充分討論，分析比較，從中選出最佳方案。 此主軸箱傳動系統(tǒng)的設計比較的復雜，在第4部分我作了詳細的敘述，即鏜削頭的傳動方式的設計計算。 3.2.4主軸的確定及動力計算 A.主軸材料的選擇 材料：合金鋼 牌號： 熱處理：調質 毛坯直徑：小于 抗拉強度極限：725 屈服強度極限：540 彎曲疲勞極限：355 剪切疲勞強度：200 許用彎曲應力：70 適用場合：用于載荷較大且無很大沖擊的重要軸。 B.軸的設計計算 軸的最小直徑估算 由材料力學可知，軸的扭轉強度條件為： （3-1） 公式中： —軸的扭轉切應力（） T—軸傳遞的轉矩（） P—軸傳遞的功率（） n—軸的轉速（） —軸的抗扭截面系數(shù)（） —許用扭轉切應力（） 由此推得實心圓軸的最小直徑 （）為： （3-2） 公式中：C—計算常數(shù)，取決于軸的材料和受載情況。 ， （3-3） 查參考資料[5]表11-3 取 則 = 所以軸的最小直徑為： 根據(jù)參考資料[6] 表5-19，主軸前軸承軸徑（）取。 C.軸的大致尺寸和形狀的確定 階梯軸的設計應注意以下問題： a.配合性質不同的表面，直徑應有所不同。 b.加工精度、粗糙度不同的表面，一般直徑亦有所不同。 c.與軸承配合的軸頸，其直徑必須符合滾動軸承內徑的標準系列。 d.各軸段的長度決定于軸上零件的寬度和零件固定的可靠性。軸頸的長度 通常與軸承的寬度相同。 根據(jù)參考資料[6]來設定主軸各軸段的長度尺寸： 根據(jù)以上要求得出軸的大致尺寸和形狀為： 圖3-2主軸 D.軸端連接方式 主軸軸端與同步帶輪的連接方式采用矩形花鍵連接（見圖3-3所示）。然而，帶輪與花鍵不采用直接的連接方式，而是在花鍵上配上一個特制的花鍵套（見圖3-4所示），并將帶輪安裝在花鍵套上。 圖3-3矩形花鍵連接 圖3-4花鍵套 矩形花鍵連接：圖3-3所示為矩形花鍵連接。鍵齒的兩側面為平面，形狀較為簡單，加工方便。花鍵通常要進行熱處理，表面硬度應高于40HRC。矩形花鍵連接的定心方式為小徑定心，外花鍵和內花鍵的小徑為配合面。由于制造時軸和轂上的接合面都要經(jīng)過磨削，因此能消除熱處理引起的變形，具有定心精度高、定心穩(wěn)定性好、應力集中較小、承載能力較大的特點，故應用廣泛。 花鍵連接的強度計算： 花鍵連接的失效形式和強度計算的依據(jù)及方法，與平鍵連接基本相同?；ㄦI連接的受力如圖3-5所示。假設載荷在鍵齒的工作面上均勻分布，每個鍵齒的工作表面上的壓力的合力F作用在平均直徑處，則花鍵傳遞的轉矩。引入載荷不均勻系數(shù)K考慮實際載荷在各花鍵齒上分配不均的影響。由此可得花鍵連接的強度條件為： 圖3-5 花鍵連接受力圖 （3-4） 公式中：—花鍵傳遞的轉矩，單位為； —花鍵的工作長度，單位為； —花鍵的齒數(shù)； —載荷不均勻系數(shù)，取決于齒數(shù)，一般取，齒數(shù)多時取較 小值； —花鍵齒側面的工作高度，單位為，矩形花鍵； —花鍵的平均直徑，單位為，矩形花鍵； —花鍵連接的許用擠壓應力，單位為，（見表 3-2）； —花鍵的許用壓強，單位為，（見表3-2）； 花鍵連接的零件多用強度極限不低于的鋼制造，一般需要熱處理，特別是在載荷作用下需要頻繁移動的花鍵齒，應通過熱處理獲得足夠的硬度以抵抗磨損?；ㄦI的許用擠壓應力、許用壓強見表 表3-2花鍵連接的許用擠壓應力和許用壓強 連接工作方式 使用和制造情況 齒面未經(jīng)熱處理 齒面經(jīng)過熱處理 動連接 （載荷下移動） 不良 3-10 中等 5-10 良好 10-20 注：（a）同一情況下，或的較小值用于工作時間長和較重要的場合。 （b）使用和制造情況不良的情況是指受變載荷、有雙向沖擊、振動頻率高和振幅大、潤滑不良（對動連接）、材料硬度較低或精度不高等。 3.2.5主軸密封裝置的選用 a.主軸前端密封裝置的選用 主軸前端密封裝置選用迷宮式密封裝置（見表3-3所示）。迷宮式密封裝置利用轉動元件與固定元件間所構成的曲折而狹小的縫隙及縫隙內充填的油脂達到密封目的，與其他密封配合使用，則密封效果會更好。迷宮式密封對油潤滑及脂潤滑都適用，對防塵和防漏也有較好的效果。 表3-3迷宮密封 （單位：mm） 軸徑 10-50 50-80 80-110 110-180 0.2 0.3 0.4 0.5 1 1.5 2 2.5 根據(jù)表3-3得：；；； b.主軸末端密封裝置的選用 主軸末端密封裝置選用油溝式密封裝置（見圖3-6所示）。油溝式密封裝置構造簡單，在油溝只充滿油脂，可以防止贓物和水分進入軸承，適用于脂潤滑和油潤滑且工作環(huán)境清潔的軸承。 圖3-6主軸末端密封裝置 3.2.6主軸的強度校核計算 按疲勞強度進行軸的校核計算 根據(jù)變應力的強度理論和實驗研究軸的疲勞強度安全系數(shù)S的校核。公式如下： 延性金屬材料（碳素鋼和一般合金鋼）制造的軸。 （3-5） 公式中：—只考慮正應力作用時的安全系數(shù)； —只考慮扭轉剪應力作用時的安全系數(shù)。 許用安全系數(shù) ，其值根據(jù)實踐經(jīng)驗確定。對于延性材料，當載荷確定精確，對材料性能有把握時，??；當載荷確定不夠精確，材料性能不夠均勻時，取；當載荷確定不夠精確、材料性能均勻性差時，取。 確定危險截面的確定： 危險截面應為主軸前軸承支承部分。 截面的強度校核： 該主軸為空心軸，抗彎、抗扭截面系數(shù)計算公式見參考文獻[5]表14-11 （3-6） （3-7） （3-8） 截面扭轉剪應力、彎曲正應力的應力幅 對于一般轉軸，彎曲正應力按對稱循環(huán)規(guī)律變化，故彎曲應力幅、平均應力分別為，。 在多數(shù)情況下，對于經(jīng)常正反轉，且扭矩軸相等的軸，當作對稱循環(huán)變化，即，。 （3-9） （3-10） 平均應力 彎曲、扭轉極限疲勞強度由軸的材料特性所定。 彎曲、扭轉時的有效應力集中系數(shù)，參見[5]表14-5。 彎曲、扭轉時將平均應力折算成應力幅的等效系數(shù)（其值與材料有關，可從表[5]14-1中查出） 僅有彎曲正應力時的計算安全系數(shù) （3-11） 僅有扭轉剪應力時的計算安全系數(shù) （3-12） 彎扭聯(lián)合作用下的計算安全系數(shù) （3-13） 設計安全系數(shù) 疲勞強度安全系數(shù)校核 所以疲勞強度合格，該主軸符合要求。 3.2.7主軸支承軸承的選用 a.主軸支承軸承選用 主軸支承系統(tǒng)的剛度直接影響剛性主軸的工作。 主軸本身引起的變形占2/3以上，而支承部分引起的變形也占到了將近1/3，因此對支承系統(tǒng)的剛度應引起重視。主軸的支承通常采用：滑動軸承和滾動軸承兩種。 鑒于有以上兩種情況，我們對它們進行比較，選用有效、合理的支承方式。 滑動軸承特點：抗振性好、工作平穩(wěn)、徑向尺寸小，裝配、潤滑、密封等技術要求嚴格。 滾動軸承特點：軸承尺寸小、轉速高、壽命長，裝配密封和潤滑比較簡單，并可以直接選用。 鑒于組合機床的大負荷、高轉速和高精密的要求，普通的主軸雙聯(lián)軸承結構已滿足不了要求，大多采用角接觸軸承組合設計。因為角接觸軸承可以同時承受徑向和一個方向的軸向載荷，允許的極限轉速較高。 軸承選用和配置形式對主軸剛度也有較大的影響。軸承本身的剛度除取決于軸承內部結構、滾動體的數(shù)量與尺寸外，還取決于軸承的安裝精度以及軸承的軸向間隙與徑向間隙的調整。 本主軸支承軸承選用角接觸軸承的成對使用。 成對軸承的配置安裝形式及代號： 角接觸軸承的裝置的方式不同，其支承剛性也不同。 (a) (b) ( c) 圖3-7成對軸承的配置安裝 軸承外圈窄邊相對，其接觸壓力線沿軸方向收斂，因而支承剛性減弱。如圖3-7a。 軸承外圈寬邊相對，其接觸壓力線沿軸方向擴散，因而支承剛性增強。如圖3-7b。 軸承的寬邊和軸承的窄邊靠著，即“平行”安裝，軸承接觸壓力線的方向一致，這種成對安裝結構可承受單方向的軸向力。如圖3-7c所示。 700C系列角接觸球軸承的性能、特點和適用場合： 表3-4角接觸球軸承的性能 負荷方向： 允許偏位角： 極 限 轉 速 比： 高 性能特點： 可同時承受徑向負荷和軸向負荷，也承受純軸向負荷。 適用場合幾舉例： 適用于剛性較大、跨距不大的軸；在工作中調整游隙時， 常用于蝸桿減速器、離心機、電機、穿孔機等。 所以在此鏜削頭主軸支承軸承的安裝方式為： 主軸前端軸承：兩角接觸軸承的“平行”安裝。 主軸后端軸承：兩角接觸軸承的成對使用，軸承外圈窄邊相對。 采用兩個角接觸球軸承背靠背組配，使支承點向外的擴展，縮短了主軸頭部的懸伸，大大地減少了主軸端部的撓曲變形，提高了主軸剛度。 主軸軸承的預緊：鎖緊螺母作主軸軸承軸向限位（如圖3-6所示），來保證螺母端面與軸心線有較高的垂直度。 b.主軸軸承的強度設定 一般機械中運轉的滾動軸承的主要失效形式是滾動體和座圈滾道表面產(chǎn)生疲勞點蝕或疲勞剝落。所以，大多數(shù)滾動軸承的尺寸選擇應以保證滾動軸承在規(guī)定的使用期限內不發(fā)生疲勞點蝕或疲勞剝落為計算依據(jù)。按照接觸疲勞強度計算亦即根據(jù)動態(tài)承載能力來選擇軸承的尺寸（型號）。 滾動軸承的動態(tài)承載能力計算就是保證運轉軸承在規(guī)定的使用壽命期限內不發(fā)生超過規(guī)定概率的疲勞失效的前提下，通過計算，選擇出尺寸、型號合適的軸承；或在已知軸承尺寸、型號時，計算出不在發(fā)生超過允許疲勞失效概率的前提下軸承所具有的壽命（稱預測壽命）。因此，滾動軸承的動態(tài)承載能力計算是與軸承的壽命直接聯(lián)系的。 在機械設計時，滾動軸承的預期壽命可以根據(jù)機械的類型、工作條件等確定。一般要求軸承的使用壽命等于機械的使用壽命，這樣一來可以節(jié)省維修費用；但有時會使軸承尺寸過大，導致結構不合理。為了解決這一矛盾，常把滾動軸承的預期壽命定為機械的大修或中修的間隔期限，在預期的使用壽命到達時，利用大修或中修的機會來更換軸承。但規(guī)定過短的使用壽命也是不合理的，這將使機械經(jīng)常更換軸承，影響機械的正常工作，并增加維修費用。在設計時，也可參考[5]表16-5所推薦的數(shù)值來確定軸承的預期使用壽命。 3.2.8主軸箱潤滑系統(tǒng)的設計 主軸箱潤滑系統(tǒng)的設計主要是針對主軸支承的潤滑。 主軸軸承的密封和潤滑：由于高速機床主軸轉速較高，在目前的設計中多數(shù)采用集中定量定時油霧或滴油潤滑方式。由于該主軸較長，所以采用兩個主支承加一個輔助支承的結構。前、中支承采用兩組背靠背組配的高速精密角接觸球軸承，以提高承載能力，軸承的預緊力在軸承廠已成對配磨好，屬通用組配型。后支承采用兩個輕系列深溝球軸承，軸承外圈浮動，保留游隙，防止軸向干涉。由于三個軸承孔的同軸度很難保證，所以后軸承與箱體孔的配合較松，前、中軸承用長效潤滑脂潤滑。 4組合機床傳動設計 4.1傳動方案擬訂 鏜削頭的傳動方式通常有兩種：帶傳動和齒輪傳動。 A.帶傳動的主要優(yōu)點： a.緩沖和吸振，傳動平穩(wěn)，噪聲小。 b.傳動靠摩擦力傳動，過載時與輪接觸發(fā)生打滑，可防止損壞其他零件。 c.適用于兩軸中心距較大的場合。 d.結構簡單，制造、安裝和維護等均較為方便，成本低廉。 B.帶傳動的主要缺點： a.不能保證準確的傳動比。 b.需要較大的張緊力，增大了軸和軸承的受力。 c.整個傳動裝置的外部尺寸較大，不夠緊湊。 d.帶的壽命較短，傳動效率低。 C.帶傳動適用的場合： a.速度較高的場合，多用于原動機輸出的第一級傳動。帶的工作速度一般 為5-30m/s，高速帶可達60m/s。 b.中、小功率傳動，通常不超過50Kw c.傳動比不超過7，最大到10。 d.傳動比不要十分準確。 D.齒輪傳動的一些特點： a.制造和安裝精度較高，需專門設備制造，成本較高，不宜用于較遠距離兩軸之間的傳動。 b.瞬時傳動比不變，沖擊、振動和噪聲小，能保證較好的傳動平穩(wěn)性和較高的運動精度。 c.在尺寸小、質量輕的前提下，齒輪的強度高，耐磨性好，承載能力大，能達到預期的工作壽命。 鑒于以上情況，在設計中選用帶傳動的方式。并且鏜削頭的傳動屬于原動機的第一級傳動，而且?guī)鲃涌煞乐惯^載時零件的損壞。齒輪傳動的要求相對比較的高，綜合比較采用帶傳動裝置。 4.2同步帶類型的確定 同步齒型帶是近年來發(fā)展較快的一種傳動技術。帶的工作表面制成齒形與有齒的帶輪作嚙合傳動。所以它兼有帶、鏈和齒輪傳動三者的優(yōu)點,應用范圍也比較廣泛。同步齒型帶按帶體材料可分為氯丁橡膠帶和聚氨酯橡膠帶兩種。前者強度高，抗疲勞性好，適用范圍廣；后者用于輕載傳動，與三角帶類似，所以我們在這里選用同步齒型帶的材料為氯丁橡膠。同步齒型帶的齒型通常可分為梯形和圓弧齒兩種，后者的齒形曲線較為合理，能傳遞更大的功率，所以我們在這里選用同步齒型帶的齒型為圓弧齒。帶輪上輪齒的加工應采用專門的滾刀進行滾切加工，材料常用合金鋁、鋼、鑄鐵和工程塑料等。同步齒型帶由于采用嚙合傳動，所以承載能力大、傳動效率高、不打滑、傳動比準確，適用的載荷及速度范圍比普通帶傳動廣、結構緊湊；其缺點是對制造和安裝的要求高，中心距要求也比較嚴格。 4.2.1同步帶主要參數(shù)設定 圓弧齒同步帶主要參數(shù)，根據(jù)參考資料[1]表12-1-50設定。 表4-1同步帶主要參數(shù) 齒型 型號 節(jié)距 /mm 基準帶寬所傳遞功率范圍 /Kw 基準帶寬 /mm 說明 圓弧齒 3M 3 0.001-0.9 6 5M 5 0.004-2.6 9 8M 8 0.02-14.8 20 14M 14 0.18-42 40 20M 20 2-267 115 4.2.2同步帶、帶輪的設計 A.同步帶的設計 a.圓弧齒同步帶圖，參照[1] 同步帶部分。 圖4-1圓弧齒同步帶 b.圓弧齒帶的齒型與齒寬 ，參考[1]表12-1-51。 表4-1圓弧齒帶的齒型與齒寬 圓弧齒 型號 節(jié)距 齒形角 齒根厚 齒高 齒根圓角半徑 齒頂圓角半徑 帶高 帶寬 14 9.46 6.02 1.20-1.35 4.50 1.00 85 c.圓弧齒帶的節(jié)線長度 長度代號 1196 節(jié)線長 齒數(shù) B.帶輪的設計 a.圓弧齒的齒行尺寸及偏差 ，參考[1]表12-1-59。 表4-2齒行尺寸及偏差 圓弧齒 槽型 節(jié)距 齒槽深 齒槽圓弧半徑 齒頂圓角半徑 齒槽寬 兩倍節(jié)頂距 齒形角 14 14 6.20 4.65 1.36-1.50 9.80 2.794 b.圓弧齒帶輪直徑，參考[1]表12-1-61。 表4-3帶輪直徑 類型 齒數(shù) 節(jié)徑 外徑 小帶輪 28 124.78 126.57 大帶輪 56 249.55 246.76 c.圓弧齒帶輪寬度，參考[1]表12-1-62。 表4-4帶輪寬度 齒型 槽型 輪寬代號 圓弧齒 100 104 112 C.帶輪擋圈設計 a.帶輪擋圈尺寸，參考[1]表12-1-63。 表4-5擋圈參數(shù) 槽型 擋圈最小高度 7.0-7.5 2.5 擋圈厚度t 2.5-3.0 擋圈彎曲處直徑 擋圈外徑 b.擋圈的設置 一般推薦小帶輪兩側均設擋圈，大帶輪兩側不設，如圖4-2a所示。 也可在大、小帶輪的不同側各裝單側擋圈，如圖4-2b 所示。 當時，大、小帶輪兩側均設擋圈，如圖4-2c所示。 a b c 圖4-2擋圈的設置 在這里我們選用第三種情況，在大、小帶輪兩側均設擋圈。 D.帶輪圖 本設計采用圓弧齒帶輪，電機端與帶輪b連接，主軸端與帶輪a連接。 a b 圖4-3帶輪圖 4.2.3同步帶設計計算 已知條件：（1）傳動功率；（2）小帶輪、大帶輪轉速；（3）傳動用途、載荷性質、原動機種類以及工作制度。 設計功率 （4-1） 公式中：—工況系數(shù)，見參考資料[1]表12-1-67 =0.1 —傳動功率 帶型： 節(jié)距或模數(shù)由[1]圖12-1-9選取，為使傳動平穩(wěn)，提高帶的柔性以及增加嚙合齒數(shù)，節(jié)距應盡可能選取較小值。 帶型 小帶輪齒數(shù) 見[1]表12-1-68 。帶速V和安裝尺寸允許時，盡可能選用較大，。 小帶輪節(jié)圓直徑d1，見[1]表12-1-60。 見[1]表12-1-61 帶速，若過大，則應減少或選用較小的。 （4-2） 傳動比 = （4-3） —小帶輪轉速 —大帶輪轉速 大帶輪齒數(shù) （4-4） 大帶輪節(jié)圓直徑，見[1]表12-1-61 （4-5） 初定中心距，可根據(jù)結構要求定。 （4-6） 選取 初定帶的節(jié)線長度，按[1]表12-1-57選取接近的值極其齒數(shù)。 （4-7） 節(jié)線長度 齒數(shù) 實際中心距 中心距可調整 （4-8） 小帶輪嚙合齒數(shù) 一般情況下 ，若時，可增大或不變時，采用較小的（或）。 基準額定功率，見[1]表12-1-74。 帶寬 （4-9） 見參考資料[1]表12-1-77得： 一般情況下 按[1]表12-1-51選定 作用在軸上的力 （4-10） —矢量相加修正系數(shù)，見[1]圖12-1-12 此力對軸的影響很小。 5設計小結 本機床運行平穩(wěn)，工作可靠，結構簡單，設計合理，能夠滿足加工要求，且大部分采用通用件和標準件，制造成本低，設備維修方便。 本設計的主要任務是對該組合機床主軸箱部分的設計。主軸箱是本機床設計中的一個重要的傳動部分。在本設計過程為 ：首先，在完成組合機床的總體設計并繪制出“三圖一卡”的基礎上，繪制出主軸箱設計的原始依據(jù)圖，再以通用主軸箱的聯(lián)系尺寸作為參考，繪制出主軸箱的初始圖樣；其次，參照一定的標準并結合本設計中的具體情況來確定主軸的結構；然后根據(jù)被加工孔的位置，擬定本組合機床主軸箱的傳動系統(tǒng)。傳動設計的好壞，將直接影響到主軸箱的質量，因此，應十分重視這一設計環(huán)節(jié)；接著，計算并校核主軸的強度，其中包括對主軸配套軸承的校核，并設計計算同步帶傳動裝置；最后，繪制出合理的主軸箱總圖和同步帶總圖以及與它們相應的一些零件圖。 參 考 文 獻 [1] 成大先主編.機械設計手冊單行本機械傳動[M].北京：化學工業(yè)出版社，2004. [2] 徐錦康主編.機械設計[M].北京：高等教育出版社，2004. [3] 王旭，王積森主編.機械設計[M].北京：機械工業(yè)出版社，2003. [4] 王大康，盧頌峰主編. 機械設計課程設計[M].北京：北京工業(yè)大學出版社， 2000. [5] 談嘉禎主編.新編機械設計師手冊[M].北京：中國標準出版社，2001. [6]謝家瀛主編.組合機床設計簡明手冊[M].北京：機械工業(yè)出版社，1999 [7] 吉林工業(yè)大學，吉林工學院，東北工學院主編.金屬切削機床設計[M]. 上海：上?？茖W技術出版社， 1980. [8] 沈世德主編.機械原理[M].北京：機械工業(yè)出版社， 2002. [9] 王章忠主編.機械工程材料[M]. 北京：機械工業(yè)出版社，2001. [10] 王伯平主編.互換性與測量技術基礎[M]. 北京：機械工業(yè)出版社，2003. 附 錄 圖名 圖號 圖幅 張數(shù) 1 半精加工零件工序圖 QGGZT-C1-0001 A3 1 2 精加工零件工序圖 QGGZT-C2-0001 A3 1 3 半精加工零件示意圖 QGGZT-C1-0002 A3 1 4 精加工零件示意圖 QGGZT-C2-0002 A3 1 5 精密鏜削頭 YG-02-7000 A0 1 6 主軸 YG-02-C1-7001 A2 1 7 主軸 YG-02-C2-7001 A2 1 8 蓋 YG-02-7004 A4 1 9 墊 YG-02-7005 A4 1 10 箱體 YG-02-7006 A1 1 11 法蘭盤 YG-02-7010 A4 1 12 隔墊 YG-02-7011 A4 1 13 隔墊 YG-02-7013 A4 1 14 隔套 YG-02-7014 A4 1 15 隔套 YG-02-7015 A3 1 16 法蘭盤 YG-02-7017 A4 1 17 隔離環(huán) YG-02-7018 A4 1 18 法蘭盤 YG-02-7019 A3 1 19 皮帶傳動裝置 YG-02-7200 A0 1 20 電機軸 YG-02-7205 A3 1 21 箱體 YG-02-7209 A2 1 22 花鍵套 YG-02-7215 A2 1 23 圓弧齒同步帶輪組件Ⅰ JB/T2512.2-1994-1 A3 1 24 圓弧齒同步帶輪組件Ⅱ JB/T2512.2-1994-2 A3 1 35