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畢業(yè)設計（論文） （2012屆） 題 目 機械式主軸定位裝置設計說明書 系 別 院 校 指導老師 2012年 月 日 目 錄 摘要 4 第一章 組合機床簡介 4 第二章 主軸定位器簡介 11 2.1主軸定位器在組合機床中的應用 11 2.2主軸定位器簡介 12 第三章 主軸定位器工作原理 14 第四章 機械式主軸定位裝置方案設計 15 第五章 機械式主軸定位裝置設計與計算 16 5.1電機的選擇與計算 16 5.1.1電動機的選擇 16 5.1.2電動機功率的選擇 16 5.1.3電動機轉(zhuǎn)速的選擇 16 5.1.4電動機型號確定 16 5.2 蝸輪及蝸桿的選用與校核 17 5.2.1 選擇蝸桿傳動類型 17 5. 2. 2 選擇材料 17 2.2.3 按齒面接觸疲勞強度設計 17 5.3 蝸桿與蝸輪的主要參數(shù)與幾何尺寸 18 5. 3. 1 蝸桿 18 5. 3. 2 蝸輪 19 5. 3. 3 校核齒根彎曲疲勞強度 20 5.4 軸的校核與計算 21 5.4.1 畫出受力簡圖 21 5. 4. 2 畫出扭矩圖 21 5. 4. 3 彎矩圖 22 5.5 彎矩組合圖 22 5.6 根據(jù)最大危險截面處的扭矩確定最小軸徑 22 5.7 連軸器的選擇 23 5.7.1 類型選擇 23 5.7.2 載荷計算 23 5.7.3 型號選擇 23 5.8 鍵聯(lián)接的類型和尺寸 23 5.9 蝸桿上鍵的選取與校核 24 5.10 軸承的選用 24 5. 10. 1 軸承的類型 24 5. 10. 2 軸承的游隙及軸上零件的調(diào)配 25 5. 10. 3 滾動軸承的密封裝置 26 5. 10. 4 最終主軸定位裝置設計圖 27 結(jié)論 28 致謝 29 參考文獻 30 摘 要 組合機床是根據(jù)工件加工需要，以大量系列化、標準化的通用部件為基礎，配以少量的專用部件，對一種或數(shù)種工件按預先確定的工序進行加工的高效專用機床。組合機床能夠?qū)ぜM行多刀、多軸、多面、多工位同時加工；可完成鉆孔、擴孔、鏜孔、攻螺紋、銑削、車孔端面等工序，隨著組合機床技術(shù)的發(fā)展，其工藝范圍日益擴大，如：焊接、熱處理、自動測量和自動裝配、清洗等非切削工序。 組合機床廣泛應用于大批量生產(chǎn)的行業(yè)，如：汽車、拖拉機、電動機、內(nèi)燃機、閥門、縫紉機等制造業(yè)。主要加工箱體類零件，如氣缸體、變速箱體、汽缸蓋、閥體等。 關(guān)鍵詞： 組合機床 鏜孔 Abstract By analyzing the current development situation of open computer numerical control (CNC) system and architecture component software reuse technology, this paper researches on open CNC system based on this technology. Adopting domain engineering method, a CNC system is always organized with its data communication, which plays a role of key link. Furthermore, from which the reusable architecture of an open CNC system is extracted. Also the architecture is instanced to reusable data communication components, which differs from general architecture. The facet modal sorting, expression, storage and retrieval of CNC system components are introduced. Combined with all useful information as above, the integrated development platform of open CNC system is constructed. Keywords Software reuse Domain engineering Boring 第一章 組合機床簡介 組合機床是根據(jù)工件加工需要，以大量系列化、標準化的通用部件為基礎，配以少量的專用部件，對一種或數(shù)種工件按預先確定的工序進行加工的高效專用機床。組合機床能夠?qū)ぜM行多刀、多軸、多面、多工位同時加工；可完成鉆孔、擴孔、鏜孔、攻螺紋、銑削、車孔端面等工序，隨著組合機床技術(shù)的發(fā)展，其工藝范圍日益擴大，如：焊接、熱處理、自動測量和自動裝配、清洗等非切削工序。 組合機床廣泛應用于大批量生產(chǎn)的行業(yè)，如：汽車、拖拉機、電動機、內(nèi)燃機、閥門、縫紉機等制造業(yè)。主要加工箱體類零件，如氣缸體、變速箱體、汽缸蓋、閥體等；一些重要零件的關(guān)鍵加工工序，雖然生產(chǎn)批量不大，也采用組合機床來保證其加工質(zhì)量。目前，組合機床的研制正向高效、高精度、高自動化的柔性化方向發(fā)展。 本文根據(jù)工廠需要,設計能高效得進行上箱體缸體粗鏜孔專機上的主軸箱[1]。 1.1 組合機床的概念 組合機床是一種自動化或半自動化的機床。無論是機械電氣或電氣控制的都能實現(xiàn)自動循環(huán)。半自動化的組合機床，工人只要將工件裝夾好，按一下按鈕，機床既可自動進行加工，加工一個循環(huán)停止。自動化的組合機床，工人只要將零件放到料斗或上料架上，機床即可連續(xù)不斷地進行加工。 組合機床的通用部件和標準件約占70%——80%，這些部件是系列化的，可以進行成批生產(chǎn)。其余20%——30%的專用部件是由被加工零件的形狀、輪廓尺寸、工藝和工序來決定，如夾具、主軸箱、刀具和工具等。 1.2 組合機床的發(fā)展歷史 1.2.1 國外組合機床的發(fā)展歷史 1911年，美國為了加工汽車零件研制了組合機床。在發(fā)展初期，各機床制造廠都執(zhí)行自己的通用部件標準。為了方便用戶使用和維護，提高互換性，1953年美國福特汽車公司和通用汽車公司與美國機床制造廠協(xié)定，確定了組合機床通用部件標準化的原則，并規(guī)定了部件間聯(lián)系尺寸。1973年ISO公布了第一批組合機床通用部件標準，使機床制造標準化做了行業(yè)性的規(guī)定。在剛過去的20世紀中，對機械制造裝備進行了多次更新?lián)Q代。50年代為“規(guī)模效益”模式，即少品種大批量生產(chǎn)模式；70年代，是“精益生產(chǎn)”模式，以提高質(zhì)量，減低成本為標志，80年代較多的采用數(shù)控機床、機器人、柔性制造單元和系統(tǒng)等高技術(shù)的集成機械制造裝備；90年代，機械制造裝備普遍具有“柔性化”、“自動化”和“精密化”的特點，適應多品種小批量和經(jīng)常更新產(chǎn)品的需要。 1.2.2 國內(nèi)組合機床的發(fā)展歷史 在改革開放以來，我國機械制造業(yè)迅猛發(fā)展。已經(jīng)具備了成套生產(chǎn)加工各種精密的，高度自動化的以及高效率的組合機床和自動生產(chǎn)線，有些機床甚至已經(jīng)接近世界先進水平?，F(xiàn)在我國已經(jīng)可以研制并生產(chǎn)出六軸五聯(lián)動的系統(tǒng)，分辨率可以達到1微米，適用于復雜型體的加工。組合機床未來的發(fā)展將更多的采用調(diào)速電動機和滾珠絲杠等傳動，以簡化結(jié)構(gòu)、縮短生產(chǎn)節(jié)拍；采用數(shù)字控制系統(tǒng)和主軸箱、夾具自動更換系統(tǒng)，以提高工藝可調(diào)性；以及納入柔性制造系統(tǒng)等。 1.3 加工對象及用途 零件在批量生產(chǎn)中為了提高生產(chǎn)率，必須注意縮短加工時間和輔助時間，而且盡可能使輔助和加工時間重合，使每個工位安裝多個工件同時進行多刀加工，實行工序高度集中，因而廣泛采用組合專用機床。組合機床是根據(jù)工件加工需要，以大量系列化、標準化的通用部件為基礎，配以少量專用部件，對一種或數(shù)種工件按預先確定的工序進行加工的高效專用機床。專用機床能夠?qū)ぜM行多刀、多軸、多面、多工位同時加工；可完成鉆孔、擴孔、鏜孔、攻螺紋、銑削、車孔端面等工序，隨著組合機床技術(shù)的發(fā)展，其工藝范圍日益擴大，如：焊接、熱處理、自動測量和自動裝配、清洗等非切削工序。組合機床是用已經(jīng)系列化、標準化的通用部件和少量專用部件組成的多軸、多刀、多工序、多面或多工位同時加工的高效專用機床，生產(chǎn)效率比通用機床高幾倍至幾十倍。專用機床廣泛應用于大批量生產(chǎn)的行業(yè)，如：汽車、拖拉機、電動機、內(nèi)燃機、閥門、縫紉機等制造業(yè)。主要加工箱體類零件，如汽缸體、變速箱體、汽缸蓋、閥體等；一些重要零件的關(guān)鍵加工工序，雖然生產(chǎn)批量不大，也采用組合機床來保證其加工質(zhì)量[2]。 1.4 組合機床的組成 組合機床與一般所指的專用機床的最大不同點，在于組合機床是由大量通用部件及少量專用部件所組成。因此，通用部件是組合機床發(fā)展的一個很重要的基礎及標志。所謂組合機床通用部件，通常是泛指在組合機床及其自動線的設計與使用中，可以相互更換使用的一些專能部件。這些部件是經(jīng)過試制與試驗而最后定型的。因此，相對而言，它的結(jié)構(gòu)較可靠，使用性能是較穩(wěn)定的。同時還可以組織專業(yè)廠進行生產(chǎn)，使用廠可以象買標準設備一樣在市場上買到。這樣便可以大大縮短設備的設計與制造周期，降低設備的制造成本。通用部件之所以能相互更換使用，這就是由于各種通用部件之間均有著統(tǒng)一的聯(lián)系尺寸標準。在組合機床的零件總數(shù)中，通用零部件所占有的比重是較大的。一般可達60-70%，最高者則可達到90%以上。不僅如此，而且它的種類也是很多種的。大的通用部件可以是個床身、立柱、動力頭、動力滑臺及冷卻系統(tǒng)等，小的通用部件則可以是個電氣擋鐵、液壓元件（如油缸及單向閥）等[3]。 1.5 組合機床通用部件分類 1.5.1 按在組合機床中所起作用分 （1） 動力部件 例如動力頭和動力滑臺等。 （2） 支承部件 例如滑臺，床身，立柱及中間底座等。 （3） 輸送部件 例如回轉(zhuǎn)分度工作臺，回轉(zhuǎn)鼓輪，自動線工作回轉(zhuǎn)臺及零件輸送裝置等。 （4） 控制部件 例如液壓元件，控制板，按鈕臺及電氣擋鐵等。 （5） 其他部件 例如機械扳手，氣動扳手，排屑裝置及潤滑裝置等。 1.5.2 按動力部件分 （1） 液壓通用部件 優(yōu)點： （a） 結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠； （b） 進給量可無級調(diào)整（利用節(jié)流挑速器）； （c） 過載保護裝置簡單可靠； （d） 容易實現(xiàn)較復雜的工作循環(huán)。 缺點： （a） 進給穩(wěn)定性受油溫影響； （b） 掌握液壓元件的制造比較慢一些； （c） 液壓系統(tǒng)出現(xiàn)故障，尋找較困難。 （2） 機械通用部件 優(yōu)點： （a） 進給量穩(wěn)定，不受溫度和氣候影響； （b） 掌握制造較快； （c） 發(fā)生故障，易于尋找及消除。 缺點： （a） 不采用先進技術(shù)，實現(xiàn)進給量無級調(diào)整困難； （b） 結(jié)構(gòu)較復雜，使用電機較多。 （3） 氣動液壓通用部件。 1.5.3 按動力部件實現(xiàn)的進給方式分 （1） 箱體移動式 它是通過動力部件沿床身導軌的移動來實現(xiàn)刀具進給運動的，通常習慣稱為大型通用部件。 （2） 套筒移動式 它是通過主軸套筒的移動來實現(xiàn)刀具進給運動的，通常習慣稱為小型通用部件。 1.6 組合機床的特點和分類 1.6.1 鏜床組合機床的特點 鏜床組合機床主要是用鏜刀在工件上鏜孔的機床，通常，鏜刀旋轉(zhuǎn)為主運動，鏜刀或工件的移動為進給運動。它的加工精度和表面質(zhì)量要高于鉆床。鏜床是大型箱體零件加工的主要設備。 鏜床系指主要用鏜刀在工件上加工已有預制孔的機床。通常，鏜刀旋轉(zhuǎn)為主運動，鏜刀或工件的移動為進給運動。它主要用于加工高精度孔或一次定位完成多個孔的精加工，此外還可以從事與孔精加工有關(guān)的其他加工面的加工。 1.6.2 鏜床組合機床的加工特點 加工過程中工件不動，讓刀具移動，將刀具中心對正孔中心，并使刀具轉(zhuǎn)動(主運動)。 1.6.3 組合機床鏜床的分類 (1) 臥式鏜床 我國是鏜床中應用最廣泛的一種。它主要是孔加工，鏜孔精度可達IT7，表面粗糙度Ra值為1.6-0.8um.臥式鏜床的主參數(shù)為主軸直徑。 鏜軸水平布置并做軸向進給，主軸箱沿前立柱導軌垂直移動，工作臺做縱向或橫向移動，進行鏜削加工。這種機床應用廣泛且比較經(jīng)濟，它主要用于箱體(或支架)類零件的孔加工及其與孔有關(guān)的其他加工面加工。 (2) 坐標鏜床 坐標鏜床是高精度機床的一種。它的結(jié)構(gòu)特點是有坐標位置的精密測量裝置。坐標鏜床可分為單柱式坐標鏜床、雙柱式坐標鏜床和臥式坐標鏜床。 有精密坐標定位裝置的鏜床，它主要用于鏜削尺寸、形狀、特別是位置精度要求較高的孔系，也可用于精密坐標測量、樣板劃線、刻度等工作。 單柱式坐標鏜床：主軸帶動刀具作旋轉(zhuǎn)主運動，主軸套筒沿軸向作進給運動。特點：結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，特別適宜加工板狀零件的精密孔，但它的剛性較差，所以這種結(jié)構(gòu)只適用于中小型坐標鏜床。 雙柱式坐標鏜床：主軸上安裝刀具作主運動，工件安裝在工作臺上隨工作臺沿床身導軌作縱向直線移動。它的剛性較好，目前大型坐標鏜床都采用這種結(jié)構(gòu)。雙柱式坐標鏜床的主參數(shù)為工作臺面寬度。 臥式坐標鏜床：工作臺能在水平面內(nèi)做旋轉(zhuǎn)運動，進給運動可以由工作臺縱向移動或主軸軸向移動來實現(xiàn)。它的加工精度較高。 (3)金剛鏜床 特點是以很小的進給量和很高的切削速度進行加工，因而加工 的工件具有較高的尺寸精度（IT6），表面粗糙度可達到0.2微米。 用金剛石或硬質(zhì)合金等刀具，進行精密鏜孔的鏜床。 (4)深孔鉆鏜床 深孔鉆鏜床本身剛性強，精度保持好，主軸轉(zhuǎn)速范圍廣，進給系統(tǒng)由交流伺服電機驅(qū)動，能適應各種深孔加工工藝的需要。授油器緊固和工件頂緊采用液壓裝置，儀表顯示、安全可靠。可選擇下列幾種工作形式：1.工件旋轉(zhuǎn)、刀具旋轉(zhuǎn)和往復進給運動，適用于鉆孔和小直徑鏜孔；2.工件旋轉(zhuǎn)、刀具不旋轉(zhuǎn)只作往復運動，適用于鏜大直徑孔和套料加工；3.工件不旋轉(zhuǎn)、刀具旋轉(zhuǎn)和往復進給運動，適用于復雜工件的鉆孔和小直徑的鉆孔和小直徑鏜孔。 (5)落地鏜床 　　工件安置在落地工作臺上，立柱沿床身縱向或橫向運動。用于加工大型工件。組合機床一般采用多軸、多刀、多工序、多面、多工位同時加工，是一種工序集中的高效率機床。組合機床加工，刀具是借助于鉆摸板和鏜模架，精加工機床采用高精度的導向，所以能穩(wěn)定的保證產(chǎn)品質(zhì)量[4]。 1.6 組合機床自動線簡介 為了進一步改善工作條件、提高生產(chǎn)率、減少占地面積、減少操作工人數(shù)量、保證產(chǎn)品質(zhì)量，將幾臺實現(xiàn)了自動化的組合機床和輔助裝置用自動傳送裝置聯(lián)系起來，統(tǒng)一控制，按規(guī)定的程序和預定的節(jié)拍自動完成某個工件的部分或全部工藝過程，加工出符合要求的工件，稱為自動生產(chǎn)線，簡稱自動線[13]。 1.7 組合機床自動線常用的分類方法： 1.7.1 按加工對象分類 (1) 轉(zhuǎn)體零件加工自動線 用于加工軸、盤、環(huán)、套、筒、輪等件。 (2) 箱體和殼體零件加工自動線 用于加工箱體類零件和短圓柱體零件。 (3) 雜加加工自動線 用于加工閥體、支架、連桿等零件。 1.7.2 按工件輸送方式分類 (1) 直接輸送的自動線 這種自動線，工件由輸送帶直接帶動，一次輸送到各共位，輸送帶基面就是工件上的某一表面。可分通過式和非通過式兩種。 (2) 帶隨行夾具的自動線 這種自動線是將工件安裝在隨行夾具上，由輸送帶將隨行夾具依次傳送到各共位，隨行夾具的返回方式有水平返回、上方返回和返回三種。 (3) 懸掛輸送和托盤輸送的自動線 懸掛輸送裝置設在機床上方，一般用機械手把工件從一個工位送到下一個工位。托盤輸送裝置固定在輸送帶上，托盤隨輸送帶將工件從一個工位送到下一個工位的夾具上，然后托盤再返回原位。 1.7.3 按自動線中有無貯料裝置分類 (1) 剛性連接的自動線 這類自動線設有貯料裝置，被加工零件由輸送裝置強制性的從一個工位移送到下一個工位。 (2) 柔性連接的自動線 這類自動線中沒有貯料裝置。 1.8 組合機床及其自動線調(diào)整與維護的重要意義 組合機床是一種高效率的專用機床，在生產(chǎn)線上對工件進行大量的切削加工，如果由于組合機床發(fā)生故障而產(chǎn)品質(zhì)量下降，很難用其它通用設備來代替加工，這樣的組合機床一出故障就會直接影響生產(chǎn)任務的完成。因此，平日就應該加強對組合機床的調(diào)整與維護。 隨著我國現(xiàn)代化建設的發(fā)展，機械工業(yè)技術(shù)改造的推進，組合機床及其自動線的使用將有較大幅度的增長，并將不斷擴大其使用范圍。因此，提高使用組合機床及其自動線單位對組合機床的調(diào)整，維護和維修知識及水平已是一個急待解決的任務。 第二章 主軸定位器簡介 2.1主軸定位器在組合機床中的應用 組合機床是按系列化標準化設計的通用部件和按被加工零件的形狀及加工工藝要求設計的專用部件組成的專用機床。它是隨著生產(chǎn)的發(fā)展，由萬能機床和專用機床發(fā)展來的。由于眾多企業(yè)的產(chǎn)品產(chǎn)量越來越大，精度要求也越來越高，一些零件采用萬能機床加工就不能很好的滿足要求了。在這種情況下，組合機床就應運而生了。它同時具備專用機床效率高結(jié)構(gòu)簡單的特點和萬能機床能夠重新調(diào)整，以適應新工件加工的特點，即根據(jù)工件加工的需要，用通用部件配以部分專用部件組成一臺組合機床。 組合機床及其生產(chǎn)線,是專用于大批量機械產(chǎn)品生產(chǎn)的高效自動化技術(shù)設備，是汽車、拖拉機、內(nèi)燃機等工業(yè)不可替代的主要加工設備。近年來隨著數(shù)控技術(shù)、電子技術(shù)、計算機技術(shù)等的發(fā)展，組合機床的機械結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)也發(fā)生了翻天覆地的變化。組合機床呈現(xiàn)出以下優(yōu)勢： 由于組合機床是由70-90%的通用零部件組成，在需要的時候，它可以部分或全部的進改裝，以組成適應新的加工要求的新設備。 組合機床是按具體加工對象專門設計的， 因而可以按最合理的工藝過程進行加工。 在組合機床上可以同時從幾個方向采用多把刀具對幾個工件進行加工。 組合機床常常是多軸對箱體零件一個面上的許多孔同時進行加工，這樣就能比較好的保證各孔相互之間的精度要求，提高產(chǎn)品質(zhì)量。 由于組合機床大多數(shù)零、部件是同類的通用部件，這就簡化了機床的維護和修理。 組合機床的通用部件可以組織專門工廠集中生產(chǎn)。 組合機床也存在著如可變性較萬能機床低、改裝時勞動量比較大、結(jié)構(gòu)較專用機床復雜等缺點。因此組合機床在今后的發(fā)展中，將從提高生產(chǎn)率、擴大工藝范圍、提高加工精度、提高自動化程度、提高組合機床及其自動線的可靠性等方面得到進一步突破。 在組合機床上，有時為了實現(xiàn)某些特定的要求，如主軸定位、加速和減速、分組傳動、行程控制、剎車、讓刀、調(diào)刀、鎖緊、過扭保護以及皮帶傳動的張緊和卸載等，就要求設計能滿足上述要求的附加機構(gòu)，供設計主軸箱時運用。 2.2主軸定位器簡介 主軸定位的方式，分為自動和手動兩種。通常在機床操作比較簡單，生產(chǎn)率和自動化要求又不高時，宜采用手動定位。這種結(jié)構(gòu)即簡單，使用又可靠。 （1）自動主軸定位 實現(xiàn)主軸自動定位的方法很多，按其控制方式不同，分為下述幾種： 機械減速定位 主軸用機械實現(xiàn)減速定位的，叫做機械減速定位。供機械減速用的機構(gòu)很多，其結(jié)構(gòu)也各不相同。但是，它們都是由減速和定位兩部分組成。T7511主軸定位減速機構(gòu)和T7511-F21定位鉤是已通用化的部件。T7511-F21定位鉤可與臥式主軸定位減速機構(gòu)配合使用，用于臥式主軸箱的主軸定位；T7511-F21定位鉤又可與立式主軸定位減速機構(gòu)配合使用，用于立式主軸箱的主軸定位。機械減速定位中的主軸定位所需的時間大約在1秒左右。 電氣減速定位 主軸用電氣實現(xiàn)減速和定位的，叫做電氣減速定位。最典型的就是使主軸從兩個方向快速趨近定位位置而慢速進行定位的一種電氣定位方法。 電氣減速由主電機同時通入交流和直流電來實現(xiàn)，電氣定位則由電氣定位器來完成。電氣定位器主要由三塊回轉(zhuǎn)定位擋鐵，三觸頭組合開關(guān)及其拉動電磁鐵和主軸松位開關(guān)等元件組成。這種電氣減速定位，最初用在汽車傳動叉耳環(huán)加工自動線的半精鏜主軸箱上。主軸箱電機的功率為5.5千瓦。實踐證明，定位效果良好，定位時間平均約3秒左右。 電氣減速磁感應定位 主軸由電氣實現(xiàn)減速、由磁感應完成定位的，叫做電氣減速磁感應定位。這類定位機構(gòu)的工作特點是保證鏜刀加工表面上不留有退刀痕。 電氣減速機械定位 主軸用電氣實現(xiàn)減速，由機械完成定位的，叫做電氣減速機械定位。屬于這類減速定位的電氣與機械兩者的組合形式也頗多，以定位電機通入交流和直流電實現(xiàn)減速。 （2）手動主軸定位 主軸手動定位時，可以采用手動主軸定位器，也可以采用定位銷，作為主軸的定位部件，定位采用手輪。對手輪的要求是，主軸工作回轉(zhuǎn)時，手輪不轉(zhuǎn)。手動定位器要安在便于操作的地方，手輪的直徑不宜太小。 主軸定位器是主軸箱常用的附加機構(gòu)，它主要是供鏜削主軸定位用的。所謂主軸定位（更確切和直觀的來說是鏜桿上鏜刀的定位），就是使鏜削主軸上的鏜刀在每次加工結(jié)束后都處于規(guī)定的方位上，然后再向被加工零件引進或退出。 為了減少主軸傳動系統(tǒng)慣性的沖擊和獲得準確定位，目前均采用低速的定位方法。確定鏜孔機床結(jié)構(gòu)方案時，由于工件加工部位的特點，常常遇到需要主軸定位的情況，就是要求鏜桿不旋轉(zhuǎn)，并使鏜刀朝著一定方向，送到工件毛坯中，然后進行加工。加工完了鏜桿又停止旋轉(zhuǎn)，慢速將鏜刀定在規(guī)定方向，再退出工件。需要采用主軸定位方案的有如下幾種情況： （1） 當被加工零件的加工表面不允許留有退刀痕跡，從生產(chǎn)率來看，又不能采用以工作進給速度退回時，則可采取主軸定位，并使工件“讓刀”退出的方案。 （2） 在加工多層壁箱體同直徑同心孔系時，例如汽缸體曲軸軸承孔，為了使鏜刀能通過待加工孔，而送到接近各加工部位，須把工件抬起一個高度，鏜桿定位，使鏜刀朝上，則可送進工件，然后工件落下定位夾壓，鏜桿旋轉(zhuǎn)進行切削加工。最后，鏜桿停止轉(zhuǎn)動，定位退出。 （3） 當加工內(nèi)孔直徑稍大于外面孔時，為了自動送進鏜刀，要采取主軸定位方案。 當需要加工的相鄰孔很近，或者孔距箱體壁很近，采用轉(zhuǎn)動導向有困難而必須用固定導向，鏜刀又需要通過導向的時候，則可在固定導向上開設引刀槽，使鏜桿上的鏜刀送進后，再轉(zhuǎn)動加工。 第三章 主軸定位器工作原理 可以用于機械減速定位的機構(gòu)很多，其結(jié)構(gòu)也各有不同。但是，它們都是由減速和定位兩部分組成的。 無論是哪種機械減速定位器，其工作原理基本上是一樣的。以下結(jié)合圖介紹其基本原理： （1）機床原位時，鏜削主軸處于定位狀態(tài)；此時，限位開關(guān)14和12被松開。 （2）機床開始工作循環(huán)后，當發(fā)出“向前”信號時，主軸便在定位狀態(tài)下快速向被加工零件引進?？焖僖M結(jié)束后，被加工零件在夾具作用下移到加工位置上，通過電氣信號，電磁鐵13接電。電磁鐵13的銜鐵將定位鉤11拉離定位盤10，同時限位開關(guān)12和14壓下，從而鏜削主軸解除定位，主電機可以接電旋轉(zhuǎn)。 （3）主電機起動旋轉(zhuǎn)后，主軸定位減速機構(gòu)中的定位盤10、齒輪1、2、3、4和軸5也被帶動回轉(zhuǎn)。鏜刀開始對被加工零件進行切削加工。 （4）加工到終點，通過電氣控制系統(tǒng)，主電機被切斷，經(jīng)過制動或延時后，電磁鐵13斷電，開關(guān)14被松開。此時，定位鉤11在彈簧作用下其鉤端抵到定位盤10上。若鉤端未落入定位盤的槽內(nèi)，則開關(guān)12仍處于被壓下狀態(tài)；在此情況下，通過繼電作用，定位電機9和電磁離合器15接電。于是，在定位電機的驅(qū)動下，通過蝸桿8、蝸輪7、套筒6、電磁離合器15、軸5、齒輪3和4，使鏜削主軸作慢速反向回轉(zhuǎn)（切削時，鏜削主軸正向回轉(zhuǎn)），同時定位盤以8轉(zhuǎn)/分的速度逆時針方向轉(zhuǎn)動。直到定位鉤的鉤端落入槽內(nèi)，即主軸轉(zhuǎn)到要求的定位位置時，開關(guān)12才被松開。開關(guān)12被松開后，定位電機9和電磁離合器15便斷電，至此鏜削主軸的定位過程接結(jié)束。待被加工零件讓位后，鏜削主軸便可從中退出。 （5）若是電磁鐵13斷電的瞬時，定位鉤8的鉤端恰巧落入定位槽內(nèi)時，也就是恰逢鏜削主軸運行到定位位置上就停止時，則無上述定位過程。 第4章 機械式主軸定位裝置方案設計 機械式主軸定位裝置由：齒輪1 、齒輪2、齒輪3、齒輪4 、軸 、套筒、蝸輪、蝸桿、定位電極、定位盤、定位鉤、開關(guān)、電磁鐵 、開關(guān) 、離合器等零部件組成。 圖4-1: 主軸機械減速定位器的工作原理圖 第五章 機械式主軸定位裝置設計與計算 5.1電機的選擇與計算 5.1.1電動機的選擇 一般機械裝置設計中，原動機多選用電動機。電動機輸出連續(xù)轉(zhuǎn)動，工作時經(jīng)傳動裝置調(diào)整和轉(zhuǎn)矩，可滿足工作機的各種運動和動力要求。 5.1.2電動機功率的選擇 電動機工作環(huán)境為連續(xù)工作，變化很少，并且載荷穩(wěn)定的場合。一般Pm＞Pr10% 所以：Pm＝1.5kw 5.1.3電動機轉(zhuǎn)速的選擇 此處電動機的轉(zhuǎn)速已經(jīng)給出 n＝1410r/min 5.1.4電動機型號確定 經(jīng)查表，得同一功率的三相異步電動機有以下三種型號、轉(zhuǎn)速的選擇： Y90S-2 2840r/min Y90L-4 1400r/min Y100L-6 940r/min 根據(jù)要求，最終選定三相異步電動機的型號是： Y90L-4 5.2 蝸輪及蝸桿的選用與校核 由于前述所選電機可知T=0.1472N.M傳動比設定為i=60，效率η=0.4工作日安排每年300工作日計，壽命為7年。 5.2.1 選擇蝸桿傳動類型 根據(jù)GB/T10085—1988的推薦，采用漸開線蝸桿。 5. 2. 2 選擇材料 開率到蝸桿傳動效率不大，速度只是中等，故蝸桿用45號鋼；為達到更高的效率和更好的耐磨性，要求蝸桿螺旋齒面淬火，硬度為45~55HRC。蝸輪用鑄錫磷青銅Zcusn10p1，金屬鑄造。為了節(jié)約貴重的有色金屬，僅齒圈用青銅制造，而輪芯用灰鑄鐵HT100制造。 2.2.3 按齒面接觸疲勞強度設計 根據(jù)閉式蝸桿傳動的設計準則，先按齒面接觸疲勞強度進行設計，在校核齒根彎曲疲勞強度。傳動中心距： (3-2) （1）確定作用在蝸輪上的轉(zhuǎn)距T2 按Z1=2，估取效率η=0.8，則 T2=T*η*i=3.5382N.M (3-3) （2）確定載荷系數(shù)K 因工作載荷較穩(wěn)定，故取載荷分布不均系數(shù)Kβ=1；由使用系數(shù)KA表從而選取KA=1.15；由于轉(zhuǎn)速不高，沖擊不大，可取動載系數(shù)KV=1.1；則 K=KA*Kβ*KV=1*1.15*1.1=1.265≈1.27(3-4) （3）確定彈性影響系數(shù)ZE 因選用的鑄錫磷青銅蝸輪和蝸桿相配，故 （4）確定接觸系數(shù)Zρ 先假設蝸桿分度圓直徑d1和傳動中心距a的比值=0.30，從而可查出Zρ=3.12。 （5）確定許用應力[σH] 根據(jù)蝸輪材料為鑄錫磷青銅zcusn10p1，金屬模鑄造，蝸桿螺旋齒面硬度＞45HRC，從而可查得蝸輪的基本許用應力[σH]‘=268MPA。 因為電動刀架中蝸輪蝸桿的傳動為間隙性的，故初步定位、其壽命系數(shù)為KHN=0.92，則 [σH]= KHN[σH]‘=0.92×268=246.56≈247MPA(3-5) （6）計算中心距 (3-6) 取中心距a=50mm，m=1.25mm，蝸桿分度圓直徑d1=22.4mm，這時=0.448，從而可查得接觸系數(shù)=2.72，因為＜Zρ，因此以上計算結(jié)果可用。 5.3 蝸桿與蝸輪的主要參數(shù)與幾何尺寸 5. 3. 1 蝸桿 直徑系數(shù)q=17.92；分度圓直徑d1=22.4mm，蝸桿頭數(shù)Z1=1；分度圓導程角γ=3°11′38″ 蝸桿軸向齒距：PA==3.94mm；(3-7) 蝸桿齒頂圓直徑：Da1=54mm(3-8) 蝸桿齒根圓直徑：=50mm(3-9) 蝸桿軸向齒厚：=1.97mm(3-10) 圖5.3.1 蝸桿零件圖 5. 3. 2 蝸輪 蝸輪齒數(shù)：Z2 =62，變位系數(shù)Χ=0 驗算傳動比：i=/=62/1=62(3-11) 這是傳動比誤差為：（60-62）/60=2/60=0.033=3.3%(3-12) 蝸輪分度圓直徑：d2=mz2=251(3-13) 蝸輪喉圓直徑：da2=d2+2ha2=241(3-14) 蝸輪齒根圓直徑：df2= d2- 2hf2= 237(3-15)(3-16) 蝸輪喉母圓直徑rg2=a-1/2 da2 =4(3-17) 圖5.3.2 蝸輪零件圖 5. 3. 3 校核齒根彎曲疲勞強度 (3-18) 當量齒數(shù) (3-19) 根據(jù)Χ2=0，ZV2=62，可查得齒形系數(shù)=2.31，螺旋角系數(shù) Yβ=1-γ/140°=0.9773；(3-20) 許用彎曲應力[δF]= KFN 由資料可查得Zcusn10p1制造的蝸輪的基本許用彎曲應力=56MPa，壽命系數(shù) =0.72，則 [δF]=56×0.72=40.32MPa(3-21) =×2.31×0.9773=4.29MPa(3-22) 所以彎曲強度是滿足要求的。 5.4 軸的校核與計算 5.4.1 畫出受力簡圖 計算出：R1=46.6N R2=26.2N 圖 3-1受力簡圖 5. 4. 2 畫出扭矩圖 T=η.i.T電機 =0.36×60×0.98 =21.2 N.M （3-33） 圖3-2扭矩圖 5. 4. 3 彎矩圖 M=72.8×180×10-3 =13.1N. （3-34） 圖3-3彎矩圖 5.5 彎矩組合圖 由此可知軸的最大 危險截面所在。 組合彎矩 （3-35） 圖3-4彎矩組合圖 5.6 根據(jù)最大危險截面處的扭矩確定最小軸徑 （3-36） 扭轉(zhuǎn)切應力為脈動循環(huán)變應力，取α=0.6 抗彎截面系數(shù)W=0.1d3 軸的材料為45號鋼：=60MPa 帶入相關(guān)數(shù)據(jù)可計算得： d≥5.45mm 根據(jù)各個零件在軸上的定位和裝拆方案確定軸的形狀及小 5.7 連軸器的選擇 5.7.1 類型選擇 為了隔離振動與沖擊，選用彈性套柱銷連軸器。 5.7.2 載荷計算 公稱轉(zhuǎn)距：T=N。M 計算轉(zhuǎn)距：Tca=RA*T=1.25×0.71≈0.184N。M（3-37） 5.7.3 型號選擇 因其主動端直徑為16mm，從動端軸徑為18mm。 從（GB4323—84）中查到TL2型彈性套柱銷。連軸器的許用轉(zhuǎn)距為16N.M 許用最大轉(zhuǎn)速為7600r/min，軸徑在12~19之間，故合用。 所以選擇的型號為：TL2連軸器 GB4323—8 5.8 鍵聯(lián)接的類型和尺寸 因其軸上鍵的作用是傳扭矩，應用平鍵連接即可，經(jīng)分析，為了傳動精確，應用單圓平鍵。 由資料可查出鍵的截面尺寸為：寬度b=5mm，高度h=5mm，由連軸器的寬度并參與鍵的長度系列，從而取得鍵長L=28mm（比連軸器寬度小一些）。 校核鍵連接的強度 鍵、軸和連軸器的材料都是鋼，因而可查得許用橋壓力[δP] =120～150Pma，取其平均值[δP]=135MPa。 鍵的工作長度l=L-b=28-5=23mm。 鍵與連軸器的鍵槽的接觸高度k=0.5h=2.5mm 從而可得： δp==1.54MPa＜[δp]=135MPa（3-37） 可見滿足要求。此鍵的標記為：鍵C5×28 GB/T 1096—1979 5.9 蝸桿上鍵的選取與校核 （1）取鍵連接的類型好尺寸 因其軸上鍵的作用是傳遞扭矩，應用平鍵連接就可以了。在此用平鍵。由資料可查出鍵的截面尺寸為：寬度b=6mm，高度h=6mm，由連軸器的寬度并參考鍵的長度系列，從而取鍵長L=40mm（此連軸器寬度小一些）。 （2） 鍵連接的強度 鍵、軸和連軸器的材料都是鋼，因而可查得許用橋壓力[δp]=120～150MPa，取其平均值[δp]=135MPa。 鍵的工作長度l=L-b=40-6=34mm，鍵與連軸器的鍵槽的接觸高度k=0.5h=3mm，從而可得： δp=（3-38） 可見滿足要求。 此鍵的標記為：鍵B6×40 GB/T 1096—1979。 5.10 軸承的選用 滾動軸承是現(xiàn)代機器中廣泛應用的部件之一。它是依靠主要元件的滾動接觸來支撐轉(zhuǎn)動零件的。與滑動軸承相比，滾動軸承摩擦力小，功率消耗少，啟動容易等優(yōu)點。并且常用的滾動軸承絕大多數(shù)已經(jīng)標準化，因此使用滾動軸承時，只要根據(jù)具體工作條件正確選擇軸承的類型和尺寸。驗算軸承的承載能力。以及與軸承的安裝、調(diào)整、潤滑、密封等有關(guān)的“軸承裝置設計”問題。 5. 10. 1 軸承的類型 考慮到軸各個方面的誤差會直接傳遞給加工工件時的加工誤差，因此選用調(diào)心性能比較好的圓錐滾子軸承。此類軸承可以同時承受徑向載荷及軸向載荷，外圈可分離，安裝時可調(diào)整軸承的游隙。其機構(gòu)代碼為3000，然后根據(jù)安裝尺寸和使用壽命選出軸承的型號為：30216E 5. 10. 2 軸承的游隙及軸上零件的調(diào)配 軸承的游隙和欲緊時靠端蓋下的墊片來調(diào)整的，這樣比較方便。 5. 10. 3 滾動軸承的密封裝置 軸承的密封裝置是為了阻止灰塵，水，酸氣和其他雜物進入軸承，并阻止?jié)櫥瑒┝魇ФO置的。密封裝置可分為接觸式及非接觸式兩大類。此處，采用接觸式密封，唇形密封圈。 唇形密封圈靠彎折了的橡膠的彈性力和附加的環(huán)行螺旋彈簧的緊扣作用而套緊在軸上，以便起密封作用。唇形密封圈封唇的方向要緊密封的部位。即如果是為了油封，密封唇應朝內(nèi)；如果主要是為了防止外物浸入，蜜蜂唇應朝外。 5. 10. 4 最終主軸定位裝置設計圖 圖5.10.4 機械式主軸定位裝置 結(jié)論 此次畢業(yè)設計的題目是機械式主軸定位裝置設計，在整個設計的過程中，充分回顧了在大學四年里所學習的機械原理、機械設計、材料力學、理論力學、工程制圖學等等的科目。從這一設計題目的綜合運用中，更是把所學的這些知識有了一個大的融會與應用，從而所學的知識也不再是死的，有了一個比較全面的復習。在設計與計算的過程中，也遇到了許多的困難與問題。通過查找資料，將這些問題解決的這種獨立的解決問題和思考的方法，是在這次設計中我得到的一個最大的收獲。當然，從中也大致了解了一些產(chǎn)品設計的基本方法，這也將是一次寶貴的實踐經(jīng)驗。相信在以后的工作中，將會有很大幫助。 致謝 在此，最要感謝的是指導我這次畢業(yè)設計的老師。他不厭其煩的指導和幫助，以及其本人嚴謹而認真的工作研究態(tài)度，也給我留下了深刻的印象。最后，再次向在我的這次畢業(yè)設計中幫助、指導我的各位老師與同學，表達最真誠的謝意。 同時感謝四年來老師們輔導員等關(guān)心愛護我們的人，這份畢業(yè)設計更是對你們過去四年來對我們的關(guān)心的總結(jié)和回報。 參考文獻 [1]濮良貴 機械設計（第八版） 高等教育出版社2008.4 [2]王大康 機械設計綜合課程設計 機械工業(yè)出版社 2007.12 [3] 大連組合機床研究所.組合機床設計.北京：機械工業(yè)出版社，1975。 [4] 潘沛霖、陳秀等.機械設計圖冊.北京：高等教育出版社，1989。 [5] 大連組合機床研究所.組合機床設計參考圖冊.北京： 機械工業(yè)出版社，1975 [6] Hindhede Ⅰ, Uffe. 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