0172-立輥軋機(AWC)機架現場擴孔機設計【全套8張CAD圖】
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AWC機架現場擴孔機設計
1.研究意義
專用鏜床主要用于大批量大件生產，具有生產率高，能加工大型難加工零件，且結構簡單，制造成本低等特點,復雜箱體零件孔系的加工,能在較為復雜的環(huán)境下工作且加工精度穩(wěn)定。
1．1 應用
鏜床是一種主要用鏜刀在工件上加工孔的機床。通常用于加工尺寸較大，精度要求較高的孔，特別是分布在不同表面上，孔距和位置精度要求較高的孔。如箱體上的孔，還可以進行銑削，鉆孔，擴孔，鉸孔等工作。
1.2 鏜削特點
刀具結構簡單,通用性達,可粗加工也可半精加工和精加工,適用批量較小的加工，鏜孔質量取決于機床精度.
2．鏜床的發(fā)展
2．1鏜床發(fā)展歷史
金屬切削加工在這整個機械制造中占有極重的位置，約占機械制造總工作量的40~60％。在1770年前后，由于用手工和一般金屬加工機具加工蒸汽機氣缸不能到達精度要求，人們就創(chuàng)制了專門加工蒸汽機氣缸孔的專業(yè)機床，于是就誕生了第一臺臥式鏜床。
20世紀初期,由于鐘表儀器制造業(yè)的發(fā)展,需要加工孔距精度較高的設備，1905年在瑞士制成小型臺式坐標定中心機床。1917年，在美國制成單柱坐標鏜床。1920年瑞士制成雙柱坐標鏜床。當時絕大多數坐標鏜床采用精密絲杠螺母、標準測桿(或量塊)和千分表作為坐標定位裝置，坐標定位精度僅為6～10微米。30年代,在德國、瑞士等先后出現了以線紋尺定位的光學坐標鏜床，坐標定位精度提高到2～6微米。60年代以后，隨著電子技術的發(fā)展，坐標鏜床向數字顯示和數字控制方向發(fā)展，采用光柵、感應同步器、激光干涉儀和磁柵等作為坐標定位裝置，有的還增設了自動換刀裝置。
到了二十世紀中期，又相繼出現了加工各種復雜大型零件的坐標鏜床。由于加工零件的不斷變化，促進了鏜床的不斷發(fā)展完善。終于發(fā)展成為今天具有通用性、萬年性的臥式鏜床。對于重型制造業(yè)來說，那些體積大、噸位重的大型工件的孔加工，由于工件的移動和裝夾困難，無法在普通臥式鏜床上加工，因此，在臥式鏜床的基礎上又發(fā)展制造了重型落地鏜床。
2．2現代鏜床的現狀及發(fā)展水平:
現代機器向著高速度、高效率、高精度發(fā)向發(fā)展，對機械零件精度要求越來越高，同時機構也日趨復雜，特別是箱體零件具有孔系多的特點它除了本身有尺寸精度要求外，還有形狀精度和孔系之間的位置精度要求。鏜床在這些加工中由為重要。
現代還出現了一些生產能力強柔性不高的專用鏜床。如用了大批量生產連桿軸瓦、活塞孔、油泵殼體等零件上的專門加工精密孔的金剛鏜床。
2．3現代鏜床飛速發(fā)展主要有一下幾種形式:
????a.臥式鏜床：主要用于側面孔的加工。
????b.坐標鏜床：是一種高精度的機床。主要特點：具有坐標位置的精密測量裝置。
????c.金剛鏜床：一種高速精密鏜床。主要特點：vc很高，ap和f很小，加工精度可達IT5--IT6.Ra達0.63--0.08μm。
d.專用鏜床：專用鏜銑頭。主要特點：結構簡單，制造成本低，能適應快速化生產及復雜的生產環(huán)境。
坐標鏜床的發(fā)展由為迅速，下面介紹一下坐標鏜床：
類型?：坐標鏜床有單柱、雙柱和臥式3種。
單柱坐標鏜床:主軸垂直布置，并由主軸套筒帶動作上下移動以實現垂直進給,有的主軸箱可沿立柱導軌上下移動以適應不同高度的工件。工作臺沿滑座作縱向移動，滑座沿床身導軌作橫向移動，以配合坐標定位。工作臺三面敞開，操作方便。中小型坐標鏜床大多采用這種布局形式，坐標定位精度為2～4微米。
雙柱坐標鏜床:兩立柱上部通過頂梁連接，橫梁可沿立柱導軌上下調整位置。主軸箱沿橫梁導軌作橫向移動，工作臺沿床身導軌作縱向移動，以配合坐標定位。大型的雙柱坐標鏜床在立柱上還配有水平主軸箱。采用雙柱框架式結構,剛度很高,大中型坐標鏜床多為這種形式,坐標定位精度為3～10微米。
單柱和雙柱坐標鏜床的主軸都垂直于工作臺面，一般適合于加工一個方向上有孔的工件，如鉆模、鏜模和樣板等。加工幾個方向都有孔的工件時，則須使用萬能回轉工作臺，因而工件的尺寸和重量受到限制。
臥式坐標鏜床:兩個坐標方向的移動分別為工作臺橫向移動和主軸箱垂直移動。工作臺可在水平面內回轉。進給運動由縱向滑座的軸向移動或主軸套筒伸縮來實現。由于主軸平行于工作臺面，利用精密回轉工作臺可在一次安裝工件后很方便地加工箱體類零件四周所有的坐標孔，而且工件安裝方便，生產效率較高。這種鏜床適合箱體類零件的加工。
2．4 鏜床的發(fā)展方向
現代鏜床由過去的專用鏜床發(fā)展為今天的通用性機床，具有較大的工藝范圍，且運動靈活，柔性高，能加工復雜的零件，通用鏜床正向數控化、大型化、超精密、高速度等方向發(fā)展。一些專用鏜床向標準化發(fā)展，使專用鏜床生產周期大為降低，生產成本降低，體積更小，能滿足各種加工要求。
3．鏜床的特點
在鏜床上鏜孔時，鏜刀基本與車刀相同，不同之處是工件不動，鏜刀在旋轉。鏜孔加工精度一般為IT9—IT7，表面粗糙度為Ra6.3—0.8mm。
4．本課題的作用
本研究課題主要用于解決新鋼釩公司熱軋板廠三期技改工程,需要對現有的主輥軋機機架進行擴孔,以便安裝長行程伺服油缸,為了降低工程建設費用,避免拆卸后引起不必要的安裝,需根據現場環(huán)境空間及經濟方面合理設計適合的專用鏜床進行擴孔。
5.結語
通過大量的資料收集，我深刻的了解了鏜床的發(fā)展歷史，學習了鏜加工工藝，對專用鏜床的結構有了一定的了解，為接下來的畢業(yè)設計打下了一定的基礎，我相信我一定能順利完成任務的。
參 考 文 獻
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I 摘 要 解決攀鋼熱軋板廠三期技改工程（立輥軋機寬度自動控制系統(tǒng)（AWC） ） 改造后，需對現有的立輥軋機機架進行擴孔，以便安裝長行程伺服油缸。立輥 軋機機架擴孔如果送入設備制造廠進行加工，質量保證可靠，但機架還原難于 保證安裝質量、精度。為了降低技改工程費用，決定在立輥軋機現場對機架進 行擴孔加工。經過潛心研究，結合現場實際情況設計專用擴孔設備——專用鏜 床。再結合專用設備的擴孔工藝，提出了切實可行的解決方案，該方案具有經 濟、實用、可行等特點。 設計的特色：解決了現場安裝及鏜桿的剛度問題；滿足了擴較大孔的要求； 此專用設備鏜刀系統(tǒng)采用臥式鏜床的平旋盤結構，可方便調整刀具切削深度； 導軌采用組合式導軌，使運動平穩(wěn)，安裝便捷；支撐采用組合機床型式支撐， 便于拆卸安裝，可大大提高生產率。 關鍵詞 專用設備，專用鏜床，加工效率，工藝實驗 II Abstract This is useful for Pan gang resolve Hot MILL three technical transformation projects (up roller mill width Control System (AWC)). After the transformation,It needs to bore the existing legislation for roller mill housing bore for the installation of a long journey servo tank. If Legislative roll mill housing bore sent to factories to bore, the quality is assurance and reliable, but it fixed back ,it can’t assure installation quality and accuracy. To reduce the technological transformation project costs, the legislature decided to roll mill site for reaming rack processing. After painstaking research, combining with the actual prombles work out special equipment bore -- special boring machine. In the light of the special equipment reaming technology, a practical solution. The program is economic, practical, possible features. Characteristic of this design: Has solved the prombles such as installment and the boringrod rigidity; Satisfied expanded compares the pocket therequest; This special purpose equipment boring cutter system uses the horizontal boring machine the Pingxuan plate structure, may facilitate the adjustment cutting tool depth of cut; The guide rail uses the combined type guide rail, causes the movement steadily, the installment is convenient; The strut uses the aggregate machine-tool pattern strut, is advantageous for the disassemblage installment, may greatly enhance the productivity. Key words Special Equipment, Special boring machine, Processing efficiency, Technology Experiment III 目 錄 摘 要 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????I ABSTRACT?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????II 1 緒 論 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????1 1.1 設計目的和意義 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????1 1.2 擴孔技術要求 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????1 1.3 應解決的問題 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????1 1.4 設計項目的發(fā)展情況 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????2 1.5 設計原理 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????2 2 總體設計 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????3 2.1 總體設計原則 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????3 2.2 工藝分析 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????3 2.3 總體方案的比較 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????3 2.3.1 刀桿的安裝形式 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????3 2.3.2 進給方式 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????4 2.3.3 升降運動形式 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????4 2.3.4 機床運動的分配 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????4 2.3.5 選擇傳動形式和支撐形式 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????4 3 力能參數計算 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????6 3.1 鏜削用量的選擇及轉矩、功率的確定原則 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????6 3.2 最佳切削用量的選擇 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????6 3.2.1 現有鏜孔工藝參數 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????6 3.2.2 鏜削切削速度、扭矩和切削功率公式 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????7 3.2.3 主要鏜削參數的計算 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????7 3.3 選擇電機 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????9 4 擴孔機傳動系統(tǒng)設計 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????10 4.1 確定總傳動比 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????10 4.2 分配傳動裝置的傳動比 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????10 4.3 計算總的機械效率 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????11 4.4 計算傳動裝置各軸的運動和動力參數 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????11 4.5 帶傳動設計 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????12 IV 4.6 傳動斜齒輪的設計計算 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????14 4.6.1 選定齒輪類型、精度等級、材料及齒數 ????????????????????????????????????????????????????????????????????14 4.6.2 按齒面接觸強度設計 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????14 4.6.4 幾何尺寸計算 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????17 4.6.5 計算Ⅰ－Ⅱ軸間圓柱斜齒輪 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????18 4.6.6 齒輪的結構設計 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????18 4.7 軸的結構設計 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????18 4.7.1 軸設計的主要內容 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????18 4.7.2 軸的材料 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????19 4.7.3 軸的設計計算 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????19 4.7.4 按扭轉強度初步估算軸徑 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????19 4.7.5 軸的機構設計 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????20 4.7.6 求軸上的載荷 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????21 4.7.7 按彎扭合成應力校核的軸的強度 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????22 4.7.8 精確校核軸的疲勞強度 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????23 4.7.9 對軸Ⅱ進行設計 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????25 4.8 對所有選用鍵進行強度校核 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????30 4.9 對承受較大載荷的圓錐滾子軸承進行校核 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????31 4.10 鏜刀系統(tǒng)設計 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????33 4.10.1 鏜刀頭 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????33 4.10.2 鏜桿選擇 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????33 4.11 箱體的結構設計 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????34 5 導軌設計 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????36 6 鏜刀強度及鏜桿的穩(wěn)定性驗算 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????38 7 工藝試驗 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????42 結 論 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????43 參 考 文 獻 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????44 附錄 A: E1 立輥軋機機架加工工序圖 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????45 附錄 B: E2 立輥軋機機架加工工序圖 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????46 致 謝 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????47 1 1 緒 論 1.1 設計目的和意義 攀枝花新鋼釩股份有限公司為了適應鋼鐵市場需求，實現了全連鑄，熱軋 系統(tǒng)進行了大規(guī)模的改造，以提高熱軋產品質量、成材率和作業(yè)效率，以及為 冷軋?zhí)峁└哔|量的原料，同時提高熱軋產品的市場占有率。為了提高熱軋板的 外觀增強帶鋼的市場競爭力，決定在熱軋板廠三期技改工程中，對現有的 E1、E2 立輥軋機進行改造增添寬度自動控制系統(tǒng)（AWC） ，使熱軋帶鋼產品質 量達到國內先進水平。 立輥軋機寬度自動控制系統(tǒng)（AWC）改造用長行程伺服液壓缸替代原電動 機械側壓系統(tǒng)，為保證缸的行程滿足原側壓軋輥位置變化要求，在安裝伺服油 缸位置，需對現有的立輥軋機機架孔進行擴孔，以便安裝長行程伺服油缸。 立輥軋機機架擴孔實施方案比較突出，如果拆除，送入設備制造廠進行加 工，質量保證可靠，但機架還原難于保證安裝質量。為了降低技改工程建設費 用，決定在立輥軋機現場對機架進行擴孔加工。 為了采用經濟實用的方案解決機架現場擴孔，結合現場實際情況設計專用 擴孔設備，再結合專用設備編制詳細的擴孔工藝，提出了切實的解決方案，該 方案具有經濟、實用、可行等特點。 1.2 擴孔技術要求 E1 立輥軋機機架：所加工孔從 300mm 擴孔至 520mm，孔實際長度? 292mm,上下孔中心距 1500mm，孔與油缸間隙單邊 5mm。 E1 立輥軋機機架下孔相對地面標高為+200mm，上孔標高為+1700mm，安 裝面標高為-1600mm。 E2 立輥軋機機架：所加工孔從 260mm 擴大到 420mm，孔的實際長度 108mm，上下孔中心距 1240mm，孔與油缸間隙單邊 5mm。 E2 立輥軋機機架下孔相對地面標高為+320mm，上孔標高為+1560mm，安 裝面標高為-1600mm。 1.3 應解決的問題 如何對較大孔進行擴孔，刀桿系統(tǒng)的穩(wěn)定性；現場條件的限制問題；由于 機架未拆卸下來只能在機器上加工擴孔，必須考慮現場空間大小問題,以及專用 鏜床的生產成本問題。 2 1.4 設計項目的發(fā)展情況 專用鏜床主要用于特殊孔的加工，結構簡單，應用范圍較廣。國內外專用 鏜床主要向標準化、高精度、高生產率方向發(fā)展，以適應復雜多變的生產環(huán)境。 1.5 設計原理 該專用鏜床主要由刀具系統(tǒng)、變速裝置、動力裝置構成。 鏜刀可分為鏜刀頭和鏜刀塊。 鏜桿按支撐形式分為懸臂式和雙支撐式鏜桿。 變速裝置可由齒輪變速或電機無極變速裝置構成，本課題考慮到機械結構 及成本因素，選用齒輪組變速。 動力裝置主要由各類電機供給。 本設計根據現有坐標鏜床及相關組合機床綜合設計利用刀具在導軌上做進 給運動，導軌類似 CA6140 導軌。利用組合支架提供不同高度的孔加工。 攀枝花學院本科畢業(yè)設計(論文 ) 2 總體設計 3 2 總體設計 2.1 總體設計原則 ①采用成熟的經驗或經分析實驗驗證了的方案；②結構簡單，零部件數量 少；多用標準化、通用化零部件；③重視維修性，便于檢修、調整、拆換；④ 重視關鍵零件的可靠性和材料選擇；⑤充分運用故障分析成果，及時反饋，盡 早改進。 2.2 工藝分析 設計主要參數 E1 立輥軋機機架：所加工孔從 300mm 擴孔至 520mm，孔實際長度? 292mm,上下孔中心距 1500mm，孔與油缸間隙單邊 5mm。 E2 立輥軋機機架：所加工孔從 260mm 擴大到 420mm，孔的實際長度 108mm，上下孔中心距 1240mm，孔與油缸間隙單邊 5mm。 由于加工孔和加工余量較大，并且只能在現場機器上進行擴孔，普通擴孔 鉆及通用性鏜床無法滿足加工要求，需要利用專用鏜床進行擴孔，可利用多次 進刀完成大余量的切削。 2.3 總體方案的比較 2.3.1 刀桿的安裝形式 刀桿的形式及臥式鏜 床的工藝范圍如圖： 刀桿的安形式： ①刀桿直接裝于主軸之 上。 ②刀桿安裝在平旋盤上。 比較以上方案的優(yōu)缺點： ①此方案對主軸的旋轉 精度、剛度、承載能力要求較高，刀具的最 大伸長量需達到 292mm，具有較大不穩(wěn)定性，且刀桿較粗，且重力作用較大， 將產生較大撓度，影響加工精度。 ②此方案因刀桿與主軸不同軸，則產生一定的離心力，不能達到動平衡， 但可利用加配重的方法，解決這一問題；又因平旋盤的質量較大一些，具有惰 圖 2.1 臥式鏜床的工藝范圍 攀枝花學院本科畢業(yè)設計(論文 ) 2 總體設計 4 輪的作用，儲備一定的動能，不易在加工條件發(fā)生變化時停轉，刀具能方便裝 夾，容易調整長度，能實現一把刀具加工，并使刀具的徑向伸出長度縮短，對 主軸的性能要求降低，主軸只須傳遞一定的轉矩即可，刀桿具有較強的剛度。 2.3.2 進給方式 進給方式可分為：機械傳動進給，手動進給。 由于此專用擴孔機，為現場改造設備時使用，不直接用于工廠生產，為節(jié) 約成本，簡化變速機構，采用手輪進給方式，通過對鐵屑顏色的判別，調試每 刀進給的最佳進給量。 按鐵屑顏色、形狀酌情調整速度；當采用高速鋼鏜刀正常切削鋼材時，切 屑應成白色，切屑呈藍色時說明切削速度選高了；使用硬質合金鏜刀切削時， 正常的切屑應呈藍色，當出現火花時說明切削速度選高了，出現黑色切屑則是 切削速度未選足。 2.3.3 升降運動形式 升降運動選擇：①可利用滑座在立柱導軌上進行上下升降運動，由于為垂 直運動且重力較大，人工較為吃力，需采用電機驅動，這樣將增加擴孔機的復 雜性，自身重量及生產成本。②由于四個孔具有固定高度位置，可利用工廠中 經常使用的支架設備，變換不同的高度位置；使主軸箱水平放置于道軌上，可 使安裝更加容易，導軌剛度更高，由于部分孔的高度較高，需增加輔助支撐， 提高支撐剛度；這樣設計將大大簡化設備、降低重量。但生產時間因安裝支架 而有所增加。 2.3.4 機床運動的分配 由于現場機架固定不動，因此在鏜孔時，進給和升降運動必須由刀具運動 完成，這樣將影響加工精度，一般情況為刀具只做切削運動，而工件進給實現 金屬切削，但本設計中屬于特殊情況，需增加機床剛度，提高加工質量。 2.3.5 選擇傳動形式和支撐形式 為了簡化機床結構、降低生產成本，采用交流異步電機驅動機械裝置傳動， 它具有傳遞功率大，變速范圍較廣，傳動比準確、工作可靠等優(yōu)點。電機與主 軸箱之間利用帶輪連接，具有過載保護、減小振動等優(yōu)點；電機安裝于主軸箱 外部，可減少熱源傳遞熱量到主軸箱影響加工精度。 機床形式采用臥式結構，其結構類似于 CA6140 尾座，可便于安裝，其結 構具有較高的剛度。 攀枝花學院本科畢業(yè)設計(論文 ) 2 總體設計 5 綜上，主軸箱的 大致結構類似與普通鏜銑頭 結構，如圖 2.2所示。 擴孔機布置情況 如圖 2.3 所示，此方案結構 簡單緊湊，能滿足現場的加工要求，當加工下孔時，移去支撐中箱，加工上孔 時加上中箱；當加工另外兩個孔時可在底座的下面加鋼板以滿足孔的位置要求， 不用更換刀具，能快速實現徑向進給。 補充說明，由于皮帶暴露于主軸箱外部，為保證操作人員安全，需加防護 罩。 圖 2.2 鏜銑削頭 圖 2.3 擴孔機原理圖 攀枝花學院本科畢業(yè)設計(論文 ) 3 力能參數計算 6 3 力能參數計算 3.1 鏜削用量的選擇及轉矩、功率的確定原則 鏜削用量的選擇原則 鏜削用量直接影響被加工孔的鏜削質量和生產效率，對鏜削用量的選擇應 盡量的選擇合理、先進。鏜用量與工件材料及幾何形狀、工序精度要求、機床、 刀具——工件系統(tǒng)剛度和冷卻情況等許多因數有關。 吃刀深度 決定于加工余量。走刀次數的多少直接影響加工時間，因此粗pa 鏜時，吃刀深度應盡可能取大。本設計中選 =5mm。pa 進給量 的選擇同吃刀深度類似，粗加工時主要考慮切削效率。f 切削速度可以憑經驗，根據孔徑大小、材質情況來選擇，亦可以按工件材 料的硬度值，選定的吃刀深度、進給量和選取的刀具壽命計算出來。 3.2 最佳切削用量的選擇 3.2.1 現有鏜孔工藝參數 根據現有的鏜孔工藝參數，T612 普通鏜床偏心盤加工孔可以加工到 550mm，主軸電機功率為 7.5KW;T615-K 普通鏜床偏心盤加工孔可以加工到? 950mm,用鏜桿加刀罐可以加工到 700mm。? 參考表 ，鏜削用量[10]5-6 表 3.1 工件材料 工序 ??/minv(/)fr()pam 低碳結構鋼 粗鏜 30～70 0.3～0.6 2～6 高碳結構鋼 粗鏜 30～70 0.3～0.6 2～4 查表 鏜削用量[1]2.4- 表 3.2 刀具材料 工件材料 工序 ??/minv(/)fr()pam 硬質合金 鋼、鑄鋼 粗鏜 40～60 0.3～1 5～8 查表 ，硬質合金車外圓縱車切削用量及功率[1]2.4-9 表 3.3 刀具材料 工件材料 (/)fr??/inv()mPkw YT15 碳素結構鋼 1.0 1.27 13.1 YT15 碳素結構鋼 1.5 1.05 15.3 攀枝花學院本科畢業(yè)設計(論文 ) 3 力能參數計算 7 綜上，選取 =5mm， ，當 選取最佳切削速度pa0.5/fmr?260Dm? 。40/min.67/cvs?? 3.2.2 鏜削切削速度、扭矩和切削功率公式 查表 ，鉆孔、擴孔和鉸孔切削速度計算公式[1]2.-8 表 3.4 工件材料 刀具材料 切削速度（m/s） 碳素結構鋼、合金結構鋼 0.637()bGPa??YT15 0.60.75.2.3vpdvkTaf?? 查表 ，鉆孔、擴孔和鉸孔的軸向力、扭矩和切削功率計算公式[1]24-9 表 3.5 工件材料 刀具材料 扭矩（ ）.Nm切削功率 （kw） 碳素結構鋼、合金 結構鋼 0.637()bGPa?? 硬質合金 YT15 0.75.80959.814pmMdafk??02MvPd? 3.2.3 主要鏜削參數的計算 當 時，轉力矩2Dm0.75.80959.814pmdafk 查表 ，使用條件變換時的軸向力和扭轉修正系數[1].4-7 查得 ， ， ， 。05fk?.3ovkxmk?.wf74.089movxmwf?? （參見式 ）.70.8959.8pMda? [1]3. 即 0.75.809524pmfk? 0.956?? 14N? 切削力 （參見式 ）0 .612zFD [1]3.2 由于此切削為恒功率切削,可根據以下公式初步確定所需的切削功率。 （見式 ）0289.4067.32mMvPkwd??? [1]3. （式 3.4）169/minnrD? 當 時5 由于利用手動調整進給速度達到恒功率切削，且轉速相同可求出切削速度。 攀枝花學院本科畢業(yè)設計(論文 ) 3 力能參數計算 8 （式 3.5）1152017.34/06Dnv ms???? 由于為恒功率切削 12mMP14.6352089.4Nv????? 根據 得.7.509.8pmdafk （見式 ） 0.5.75.81.4pfD? [1]3.6 0.950.7589289.2/mr?? 切削力 01.43.zMFN? 計算軸向力和徑向力 查表 ，[2]4- 車鏜時的切削力及切削功率的計算公式 切削力 （見式 ）zF9.81(60)FzFzzxynpCafvk? [2]3.7 背向力 （見式 ）y.()FFyyxnpf [2].8 進給力 （見式 ）xF9.81(60)FFxxynpCafvk? [2]3.9 表 3.6 切削力 系z 數 .zFx.75zFy?0.15zFn?270zFC? 背向力 系y 數 0.9y .6y .3y 9y 進給力 系xF 數 1.xF?.5xF0.4xFn?24xF 由于機架材料的性能如下: ZG200-4, ﹪, si=0.5﹪, Mn=0.8﹪,.2c ,, , ﹪。可根據以下條件選擇系數。20s??40b25? 查表 ，鋼和鑄鐵的強度和硬度改變時切削力的修正系數 。[2]-3 mFK 加工材料為結構鋼和鑄鋼時 攀枝花學院本科畢業(yè)設計(論文 ) 3 力能參數計算 9 ()0.637FnbmFK?? 刀具為硬質合金， 時0.58bGPa? ， 。1.xn.yF 查表 ，加工鑄鐵及鋼時刀具幾何參數改變時切削力的修正系數。[2]4- 刀具為硬質合金時 ，0.89ykrFK?1.7xkrF? 綜上，可求得 ()0.5.63FyynbFmkrF??? 1.42687??().0.FnbFxmkrFxK?1.073463? 當 時，26D?0.9. 0.39.815(6)28.94y N???15.4471706xF 當 時，m0.90.60.3.2(1.).2y ????15.498 984x? ? 3.3 選擇電機 由于機床內部結構未定，可按下式粗略估算主電機功率。 （式 ）P?切主 總＝ [3].10 為機床總的機械效率，主運動為旋轉運動的機床， ＝0.7～0.85，機總 ?總 構較簡單和主軸轉速較低時 取大值。根據本設計的特點選擇 ＝0.85。?總 總4.635.708Pkw?切主 總 根據上述計算選擇初選電機。 選擇型號為 Y132-M2-6 電機，額定功率為 5.5KW，滿載轉速為 960r/min， 同步轉速為 1000 r/min，轉動慣量為 0.0449 ,凈重為 85kg。2kgm? 攀枝花學院本科畢業(yè)設計(論文 ) 4 擴孔機傳動系統(tǒng)設計 10 4 擴孔機傳動系統(tǒng)設計 根據設計要求傳動原理圖，如圖 4.1： 4.1 確定總傳動比 由電機滿載轉速為 960r/min 及恒定切削轉速 49r/min 得： 總傳動比 。9601.524i?? 主軸箱采用二級齒輪傳動，在設計機床傳動時，為防止傳動比過小造成從 動輪太大，增加變速箱的尺寸，一般限制最小傳動比為 ，螺旋圓柱齒min1/4? 輪 ，綜合選擇圓柱斜齒輪傳動，選擇傳動比 。max2.5i? 2.5? 4.2 分配傳動裝置的傳動比 在主軸箱內，從電機到主軸通過帶輪傳動，可使機床結構更加緊湊，傳動 更加平穩(wěn)，利用平均分配傳動比及盡量減小主軸箱尺寸、降低加工難度，選擇 兩對圓柱斜齒輪傳動，一普通 V 帶傳動，并選擇 V 帶傳動比為： 。3.2vi? 查表 ，常見機械傳動的主要性能[4]1 表 4.1 類型 傳遞功率 （kw） 速度 (m/s) 效率 傳動 比 普通帶輪傳 動 ≤500 25～30 0.94～0.9 7 2～4 圖 4.1 擴孔機傳動原理圖 攀枝花學院本科畢業(yè)設計(論文 ) 4 擴孔機傳動系統(tǒng)設計 11 二級減速器 ≤50 5～40 0.94～0.9 6 8～40 4.3 計算總的機械效率 滾動軸承（每對）傳動效率 0.98～0.995 圓柱齒輪（每對）傳動效率 0.96～0.99（閉式） 0.94～0.97（開式） 普通 V 帶傳動 0.94～0.97 計算從電機軸到主軸的傳動效率分別為： 01.96??278?3.4 （式 ）420.960.9.8???總 [4].1 4.4 計算傳動裝置各軸的運動和動力參數 （1） 各軸轉速（以下三軸為主軸箱內傳動軸） Ⅰ軸 0963/min.2mnri?? Ⅱ軸 15.?? Ⅲ軸 248/in.nri? 根據以上計算，更改第 3 節(jié)力能參數所確定的轉速 為49/minr? 。48/minr?? （2） 各軸輸入功率 Ⅰ軸 015.96.43dPkw????? Ⅱ軸 27085.1? Ⅲ軸 39?? 鏜桿 4 .624k?鏜 桿 （3） 各軸輸入轉矩 電動機軸輸出轉矩 （式 ）5.950.71960ddmPTNmn????[2]4. Ⅰ軸 014.32.68.di??? 攀枝花學院本科畢業(yè)設計(論文 ) 4 擴孔機傳動系統(tǒng)設計 12 Ⅱ軸 1268.5097.839.4Ti Nm?????? Ⅲ軸 234.2.0.7983.17i Nm?????? 4.5 帶傳動設計 ①設計要點 a) 設計所需的原始數據主要是：工件條件及對外輪廓尺寸、傳動位置的要 求；原動機種類和所需的傳動功率；主動輪和從動輪的轉速等。 b) 設計計算需確定的主要內容是：V 帶傳動的型號、長度和根數；中心距、 安裝要求對軸的作用力；帶輪直徑、材料、結構尺寸和加工要求等。 c) 設計時應注意檢查帶輪尺寸和傳動裝置外輪廓尺寸的相互關系。 d) 帶輪結構形式主要由帶輪直徑大小而定。 e) 應計算出初拉力以便安裝時檢查張緊要求及考慮張緊方式。 ②帶傳動設計計算 查表 （以下帶傳動設計所查圖表均來自[14]） ，普通 V 帶和基準寬[14]8-2 度制窄 V 帶設計計算（摘自 GB/T 1375.1-1992） 。 1） 設計功率 根據工作情況由表 8-1-26 查得工況系數 1AK? （式 4.3）15.dApKPkw???? 2） 選擇帶型 根據 和 ，由圖 8-1-3 選擇 A 型皮帶。.dk096/minnr 3） 確定傳動比 根據機械系統(tǒng)傳動比分配 。3.2i? 4） 小帶輪的基準直徑 1d 由表 8-1-15 和表 8-1-17 取小帶輪基準直徑 =100mm。1d 5）大帶輪基準直徑 213.02dim??? 6）帶速 v1965.03/dDns? 7）初定軸間距 0a1212.()()dd???0330 攀枝花學院本科畢業(yè)設計(論文 ) 4 擴孔機傳動系統(tǒng)設計 13 ，取 =350mm。02948a?0a 8） 所需 V 帶基準長度 dL （見式 ）120120()()4ddL???? [14].23539.5m??? 查表 8-1-8 選取 。dL 9） 實際軸間距 a （見式 ）001439.3552.82d???????[14].5 min801Lm?? ax 4.d 10）小帶輪包角 1? （見式 ）2118057.3d????? [14].6 3.? ? 4.2 11） 單根 V 帶的基本額定功率 1P 根據 =100mm 和 ，由表 8-1-33 查得 V 帶 。1d960/minnr?10.97P? 12） 額定功率的增量 1? 根據 和 ，由表 8-1-33（c）查得 A 型 V 帶的1960/inr?3.2 。1.5Pkw? 13） V 帶的根數 Z 根數計算公式如下： （見式 ）1()dlzk??? [14].7 根據 查表 8-1-27 得 。4.27? 0.91k?? 根據 查表 8-1-29 得 。0dLm6l57(.9)91.6z???? 取 根。6 14） 單根 V 帶的預緊力 0F 查表 8-1-28 查得 A 型帶單位長度質量為 0.1/mkg? （見式 ）202.5(1)dPFmvk????? [14].8 攀枝花學院本科畢業(yè)設計(論文 ) 4 擴孔機傳動系統(tǒng)設計 14 22.5.0(10.159?????48.N 15） 壓軸力 （式 4.9）102sinQFZ??4.348.62??59N 16） 帶輪寬度 （式 4.10）(1)Bzef???62?93m 4.6 傳動斜齒輪的設計計算 由于Ⅱ－Ⅲ軸間所受載荷較大，先選擇設計此二軸間的圓柱斜齒輪，主軸 箱內的兩對斜齒輪傳遞均相對較小，因此采用軟齒面齒輪傳動。 4.6.1 選定齒輪類型、精度等級、材料及齒數 按傳動方案，選用圓柱斜齒齒輪傳動。擴孔機是一般專用機器，速度不高， 故選用 7 級精度（GB10095-88） 。選擇小齒輪材料為 45Cr（調質） ，硬度為 280HBS,大齒輪的材料選用 45 鋼（調質）硬度為 240HBS，其材料硬度相差 40HBS。取小齒輪齒數 =24，大齒輪齒數 ，取1z2.52476.8zi???? =77。并初選螺旋角 。 （以下齒輪設計圖表及設計過程均參見[6]）2z4??? 4.6.2 按齒面接觸強度設計 由設計公式進行計算，即 （見式 ）?? 3212.t EtdHKTZud??????????? [14]. 1） 確定公式內的各計算參數 （1）試選用載荷系數 =1.6。t （2）計算小齒輪傳遞的轉矩 1T=39.4NM （3）查表 10-7 選取齒寬系數 =1。d? （4）由表 10-6 查得材料的彈性系數 。1289.EaZMP? （5）由圖 10-21d 按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強度極限 ，lim160HaMP?? 攀枝花學院本科畢業(yè)設計(論文 ) 4 擴孔機傳動系統(tǒng)設計 15 大齒輪的接觸疲勞強度極限 。lim250HaMP?? （6）根據應力循環(huán)次數 （式 4.12）710610(831).4560hNnjL????7723.45. （7）由圖 10-19 查得接觸疲勞壽命系數： ， 。1.HNK21.4HN? （8）計算接觸疲勞許用應力 計算過程及說明 取失效概率為 1％，安全系數 S=1，得 （式 4.13）lim1[].36078HNMPaS????2li452K （9）又圖 10－30 選取區(qū)域系數 。HZ.3 （10）又圖 10－26 查得 ， ，則 。10.78???27??12.65????? （11）許用接觸應力 12[]65.HMPa??? 2） 計算 （1）試計算小齒輪的分度圓 ，代入[ ]中較小的值1tdH? （見式 ） ??3213 232.69.41043189.526580t EtdHKTZum???????????????????[14]. （2）計算圓周速度 v1802.5/60tdnvms???? （3）計算齒寬及模數 由表 10—7 取 =1.2d?180dtb?? 計算齒寬和齒高之比 b/h 模數： （式 4.15）11 cos8cos4/23.nttmzm????? 齒高： 2.5.37.hb/807=9＝ （4）計算縱向重合度 ?? 攀枝花學院本科畢業(yè)設計(論文 ) 4 擴孔機傳動系統(tǒng)設計 16 （式 4.16）10.38tan0.38124tan1.903dZ????????? （5）計算載荷系數 K 根據 v=0.5 m/s，齒輪 7 級精度，由圖 10-8 查得動載系數 Kv=1.02 斜齒輪，假設 。由圖 10—3 查得//AtFbNm? 1.4HaFK? 表 10-2 查得兩段的齒輪的使用系數 .251A? 由表 10-4，7 級精度、小齒輪相對支承對稱布置時 （式 4.17）231.08()0.HdKb??????? 將數據代入后得 3618.426?? 由 , =1.426，查圖 10-13 得 =1.35b/h72=9＝ HK? FK? 故載荷系數 （式 4.18）.502.3.5AVHK????? （6）按實際的載荷系數校正所算得的分度圓直徑，由式（10－10a）可得 （見式 ） 331.89.16tdm? [14].9 （7）計算模數 （見式 ）cos93.5cs4.782mz????1 [14].20 4.6.3 按齒根彎曲強度設計 設計計算公式 （式 4.21）?? 32FaSdYKTz?????????? 1）確定計算公式內的各計算參數 （1）計算載荷系數 K （式 4.23）1.50.41352.AVHF?????? （2）根據縱向重合度 ，查得螺旋角影響系數 。9? 0.8Y?? （3）計算當量齒數 （式 4.24）133246.7cos1vZ? 28.9v???? （4）查取齒形系數 由表 10-5 查得 ， ；1.59FaY2.1FaY （5）查取應力校正系數 由表 10-5 可查得 ， ；1.6Sa?2.74Sa? 攀枝花學院本科畢業(yè)設計(論文 ) 4 擴孔機傳動系統(tǒng)設計 17 （6）計算彎曲疲勞許用應力 取彎曲疲勞安全系數 S=1.4 由圖 10-20c 查得小齒輪的彎曲疲勞強度極限 ；大齒輪的彎150FEMPa?? 曲疲勞強度極限 。2380FEMPa?? 由圖 10-18 查得彎曲疲勞壽命系數 ， ；10.9FNK.95N 由下式得 （式 4.25）??10.324FEaS????2851.NF MP? （7）計算大、小齒輪的 并加以比較??FaSY? （式 4.26）??1.59.60.253FaSY?????2.1.74.128F 由上式可得大齒輪的數值較大。 2）設計計算 ??3123 22.490.8(cos14)0.7652.1FaSdYKTmz??????????????? 對比計算結果，由齒面接觸疲勞強度計算得法面模數 大可選擇齒根彎曲nm 疲勞強度計算得法面模數，取 ，已可滿足彎曲強度。但為了同時滿足3nm? 接觸疲勞強度，需按接觸疲勞強度算得的分度圓直徑 來計算應有的齒180d? 數。 1cos80cs1425.863dZ?????2.63i?? 4.6.4 幾何尺寸計算 1）計算分度圓直徑 280cos14nzmdm????357???2 2）計算中心距 攀枝花學院本科畢業(yè)設計(論文 ) 4 擴孔機傳動系統(tǒng)設計 18 （式 4.27）80257168.9dam????1 3） 按圓整后的中心距修正螺旋角 （式 4.28）??1203()4.65nZrcarc??? 4）計算齒輪寬度 18db????? 圓整后取 。2170,Bm 5）驗算 （式 4.29）139.48tTFNd ，合適。.7025/10/AtKmb??? 4.6.5 計算Ⅰ－Ⅱ軸間圓柱斜齒輪 同理，計算Ⅰ－Ⅱ軸間的一對圓柱斜齒輪得標準模數 2.5nm? 小齒輪齒數 =24，大齒輪齒數 ，取 =771z2.54768zi???z 螺旋角 。4???2.56cosnmdm???171984z??2 中心距 （式 4.30）1230da???
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