組合專(zhuān)機(jī)-鏜削動(dòng)力頭及其組件設(shè)計(jì)

組合專(zhuān)機(jī)-鏜削動(dòng)力頭及其組件設(shè)計(jì),組合,專(zhuān)機(jī),動(dòng)力,及其,組件,設(shè)計(jì) 11四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（鏜削動(dòng)力頭及操作裝置設(shè)計(jì)） 四 川 理 工 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）說(shuō) 明 書(shū) 題 目 鏜　削　動(dòng)　力　頭　及 　 主 軸 組 件 設(shè)　計(jì) 學(xué) 生 王 中 敏 系 別 機(jī)　電　工　程　系 專(zhuān) 業(yè) 班 級(jí) 機(jī)　制　03.3　班機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 學(xué) 號(hào) 　2003111026　　　　　 指 導(dǎo) 教 師 　李何　　先禮　　民維 1 四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（鏜削動(dòng)力頭及操作裝置設(shè)計(jì)） 33 四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（鏜削動(dòng)力頭及操作裝置設(shè)計(jì)） 摘 要 主軸及其主軸組件，是組合機(jī)床的核心部件，是組合機(jī)床進(jìn)行加工的執(zhí)行者，在組合機(jī)床的發(fā)展過(guò)程中占有相當(dāng)重要的地位。一臺(tái)組合機(jī)床的加工精度主要取決于動(dòng)力頭及其主軸組件的精度?，F(xiàn)在，很多動(dòng)力頭基本上已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，這為機(jī)床的制造，改裝帶來(lái)了很大的方便，但為了提高精度，工作效率，就還需要設(shè)計(jì)出更專(zhuān)用化的動(dòng)力頭部件。 本次設(shè)計(jì)的鏜削動(dòng)力頭主要是用于鏜削加工VF-6／7型空壓機(jī)上減荷閥體Φ的孔。在設(shè)計(jì)動(dòng)力頭的過(guò)程中，主要是依據(jù)鏜削加工該零件時(shí)所需要的切削用量，進(jìn)行動(dòng)力源總體方案、動(dòng)力傳動(dòng)裝置、主軸及其組件設(shè)計(jì)。最后通過(guò)校核計(jì)算，驗(yàn)算所設(shè)計(jì)動(dòng)力頭的合理性。 該設(shè)計(jì)的鏜削動(dòng)力頭結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠，可適用于加工Φ40—Φ200 mm孔，加工精度較高，與通用動(dòng)力頭相比，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，可以更好的發(fā)揮動(dòng)力裝置的能力，大大提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和加工精度。 通過(guò)實(shí)際調(diào)查，目前，組合機(jī)床在工廠中占有很大的比重，需進(jìn)行鏜內(nèi)孔加工的零件數(shù)量也很多，所以，鏜削動(dòng)力頭有很大的發(fā)展空間和廣闊的運(yùn)用前景。它使用鏜削動(dòng)力頭將會(huì)降低機(jī)床成本，極大的減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，也更容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)。 關(guān)鍵詞：組合機(jī)床；動(dòng)力頭；鏜削加工。 ABSTACT The main axle and its the main axle module, is the aggregatemachine-tool core part, is performer which the aggregate machine-toolcarries on the processing, holds the quite important status in theaggregate machine-tool developing process. A aggregate machine-toolprocessing precision mainly is decided by the power head and its themain axle module precision. Now, very many power heads basically already standardize, this for theengine bed manufacture, the reequipment has brought very bigconvenient, but in order to increase the precision, the workingefficiency, needed to design the special-purposer power head part. The design of Boring is the main driving force for the first Boring VF-6/7 air compressor on a valve Φby the hole. In the first design, dynamic process, which is mainly Boring processing required when cutting consumption, power sources, power transmission, Spindle assembly design. Finally, checking, checking dynamic design of the first reasonable The first Boring power structure simple and reliable and can be applied to the processing of Φ40-200 mm hole, high precision machining, and General Dynamics compared to the first, simple and compact structure, we can better play the power plant capacity greatly improve labor productivity and accuracy. Through actual investigations, at present, the combination machine in a factory has a huge proportion require boring hole machining of parts is also a lot of volume, so Boring power head has plenty of room for development and broad application prospects. It will lower the cost of machine, greatly reducing the labor intensity, it would be easier to achieve automated production. Keywords : portfolio machine; Dynamic head; Boring 目 錄 中文摘要 英文摘要 第一章 緒論 第二章 動(dòng)力頭參數(shù)計(jì)算 2.1零件分析 2.2確定加工刀具材料 2.3 確定鏜削時(shí)主軸最佳轉(zhuǎn)速 2.4運(yùn)動(dòng)參數(shù) 2.4.1主運(yùn)動(dòng)速度范圍 2.4.2確定傳動(dòng)級(jí)數(shù) 2.4.3確定主軸的標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)速 2.5作轉(zhuǎn)速圖 2.6動(dòng)力頭結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 2.7電動(dòng)機(jī)的選擇 2.7.1計(jì)算電動(dòng)機(jī)功率以及各軸上的傳遞功率 2.7.2選擇電動(dòng)機(jī)的型號(hào) 第三章 主軸設(shè)計(jì) 3.1主軸材料的選擇 3.2主軸軸承的選用 3.3主軸熱處理 3.4確定主軸的結(jié)構(gòu) 3.5主軸結(jié)構(gòu)參數(shù) 3.5.1確定主軸最小直徑 3.5.2確定主軸前軸頸 3.5.3確定主軸后軸頸 3.5.4確定主軸內(nèi)孔 3.5.5主軸前端尺寸的確定 3.5.6主軸各具體尺寸的確定 第四章 齒輪設(shè)計(jì) 4.1計(jì)算傳動(dòng)比 4.2確定齒輪參數(shù) 4.2.1確定齒輪的齒數(shù) 4.2.2計(jì)算齒輪的寬度 4.2.3計(jì)算齒輪的模數(shù) 4.2.4分度圓直徑 4.3齒輪和主軸的聯(lián)接 第五章 滾動(dòng)軸承的選取 5.1前支承選取 5.2后支承選取 5.3主軸軸承精度的選擇 第六章 主軸組件的檢驗(yàn)校核 6.1鏜削切削力 6.2主軸的校核 6.2.1主軸剛度的驗(yàn)算 6.2.1.1主軸端部繞度 6.2.1.2主軸的傾角 6.2.2主軸強(qiáng)度驗(yàn)算 6.3滾動(dòng)軸承額定壽命 6.4主軸齒輪的校核 6.4.1按接觸疲勞強(qiáng)度校核 6.4.2按齒根彎曲疲勞強(qiáng)校核 第七章 定位元件設(shè)計(jì) 7.1定位環(huán) 7.2壓塊鎖緊螺母 7.3套筒 7.4軸用彈性擋圈 第八章 主軸箱體設(shè)計(jì) 第九章 潤(rùn)滑密封裝置設(shè)計(jì) 參考文獻(xiàn) 致謝 目 錄 中文摘要 ……………………………………………………………………………… Ⅰ 英文摘要 ……………………………………………………………………………… Ⅱ 第一章 緒論 ………………………………………………………………………… 1 第二章 動(dòng)力頭參數(shù)計(jì)算 …………………………………………………………… 2 2.1零件分析 ………………………………………………………………………… 2 2.2確定加工刀具材料 ………………………………………………………………………… 2 2.3確定鏜削時(shí)主軸最佳轉(zhuǎn)速 ………………………………………………………………… 2 2.4運(yùn)動(dòng)參數(shù) …………………………………………………………………………………… 3 2.4.1主運(yùn)動(dòng)速度范圍 ……………………………………………………………………… 3 2.4.2確定傳動(dòng)級(jí)數(shù) …………………………………………………………………………… 3 2.4.3確定主軸的標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)速 …………………………………………………………………… 3 2.5電動(dòng)機(jī)的選擇 ……………………………………………………………………………… 4 2.5.1計(jì)算電動(dòng)機(jī)功率及各軸上的傳遞功率 ………………………………………………… 4 2.5.2選擇電動(dòng)機(jī)的型號(hào) ……………………………………………………………………… 5 2.6作轉(zhuǎn)速圖 ……………………………………………………………………………………… 5 2.7動(dòng)力頭結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 ……………………………………………………………………………… 6 第三章 主軸設(shè)計(jì) …………………………………………………………………… 7 3.1主軸材料的選擇 ……………………………………………………………………………… 7 3.2主軸軸承的選用 ……………………………………………………………………………… 7 3.3主軸熱處理 …………………………………………………………………………………… 8 3.4確定主軸結(jié)構(gòu) ………………………………………………………………………………… 8 3.5主軸結(jié)構(gòu)參數(shù) ………………………………………………………………………………… 9 3.5.1確定主軸最小直徑 ……………………………………………………………………… 9 3.5.2確定主軸前軸頸 ………………………………………………………………………… 9 3.5.3確定主軸后軸頸 ………………………………………………………………………… 10 3.5.4確定主軸內(nèi)孔 …………………………………………………………………………… 10 3.5.5主軸前端尺寸的確定 …………………………………………………………………… 10 3.5.6主軸各具體尺寸的確定 ………………………………………………………………… 10 第四章 齒輪設(shè)計(jì) ……………………………………………………………………… 12 4.1計(jì)算傳動(dòng)比 …………………………………………………………………………………… 12 4.2確定齒輪參數(shù) ……………………………………………………………………………… 12 4.2.1確定齒輪的齒數(shù) ……………………………………………………………………… 12 4.2.2計(jì)算齒輪的寬度 ……………………………………………………………………… 12 4.2.3計(jì)算齒輪的模數(shù) ……………………………………………………………………… 13 4.2.4分度圓直徑 …………………………………………………………………………… 14 4.3齒輪和主軸的聯(lián)接 ………………………………………………………………………… 14 第五章 軸上零件設(shè)計(jì) ……………………………………………………………… 15 5.1軸承的選取 ………………………………………………………………………………… 15 5.1.1前支承選取 …………………………………………………………………………… 15 5.1.2后支承選取 …………………………………………………………………………… 15 5.1.3主軸軸承精度的選擇 ………………………………………………………………… 15 5.2定位元件設(shè)計(jì) ……………………………………………………………………………… 15 5.2.1定位環(huán) ………………………………………………………………………………… 16 5.2.2壓塊鎖緊螺母 ………………………………………………………………………… 16 5.2.3套筒 …………………………………………………………………………………… 16 5.2.4軸有彈性擋圈 ………………………………………………………………………… 16 第六章 主軸組件的檢驗(yàn)校核 ……………………………………………………… 18 6.1鏜削切削力 ………………………………………………………………………………… 18 6.2主軸的校核 ………………………………………………………………………………… 19 6.2.1主軸剛度的驗(yàn)算 ……………………………………………………………………… 19 6.2.2主軸強(qiáng)度的驗(yàn)算 ……………………………………………………………………… 21 6.3滾動(dòng)軸承額定壽命 ………………………………………………………………………… 21 6.4主軸齒輪的校核 …………………………………………………………………………… 22 6.4.1按接觸疲勞強(qiáng)度校核 ………………………………………………………………… 25 6.4.2按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核 …………………………………………………………… 25 第七章 主軸箱總體設(shè)計(jì) …………………………………………………………… 28 7.1箱體設(shè)計(jì) …………………………………………………………………………………… 28 7.2密封裝置設(shè)計(jì) ……………………………………………………………………………… 28 7.3潤(rùn)滑設(shè)計(jì) …………………………………………………………………………………… 29 第八章 設(shè)計(jì)總結(jié) …………………………………………………………………… 30 參考文獻(xiàn) ……………………………………………………………………………… 31 致謝 …………………………………………………………………………………… 32 四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（鏜削動(dòng)力頭及操作裝置設(shè)計(jì)） 第一章　緒 論 進(jìn)入20世紀(jì)以來(lái),機(jī)器是人類(lèi)進(jìn)行生產(chǎn)以減輕體力勞動(dòng)和提高勞動(dòng)生產(chǎn)率的主要工具，使用機(jī)器進(jìn)行生產(chǎn)的水平是衡量一個(gè)國(guó)家的技術(shù)水平和現(xiàn)代化程度的重要標(biāo)志。機(jī)械制造在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有重要地位，是一個(gè)國(guó)家或地區(qū)發(fā)展的重要支柱。組合機(jī)床它獨(dú)有的優(yōu)勢(shì)：具有低成本和高效率的優(yōu)點(diǎn)，在大批、大量生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用，并可用以組成自動(dòng)生產(chǎn)線。，已逐漸在金屬切削機(jī)床中顯現(xiàn)出它獨(dú)有的特色，贏得很多機(jī)械制造工廠的青睞。而主軸及其組件則是組合機(jī)床的重要執(zhí)行部件，它對(duì)加工的精度有很大的影響，盡管現(xiàn)在動(dòng)力頭很多都被標(biāo)準(zhǔn)化，但為了提高對(duì)鏜削Φ40—Φ200 mm的孔的組合機(jī)床其專(zhuān)用化的程度針對(duì)某些特定的零件，設(shè)計(jì)專(zhuān)用的動(dòng)力頭，以更好的提高加工精度和工作效率，降低機(jī)床生產(chǎn)成本，仍然要對(duì)其動(dòng)力頭部件重新設(shè)計(jì)有其必要性。 第二章 動(dòng)力頭參數(shù)計(jì)算 主傳動(dòng)的運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)的任務(wù)是運(yùn)用轉(zhuǎn)速圖的基本原理，從而擬定滿足給定的轉(zhuǎn)速的傳動(dòng)方案。其主要內(nèi)容包括選擇變速組及其傳動(dòng)副數(shù)，確定各變速組中的齒輪傳動(dòng)比，以及計(jì)算齒輪齒數(shù)，以及計(jì)算膠帶輪直徑等。 2.1零件分析 要求設(shè)計(jì)一種專(zhuān)用機(jī)床的動(dòng)力頭，用于鏜削加工VF—6／7型空壓機(jī)上的減荷閥體Φ的內(nèi)孔。材料為HT200，重13.5kg，加工要求為：表面粗糙度值：Ra=5um；加工精度等級(jí)IT9。 材料為HT200，查《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊(cè)》P23頁(yè)表2-3：HT200的硬度范圍為148－222HBS,在此取180HBS。因?yàn)楸患庸け砻娲植诙戎担篟a=5um；加工精度等級(jí)IT9，查《機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)》P241頁(yè)表6-4，根據(jù)對(duì)零件圖的分析比較最后得出加工方案：粗鏜——精鏜。定位基準(zhǔn)為：工件的下底面。 2.2確定加工刀具材料 通過(guò)對(duì)零件的工藝分析，取切削深度背吃刀量=3mm，進(jìn)給量 =0.5mm/r。（《機(jī)械加工工藝手冊(cè)》P987頁(yè)表4.1-6），選取刀具材料為YG6A）。 選擇通孔鏜刀，得到通孔鏜刀的外形參數(shù)B=12mm,H=12mm,L=125、150mm， =40、60， d =12mm。查《機(jī)械加工藝手冊(cè)》P1064頁(yè)表4.3─63。 2.3 確定鏜削時(shí)主軸最佳轉(zhuǎn)速 根據(jù)加工要求，選擇通孔鏜刀，查《機(jī)械加工藝手冊(cè)》P1064頁(yè)表4.3─63。 確定鏜削加工時(shí)主軸轉(zhuǎn)速和功率 查《機(jī)械加工工藝手冊(cè)》P511頁(yè)表2.4—66附表2.4—9；得硬質(zhì)合金鏜刀的切削速度為v=0.99m/s，所需要的切削功率為Pm=2.1kw。 鏜銷(xiāo)削動(dòng)力頭主軸最佳轉(zhuǎn)速： n = m/min （2—1） 公式出處 ——《機(jī)械制造裝備》P150頁(yè)； 式中 v ——切削速度，單位為m/min； d ——工件（或刀具）直徑，單位為mm?！? 把上面的各個(gè)參數(shù)代入式（2—1）可得： n = = 200 r/min 2.4運(yùn)動(dòng)參數(shù) 2.4.1主運(yùn)動(dòng)速度范圍 根據(jù)已知條件，要求鏜銷(xiāo)削加工孔的范圍為Φ40—Φ200 mm。加工Φ40—Φ200 mm的孔時(shí)取切削深度αp=3mm，f =0.3mm/r。查《機(jī)械加工工藝手冊(cè)》P987頁(yè)表4.1-6：選取刀具材料為YG6A。查《機(jī)械加工工藝手冊(cè)》P511頁(yè)表2.4—66附表2.4—9：得硬質(zhì)合金鏜刀的切削速度為Vmax=1.45m/s、 Vmin=1.30m/s。 把上面的各個(gè)參數(shù)代入式2—2可得： （2—2） 　　　　　= =692 r/min = =124.2 r/min = = （2—3） 公式出處 ——《機(jī)械制造裝備》P152頁(yè)； 式中 z —— 傳動(dòng)級(jí)數(shù)。 將 n,n代入公式2—3可得： = = = 5.57 6 2.4.2確定傳動(dòng)級(jí)數(shù) 將式（2—3）兩邊取對(duì)數(shù)可得： z =( loglog) + 1 （2—4） 查《機(jī)械制造裝備》P152頁(yè)表3－1，如下表2—1： 由下表取公比＝1.41，再將，代到式2—4中，得： z =( log6log1.41) + 1 ＝5.2 + 1 = 6.2 通過(guò)綜合的分析與考慮，由于z只能為整數(shù)，故在此z值取為6。 z＝32＝6 2.4.3確定主軸的標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)速 查《機(jī)械制造裝備》P153頁(yè)表3－2，如下表2—2： 表2—1 標(biāo)準(zhǔn)公比 1.06 1.12 1.26 1.41 1.58 1.78 2 2 A 5.7% 11% 21% 29% 37% 44% 50% 與1.06關(guān)系 1.06 1.06 1.06 1.06 1.06 1.06 1.06表有問(wèn)題。 由上表取公比＝1.41，再將，代到式2—4中，得： z =( log6log1.41) + 1 ＝5.2 + 1 = 6.2 通過(guò)綜合的分析與考慮，由于z只能為整數(shù)，故在此z值取為6。 z＝32＝6 2.4.3確定主軸的標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)速 查《機(jī)械制造裝備》P153頁(yè)表3－2，如下表2—2： 表2—2 標(biāo)準(zhǔn)數(shù)列表 1 1.06 1.12 1.18 1.25 1.32 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 2 2.12 2.24 2.36 2.5 2.65 2.8 3.0 3.15 3.35 3.55 3.75 4 4.25 4.5 4.75 5.0 5.3 5.6 6.0 6.3 6.7 7.1 7.5 8 8.5 9.0 9.5 10 10.6 11.2 11.8 12.5 13.2 14 15 16 17 18 19 20 21.2 22.4 23.6 25 26.5 28 30 31.5 33.5 35.5 37.5 40 42.5 45 47.5 50 53 56 60 63 67 71 75 80 85 90 95 100 106 112 118 125 132 140 150 160 170 180 190 200 212 224 236 250 265 280 300 315 335 355 375 400 425 450 475 500 530 560 600 630 670 710 750 800 850 900 950 1000 1060 1120 1180 1250 1320 1400 1500 1600 1700 1800 1900 2000 2120 2240 2360 2500 2650 2800 3000 3150 3350 3550 3750 4000 4250 4500 4750 5000 5300 5600 6000 6300 6700 7100 7500 8000 8500 9000 9500 10000 10600 11200 11800 12500 13200 14100 15000 在此的最底低轉(zhuǎn)速是124.2 r/min，最高轉(zhuǎn)速為692 r/min，查上表1—2標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)速表可以確定機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速由低到高分別為： =125 r/min =180min =250min =355min =500min =710min 2.5作轉(zhuǎn)速圖2.5電動(dòng)機(jī)的選擇 電動(dòng)機(jī)是動(dòng)力頭切削動(dòng)力的來(lái)源，是動(dòng)力頭的核心部件，對(duì)機(jī)床的工作起著至關(guān)重要的作用，為了最大限度的發(fā)揮機(jī)床的切削性能，必須選擇一個(gè)功率合理的電動(dòng)機(jī)，同時(shí)為了考慮電動(dòng)機(jī)在動(dòng)力頭上的布局，還應(yīng)在功率匹配的情況下，選擇電動(dòng)機(jī)的外形尺寸。 2.5.1計(jì)算電動(dòng)機(jī)功率以及各軸上的傳遞功率 根據(jù)前面已經(jīng)查出，鏜削動(dòng)力頭最終所需要的輸出功率為2.1kw。查《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊(cè)》8級(jí)精度的一般圓柱齒輪的傳動(dòng)效率為0.97。 其需要經(jīng)過(guò)四對(duì)齒輪傳動(dòng)，因此傳動(dòng)總效率為： 　　　　　　　?。剑?.88 因?yàn)椋? 　 （2—5） 公式出處 ——《金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)》P40頁(yè)式2-7； 式中—— 所以，電機(jī)需要提供的功率為 kw 因此各個(gè)軸傳遞的功率分別為： kw kw kw kw 　　　　　 式中——是指軸與軸之間的傳動(dòng)效率 2.5.2選擇電動(dòng)機(jī)的型號(hào) 根據(jù)機(jī)床的具體要求查《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊(cè)》P155頁(yè)表12—1 選擇Y132S—6型電動(dòng)機(jī)。 2.6作轉(zhuǎn)速圖 圖2—1 轉(zhuǎn)速圖 2.67動(dòng)力頭結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 軸1 軸2 軸3 軸4 主軸 圖2—2 動(dòng)力頭結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖這是傳動(dòng)系統(tǒng)圖。圖中滑移齒輪畫(huà)法有問(wèn)題。 2.7電動(dòng)機(jī)的選擇 電動(dòng)機(jī)是動(dòng)力頭切削動(dòng)力的來(lái)源，是動(dòng)力頭的核心部件，對(duì)機(jī)床的工作起著至關(guān)重要的作用，為了最大限度的發(fā)揮機(jī)床的切削性能，必須選擇一個(gè)功率合理的電動(dòng)機(jī)，同時(shí)為了考慮電動(dòng)機(jī)在動(dòng)力頭上的布局，還應(yīng)在功率匹配的情況下，選擇電動(dòng)機(jī)的外形尺寸。 2.7.1計(jì)算電動(dòng)機(jī)功率以及各軸上的傳遞功率 根據(jù)前面已經(jīng)查出，鏜削動(dòng)力頭最終所需要的輸出功率為2.1kw。查《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊(cè)》8級(jí)精度的一般圓柱齒輪的傳動(dòng)效率為0.97。 其需要經(jīng)過(guò)四對(duì)齒輪傳動(dòng)，因此傳動(dòng)總效率為： 　　　　　　　?。剑?.88 因?yàn)椋? 　 （2—5） 公式出處 ——《金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)》P40頁(yè)式2-7； 式中—— 所以，電機(jī)需要提供的功率為 kw 因此各個(gè)軸傳遞的功率分別為： kw kw kw kw 　　　　　 式中——是指軸與軸之間的傳動(dòng)效率 2.7.2選擇電動(dòng)機(jī)的型號(hào) 根據(jù)機(jī)床的具體要求查《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊(cè)》P155頁(yè)表12—1 選擇Y132S—6型電動(dòng)機(jī)。 第三章 主軸設(shè)計(jì) 3.1主軸材料的選擇 主軸材料主要根據(jù)剛度、載荷特點(diǎn)、耐磨性和熱處理變形大小等因素來(lái)選擇。主軸的剛度與材料的彈性模量E值有關(guān)，剛鋼的E值較大（2.1×10 N/cm2牛/厘米用N/cm2表示。 左右左右）），所以主軸材料首先考慮用鋼料。因?yàn)閯備摰膹椥阅Ａ縀的數(shù)值和鋼的種類(lèi)和熱處理方式無(wú)關(guān)，所以不論是普通鋼還是合金鋼，其彈性模量E基本相同。因此在選擇剛鋼料的時(shí)候應(yīng)首先考慮價(jià)格便宜的中碳鋼，在此我選擇45鋼。 3.2主軸軸承的選用 軸承是主軸的重要組成部分，它的類(lèi)型、配置、精度、安裝、調(diào)整和潤(rùn)滑等都直接影響主軸組件的工作性能。主軸的旋轉(zhuǎn)精度在很大程度上由軸承決定，軸承的變形量約占主軸組件總變形量的30%～50%，軸承的發(fā)熱量占的比重也比較大。故主軸軸承應(yīng)具有：旋轉(zhuǎn)精度高、剛度大、承載能力強(qiáng)、抗振性能高、摩擦功耗小、噪聲低和壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)。這也是對(duì)主軸軸承的基本要求，查《金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)》P140頁(yè)表5—6，如下表3—1： 表3—1 滾動(dòng)軸承和滑動(dòng)軸承的比較 基本要求 滾動(dòng)軸承 滑 動(dòng) 軸 承 動(dòng)壓軸承 靜壓軸承 旋轉(zhuǎn)精度 精度一般或較差?？稍跓o(wú)隙或預(yù)加載荷下工作。精度也可以很高，但制造困難 單油楔軸承一般，多油楔軸承較高 可以很高 剛 度 僅與軸承型號(hào)有關(guān)，與轉(zhuǎn)速、載荷無(wú)關(guān)，預(yù)緊后可提高一些 隨轉(zhuǎn)速和載荷升高而增大 與節(jié)流形式有關(guān)，與載荷轉(zhuǎn)速無(wú)關(guān) 承載能力 一般為恒定值，高速時(shí)受材料疲勞強(qiáng)度限制 隨轉(zhuǎn)速增加而增加，高速時(shí)受溫升限制 與油腔相對(duì)壓差有關(guān)，不計(jì)動(dòng)壓效應(yīng)時(shí)與速度無(wú)關(guān) 抗振性能 不好，阻尼系數(shù)D=0.029 較好，阻尼系數(shù)D=0.055 很好，阻尼系數(shù)L=0.4 速度性能 高速受疲勞強(qiáng)度和離心力限制，低中速性能較好 中高速性能較好。低速時(shí)形不成油漠，無(wú)承載能力 適應(yīng)于各種轉(zhuǎn)速 摩擦功耗 一般較小，潤(rùn)滑調(diào)整不當(dāng)時(shí)則較大f=0.002～0.008 教小 f=0.001～0.008 本身功耗小，但有相當(dāng)大的泵功耗f=0.0005～0.001 噪 聲 較大 無(wú)噪聲 本身無(wú)噪聲，泵有噪聲 壽 命 受疲勞強(qiáng)度限制 在不頻繁啟動(dòng)時(shí)，壽命較長(zhǎng) 本身壽命無(wú)限，但供油系統(tǒng)的壽命有限 根據(jù)表2—1對(duì)滾動(dòng)軸承和滑動(dòng)軸承做出相應(yīng)比較，在這里滾動(dòng)軸承能夠滿足主軸組件工作性能要求、經(jīng)濟(jì)合理。所以選擇滾動(dòng)軸承。 3.3主軸熱處理 主軸采用45鋼，查《機(jī)械制造裝備》P118頁(yè)表2—4，如下表3—2： 表3—2 主軸材料及熱處理 鋼 材 熱 處 理 用 途 45鋼 調(diào)質(zhì)22～28HRC，局部高頻淬硬50～55HRC 一般機(jī)床主軸、傳動(dòng)軸 40Cr 調(diào)質(zhì)后淬硬40～50HRC 載荷較大或表面要求較硬的主軸 20Cr 炭化滲碳、淬硬56～62HRC 中等載荷、轉(zhuǎn)速很高、沖擊較大的主軸 38CrMoA1A 氫氮化處理850～1000HV 精密和高精度機(jī)床主軸 65Mn 淬硬52～58HRC 高精度機(jī)床主軸 根據(jù)表3—2，為滿足工作要求，對(duì)該45鋼主軸進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，硬度HRC22～28。由于主軸采用的是滾動(dòng)軸承，為了提高接觸剛度，防止敲碰損傷軸頸的配合表面，所以對(duì)軸頸進(jìn)行高頻淬火，硬度HRC50～55。 3.4確定主軸的結(jié)構(gòu) 本組合機(jī)床的主軸結(jié)構(gòu)應(yīng)保證鏜刀的安裝可靠、定位準(zhǔn)確、連接鋼剛度高、裝卸方便并能傳遞足夠的轉(zhuǎn)矩；并考慮到該主軸的軸上安裝零件的類(lèi)型、數(shù)量、位置和安裝定位方法的因素以及加工工藝性和裝配工藝性。所以將該主軸設(shè)計(jì)成頭大尾小、逐級(jí)遞減的階梯形狀。具體樣式如下圖2—1： 圖3—1 主軸 3.5主軸結(jié)構(gòu)參數(shù) 3.5.1確定主軸最小直徑可查表確定主軸前軸頸的直徑，再確定后軸頸直徑。 （mm） （3—1） 公式出處——《機(jī)械設(shè)計(jì)》P314頁(yè) 式中 C——與軸材料有關(guān)的系數(shù)； P——軸傳遞的功率； n——軸的轉(zhuǎn)速。 主軸采用45鋼，根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)》P314頁(yè)表16.2，如表3—3 表3—3 軸強(qiáng)度計(jì)算公式中的系數(shù)C 軸的材料 Q235，20 Q255，Q275，35 45 40Cr,38SiMnMo C 12 160 15 148 20 135 25 125 30 118 35 112 40 106 45 102 52 98 由上表C取112;因?yàn)橹行屯ㄓ脵C(jī)床的主軸計(jì)算轉(zhuǎn)速n為主軸第一個(gè)轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)的最高轉(zhuǎn)速，所以n取180r/min應(yīng)取計(jì)算轉(zhuǎn)速。后面的計(jì)算也是一樣。 ;軸的傳遞功率P為2.1kw。將C、n、P代入式3—1得： mm 因?yàn)橹鬏S轉(zhuǎn)速最低的時(shí)候所承受的扭矩最大，所以n取125r/min應(yīng)取計(jì)算轉(zhuǎn)速。后面的計(jì)算也是一樣。 ;軸的傳遞功率P為2.1kw。將C、n、P代入式3—1得： mm 3.5.2確定主軸前軸頸 查《機(jī)械制造裝備》P118頁(yè)表2—5，如下表3—4： 表3—4 主軸前軸頸的直徑 功率 機(jī)床 2.65～3.6 3.7～5.5 5.6～7.2 7.4～11 11～14.7 14.8～18.4 車(chē)床 6050～90 70～105 95～130 110～145 140～165 150～190 由于鏜床主軸與車(chē)床主軸機(jī)構(gòu)類(lèi)似，電機(jī)的功率為2.5kw，根據(jù)上表選擇d為: d=50mm 3.5.3確定主軸后軸頸 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式 d≈（0.7～0.85）d （3—2） d≈35mm 3.5.4確定主軸內(nèi)孔 為了減輕主軸重量、能夠通過(guò)刀具拉桿、冷卻管等，主軸上都有內(nèi)孔。主軸內(nèi)孔直徑的大小，應(yīng)在滿足主軸剛度要求的前提下盡量取大來(lái)取值，但一般應(yīng)保證d8？ D=50×0.7=24.5mm 為滿足足夠的強(qiáng)度D取： D=20mm 3.5.5主軸前端尺寸的確定 該專(zhuān)用組合機(jī)床鏜削的孔徑不大，用主軸莫氏錐孔作為鏜刀桿的定位面，并且便于裝夾，通用性也很強(qiáng)。查《金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)》P52頁(yè)表1—48主軸端部尺寸，詳如下表3—5： 圖3—2 主軸端部 表3—5 鏜床主軸端部尺寸（GB2814—89） 32 55 20 11.9 153 109 33 3 3.5.6主軸各具體尺寸的確定 根據(jù)主軸組件具體安裝尺寸要求，主軸各尺寸確定如下表： 表3—6 主軸尺寸 32 20 55 60 55 50 45 40 35 46 ` 153 12 5 48 32.57 30.5 406 64 28 第四章 齒輪設(shè)計(jì) 此機(jī)床為使結(jié)構(gòu)緊湊、便于力傳遞，變速箱和主軸箱設(shè)計(jì)為一整體。為將變速箱的力準(zhǔn)確的傳遞給機(jī)床主軸，在此選用齒輪傳遞。 4.1計(jì)算傳動(dòng)比 ＝＝＝1.41＝?。剑剑?＝ ＝＝＝2.84＝　＝＝＝4＝ ＝＝＝5.68＝ 4.2確定齒輪參數(shù) 4.2.1確定齒輪的齒數(shù) 通過(guò)對(duì)上式進(jìn)行分析可以看出，傳動(dòng)比與公比始終有整次方的關(guān)系，同時(shí)考慮到機(jī)床上各零件加工的方便，在這里我們?nèi)C(jī)床上各傳動(dòng)齒輪的模數(shù)相同。 通過(guò)查《金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)》P61頁(yè)表3.1.1得到齒輪齒數(shù)分別為： 表4—1 齒輪齒數(shù)表 21 39 25 35 30 30 20 40 35 25 20 40 44 44 所以，主軸上齒輪齒數(shù)Z=44。 4.2.2計(jì)算齒輪的寬度 對(duì)整個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)示意圖進(jìn)行分析，可以看出軸IV上齒輪所承受的力最大。故在確定齒輪的寬度時(shí)，暫時(shí)以此齒輪進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。 　 （4—1） 　　　　　 ＝＝174200　N.mm 查《機(jī)械設(shè)計(jì)》教材　P222　表12.3　由于我們?cè)O(shè)計(jì)的齒輪采用硬齒面，故取齒寬系數(shù)。 又已知齒輪材料為45鋼調(diào)質(zhì)處理，硬度為229HB—286HB，在此我們?nèi)∑骄捕?40HB。查《機(jī)械設(shè)計(jì)》教材　P223　圖12.17(c)　45調(diào)質(zhì)鋼接觸疲勞極限 mpa。 初步計(jì)算齒輪的接觸應(yīng)力： 　 （4—2） 公式出處——《機(jī)械設(shè)計(jì)》P226頁(yè)式12.5。 mpa 初步計(jì)算齒輪的直徑： 　　　　　　　　　　　 （4—3） 查《機(jī)械設(shè)計(jì)》教材　P227 表12.16　?。?5。 把以上各個(gè)參數(shù)代入式4—3可得： ＝120 mm 齒寬　 （4—4） mm 通過(guò)分析，變速箱的所有齒寬都取35mm。綜合所設(shè)計(jì)機(jī)床的特性，在此統(tǒng)一取齒寬主要是為了方便加工，使機(jī)床構(gòu)簡(jiǎn)單化，所以主軸上齒輪取齒寬： B=35mm 4.2.3計(jì)算齒輪的模數(shù) 在前面對(duì)齒輪寬度計(jì)算時(shí)，我們分析并計(jì)算出齒輪分度圓直徑為120mm，齒數(shù)為40,其齒輪齒數(shù)z，模數(shù)m，分度圓直徑d，有如下的關(guān)系： 　　　　　　　　　　　 （4—5） 所以： mm 為了減少機(jī)床加工工藝的難度，在所設(shè)計(jì)的主軸齒輪采用相同的模數(shù)，這也是滿足一對(duì)直齒圓柱齒輪正常嚙合的的條件。 因此主軸與軸IV之間的中心距同樣可以確定出來(lái)： 　　　　　　　　　　　　　 （4—6） 公式出處——《機(jī)械設(shè)計(jì)》P212頁(yè)表12.8 即： mm 4.2.4分度圓直徑 =132mm 4.3齒輪和主軸的聯(lián)接 此處主要是齒輪向主軸傳遞轉(zhuǎn)矩，在次此應(yīng)選擇周向固定的平鍵聯(lián)接。 查《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊(cè)》表4—1根據(jù)要求選擇 圖4—1 鍵 GB 1096—79 第五章 滾動(dòng)軸承的選取軸上零件設(shè)計(jì) 5.1軸承的選取 5.1.1前支承選取 鏜床進(jìn)行鏜削加工時(shí)主要承受徑向載荷，但軸向載荷也不可忽略，所以前支撐支承選擇雙列圓錐滾子軸承，這樣既能承受徑向載荷又能承受軸向載荷。由于滾錐數(shù)量較多，故剛度和承載能力大。由于沒(méi)有50雙列圓錐滾子軸承，就選用兩個(gè)50圓錐滾子軸承背對(duì)背安裝，中間用隔套1隔開(kāi)，修磨隔套的厚度便可調(diào)整軸承的間隙并預(yù)緊。軸承靠外圈定位，這樣箱體孔可制成通孔，方便加工、精度也相應(yīng)提高。 圖5—1 30210圓錐滾子軸承此 圖轉(zhuǎn)900。 5.1.2后支承選取 后支撐選擇圓柱滾子軸承承受徑向力。查《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊(cè)》P64頁(yè)表6—2選擇N207E圓錐滾子軸承。 圖5—2 N207E圓柱滾子軸承 5.1.3主軸軸承精度的選擇 根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)得出，前軸承的精度對(duì)主軸的前端的軸心偏移量影響最大，因此，前軸承的精度應(yīng)比后軸承高一級(jí)。查《機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)》P65頁(yè)表3—3選擇，前軸承的精度等級(jí)為P4，后軸承的精度等級(jí)為P5。 5.2定位元件設(shè)計(jì) 定位元件的功用是：防止軸上零件軸向移動(dòng)，保證主軸的工作精度。因此該機(jī)床主軸的定位元件的選用與設(shè)計(jì)相當(dāng)重要。 5.2.1定位環(huán) 利用調(diào)整螺母，通過(guò)定位環(huán)來(lái)調(diào)整前支承兩圓錐滾子軸承間隙并預(yù)緊。定位環(huán)采用45鋼。 圖7—1 定位環(huán) 5.2.2壓塊鎖緊螺母 通過(guò)調(diào)整該螺母來(lái)移動(dòng)定位環(huán)，控制兩圓錐滾子軸承的間隙達(dá)到軸向預(yù)緊。查《(金屬切削機(jī)床/機(jī)械制造工藝)設(shè)計(jì)指導(dǎo)》P235頁(yè)附表2.6—1。 圖7—2 壓塊鎖緊螺母 5.2.3套筒 用來(lái)固定齒輪的軸向位置。采用45鋼。 圖7—3 套筒 5.2.4軸用彈性擋圈 主要用來(lái)固定軸承和齒輪的軸向位置。具體標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊(cè)》表5—5。 圖7—4 軸用彈性擋圈 第六章 主軸組件的檢驗(yàn)校核 6.1鏜削切削力 在鏜床上鏜削加工與車(chē)床上鏜孔基本相似，所以切削力的公式與車(chē)削加工切削力公式相同。查《機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)》表3—1，如下表6—1： 表6—1 車(chē)削切削力的實(shí)驗(yàn)計(jì)算公式 計(jì)算公式 切削力 主切削力 吃刀抗力 走刀抗力 公式中的系數(shù)與指數(shù)值 工件材 料 加工方式 刀具材料 刀具主副偏 角 主切削力 吃刀抗力 走刀抗力 灰 鑄鐵 HB 200 車(chē)外圓及鏜孔 硬質(zhì) 合金 92 1.0 0.75 0 54 0.9 0.75 0 46 1.0 0.4 0 123 1.0 0.85 0 61 0.6 0.5 0 24 1.05 0.2 0 工件材料的機(jī)械性能改變后，切削力的修正系數(shù) 工件材料 主切削力 吃刀抗力 走刀抗力 灰鑄鐵 根據(jù)前面所選鏜削三要素切削用量： αp=3mm，f =0.3mm/r，Vmax=1.45m/s、 Vmin=1.30m/s。 1）主切削力 （6—1） 將各數(shù)值代入上式得： N 2）吃刀抗力 （6—2） 將各數(shù)值代如上式得： N 3）走刀抗力 （6—3） 將各數(shù)值代如上式得： N 4）總切削力 （6—4） = =2143.89N 6.2主軸的校核 為保證機(jī)床加工出來(lái)的零件有足夠的精度，提高產(chǎn)品的合格率。因此必須對(duì)機(jī)床主軸進(jìn)行校核。 6.2.1主軸剛度的驗(yàn)算 6.2.1.1主軸端部繞撓度 主軸端部的繞撓度值直接影響加工精度和表面粗糙度，因此必須加以限制，一般計(jì)算主軸端部最大繞撓度 1）支承的簡(jiǎn)化 由于該主軸前支承處有兩個(gè)滾動(dòng)軸承，可認(rèn)定為主軸在前支承處無(wú)彎曲變形，可化簡(jiǎn)為固定端梁你這是從哪里參考來(lái)的？一般兩支承主軸都簡(jiǎn)化為外伸梁。 。如圖所示： 圖6—1 支承簡(jiǎn)化圖 2）作受力簡(jiǎn)圖 圖6—2 受力圖 3）主軸的當(dāng)量直徑： （6—5） 公式出處——《機(jī)械制造裝配設(shè)計(jì)》P73頁(yè)式3—11 式中——、——主軸上第i段的外圓直徑 根據(jù)實(shí)際計(jì)算，主軸前支承到受力端部的距離mm，故 =54.79mm 4）主軸的當(dāng)量慣性矩： （6—6） 公式出處——《機(jī)械制造裝配設(shè)計(jì)》P74式3—12 = =4337317.5mm 該主軸的材料選用的45鋼，查《材料力學(xué)》P33頁(yè)表2—2?。? E=210GMPa=2.110Pa 5）主軸的最大繞撓度 如為外伸梁，其撓度為 （6—7） 公式出處——《材料力學(xué)》P188頁(yè)表6—1序號(hào)2 =5.810 根據(jù)《金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)》P165頁(yè)經(jīng)驗(yàn)公式可得主軸端部的許用繞撓度 []=0.0002L （6—8） =0.0002194.75=0.03895 ＜[] 6.2.1.2主軸的傾角 主軸上安裝軸承處的傾角太大，會(huì)破壞軸承的正常工作，縮短軸承的壽命。因此也必須加以限制。 （6—9） 公式出處——《材料力學(xué)》P188頁(yè)表6—1序號(hào)2 =4.4 根據(jù)《金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)》P165頁(yè)相關(guān)資料建議，許用傾角=0.001弧度。 ＜[] 通過(guò)對(duì)主軸端部繞撓度和主軸的傾角的驗(yàn)算，此主軸滿足足夠的剛度要求。 6.2.2主軸強(qiáng)度驗(yàn)算 通常主軸能滿足剛度要求，也就能滿足主軸的強(qiáng)度要求，在此也就不對(duì)主軸強(qiáng)度進(jìn)行驗(yàn)算。所以主軸符合要求。 6.3滾動(dòng)軸承額定壽命 該機(jī)床主軸所選用的都是滾動(dòng)軸承，而根據(jù)比較，主要受力軸承為靠近刀具前端的軸承，應(yīng)對(duì)此軸承進(jìn)行壽命校核；該軸承為30210圓錐滾子軸承。 由手冊(cè)查得，基本額定動(dòng)載荷C是以＝1,可靠度為90%為依據(jù)。 由此可以列出軸承當(dāng)量動(dòng)載荷為P時(shí)，以轉(zhuǎn)速為單位的基本額定壽命為： 　　　　　　　　 　　　　　 即 轉(zhuǎn) 若軸承工作轉(zhuǎn)速為n r/min，可求出以小時(shí)為單位的基本額定壽命： （6—10） 公式出處——《機(jī)械設(shè)計(jì)》P375頁(yè) 式中 ——基本額定壽命； P——當(dāng)量動(dòng)載荷； C——基本額定動(dòng)載荷； ——壽命指數(shù)，球軸承， 滾子軸承。 1）沖擊載荷： 查《機(jī)械設(shè)計(jì)》P375頁(yè)表18.8?。? 2）滾動(dòng)軸承當(dāng)量動(dòng)載荷系數(shù)X，Y ： 查《機(jī)械設(shè)計(jì)》P374頁(yè)表18.7取： X=1,Y=0 3）當(dāng)量動(dòng)載荷P：　　　　 （6—11） = 4）基本額定動(dòng)載荷： 查《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊(cè)》P72頁(yè)表6—7?。? 　　　　　　　　　　　　　KN 5）校核軸承壽命：　　 = h 查《機(jī)械設(shè)計(jì)》 P376 表18.9；該機(jī)床軸承的預(yù)期使用壽命推薦值為20000~30000h。 因?yàn)椋?>30000h 所以經(jīng)過(guò)上面的校核計(jì)算，該軸承在使用期內(nèi)，完全能夠滿足工作的需要，使用壽命足夠。 6.4主軸齒輪的校核 根據(jù)本次設(shè)計(jì)所給的已知條件和前面憶已計(jì)算出來(lái)的數(shù)據(jù)，所校核的齒輪齒寬為35mm，設(shè)計(jì)時(shí)所取的齒寬系數(shù)為0.3,齒輪材料采用45＃鋼調(diào)質(zhì)處理，硬度范圍為229—286HB，在設(shè)計(jì)中，我們?nèi)?60HB，設(shè)計(jì)工作時(shí)間為10年，每年300個(gè)工作日，兩班制。通過(guò)分析后，決定校核軸4與主軸上的和。 1）齒輪的齒數(shù)：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 2）齒輪的模數(shù)：　 　　　　　　　　　　　　　　　 3）主軸所承受轉(zhuǎn)矩：　　　 （6—12） 　　　　　　　　　　?。? 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 4）齒輪分度圓直徑： 5）齒輪的轉(zhuǎn)速：　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　 6）齒輪圓周速度：　　 （6—13） 　　　　　　　　　　　　 ＝　　　　　　　　　　　　 7）使用系數(shù)：　　　　　　 所設(shè)計(jì)各部載荷均勻平穩(wěn)，查《機(jī)械設(shè)計(jì)》P215頁(yè)表12.9取 8）動(dòng)載荷系數(shù)：　　　　　 查《機(jī)械設(shè)計(jì)》P216頁(yè)圖12.9?。? 9）齒間載荷分布系數(shù)： 查《機(jī)械設(shè)計(jì)》P217頁(yè)表12.10： 　　　　　　 （6—14） 　　　　　　　?。? （6—15） （6—16） 公式出處——《機(jī)械設(shè)計(jì)》P217頁(yè)式12.6 式中 ——端面重合度 = 1.735 　 （6—17） 公式出處——《機(jī)械設(shè)計(jì)》P221頁(yè)式12.10 　 式中 ——按接觸強(qiáng)度計(jì)算的重合度系數(shù)