連桿蓋鉆孔專用設備的設計-優(yōu)秀機械畢業(yè)論文

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需要 CAD 圖紙，咨詢 Q：414951605優(yōu)秀畢業(yè)論文，支持預覽，答辯通過，歡迎下載麗 水 學 院畢業(yè)設計（論文）（20 13 屆）題 目 連桿蓋鉆孔專用設備的設計 指導教師 朱曉虹 院 別 工學院 專 業(yè) 機械設計制造及其自動化 班 級 機自 091 學 號 09105010125 姓 名 王磊 2013 年 3 月 25 日至 2013 年 5 月 19 日共 8 周I摘 要根據(jù)設計任務書的要求, 某廠需在連桿蓋加工 φ13 通孔，由于批量大，為提高效率和保證孔距質量，改造立鉆（Z525） ，設計該裝置。本設計說明書針對連桿蓋同時加工分孔裝置的設計設計進行說明。主要內容包括裝置工藝方案的制定、裝置配置型式的選擇、裝置總體設計以及主軸箱設計。全文主要包括裝置的總體設計和主軸箱設計兩部分。機床總體設計主要是在選定工藝方案并確定機床配置形式、結構方案基礎上確定“三圖一卡” ，主軸箱設計根據(jù)“三圖一卡” ，整理編繪出主軸箱原始依據(jù)圖，重點分析傳動系統(tǒng)，經過各種方案的比較，最后確定最優(yōu)方案。關鍵詞：主軸箱；機構設計，連桿蓋1AbstractAccording to the requirements of the mission design, a plant in the connecting rod cap processingφ 13 through hole, as large quantities, to improve efficiency and ensure the quality of drill hole distance, transformation (Z525 ), the design of the device.The design specifications for the connecting rod lid while processing hole device design description. The main contents include device craft plan formulation, device configuration choice, device design and the headstock design.The full text mainly includes system design and the headstock design in two parts. Machine tool design is mainly in the selected process scheme and determine the form of machine configuration, structure scheme is determined on the basis of the " three drawings and one card ", the headstock design according to the " three drawings and one card ", reorganizes the compilation to the headstock primitive basis chart, the key analysis transmission system, through the comparison of the various programs, and finally determine the optimal scheme.KeyWords: spindle box; mechanism design, the connecting rod cap2目 錄摘 要 ....................................................................................................................................IAbstract..................................................................................................................................1目 錄....................................................................................................................................2第 1 章 緒論..........................................................................................................................11.1 課題研究意義 ............................................................................................................11.2 鉆孔專用設備應用 .....................................................................................................11.3 鉆孔專用設備 ............................................................................................................21.3.1 多軸頭 ..............................................................................................................21.3.2 多軸箱 .............................................................................................................21.3.3 多軸鉆床 ..........................................................................................................31.3.4 自動更換主軸箱機床 .....................................................................................31.4 鉆孔專用設備趨勢 ....................................................................................................4第 2 章 連桿蓋鉆孔專用設備裝置總體方案......................................................................42.1 生產任務 .....................................................................................................................42.2 普通立式鉆床的選型 ................................................................................................42.2.1 計算所需電機功率 .........................................................................................42.2.2 立式鉆床的確定 ..............................................................................................6第 3 章 傳動箱的設計........................................................................................................73.1 設計前的計算 .............................................................................................................73.2 傳動系統(tǒng)的設計與計算 ............................................................................................8第 4 章 多軸箱的結構設計與零部件的繪制..................................................................134.1 箱蓋、箱體和中間板結構 .......................................................................................134.2 多軸箱軸的設計 .......................................................................................................134.3 軸坐標計算 ..............................................................................................................32第 5 章 導向裝置的設計..................................................................................................33第 6 章 接桿刀具..............................................................................................................33第 7 章 裝置夾具設計........................................................................................................347.1 夾具概述 ..................................................................................................................3437.2 定位支承系統(tǒng)概述 ..................................................................................................367.2.1 定位支承系統(tǒng) ................................................................................................367.2.2 夾緊機構 ........................................................................................................37總 結..................................................................................................................................39參考文獻..............................................................................................................................42致 謝....................................................................................................................................431第 1 章 緒論1.1 課題研究意義市場的開放性和全球化使產品的競爭日趨激烈。而決定產品競爭力的指標是產品的開發(fā)時間(Time ) ， 產品(Quality) ，成本 (Cost)，創(chuàng)新能力(Creation)和服務(Service)。用戶在追求高質量產品的同時，會更多的追求較低的價格和較短的交貨周期。美國制造業(yè)在 20 世紀 50 至 40 年代主要以擴大生產規(guī)模作為企業(yè)競爭力的第一要素，而在 70 年代競爭力的第一要素為降低生產成本，80 年代為提高產品質量，90 年代為市場響應速度。所以現(xiàn)代企業(yè)都期望通過提高自身的科技含量，增強競爭力。制造業(yè)是國家重要的基礎工業(yè)之一，制造業(yè)的基礎是。是眾多機械制造的母機，它的發(fā)展水平，與制造業(yè)的生產能力和制造精度有著直接關系，關系到國家機械工業(yè)以至整個制造業(yè)的發(fā)展水平.是先進制造技術的基本單元載體，機械產品的質量、更新速度、對市場的應變能力、生產效率等在很大程度上取決于的效能。因此，制造業(yè)對于一個國家經濟發(fā)展起著舉足輕重的作用我國是世界上產量最多的國家.根據(jù)德國工業(yè)協(xié)會(VD W )2000 年統(tǒng)計資料，在主要的生產國家中，中國排名為世界第五位。但是在國際市場競爭中仍處于較低水平:即使在國內市場也面臨著嚴峻的形勢 :一方面國內市場對各類產品有著大量的需求，而另一方面卻有不少國產滯銷積壓，國外產品充斥市場。1.2 鉆孔專用設備應用據(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，鉆孔專用設備是一種通過少量投資來提高生產率的有效措施。雖然不可調式多軸頭在自動線中早有應用，但只局限于大批量生產。即使采用可調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，大型復雜的鉆孔專用設備更是引人注目。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2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，結合鉆孔專用設備不但可以擴大加工范圍，而且在提高精度的基礎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鉆孔專用設備的使用愈來愈多這一趨勢。1.3 鉆孔專用設備鉆孔專用設備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節(jié)軸距的主軸或多軸箱，結合數(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。1.3.1 多軸頭從傳動方式來說主要有帶傳動、齒輪傳動與萬向聯(lián)軸節(jié)傳動三種。這是大家所熟悉的。前者效率較高，結構簡單，后者易于調整軸距。從結構來說有不可調式與可調式二種。前者軸距不能改變，多采用齒輪傳動，僅適用于大批量生產。為了擴大其贊許適應性，發(fā)展了可調式多軸頭，在一定范圍內可調整軸距。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。主軸裝在可調支架中，而可調支架能在殼體的 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。這種鉆孔專用設備方法，由于鉆孔效率、加工范圍及精度的關系，使用范圍有限。31.3.2 多軸箱也象多軸頭那樣作為標準部件生產。美國 Secto 公司標準齒輪箱、多軸箱等設計的不可調式多軸箱。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 工廠生產的可調多軸箱調整方便，只要先把齒輪調整到接近孔型的位置，然后把與它聯(lián)接的可調軸移動到正確的位置。因此，這種結構只要改變模板，就能在一定范圍內容易地改變孔型，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。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，另一組刃磨與調整，從而縮短換刀停機時間。 （4）使用優(yōu)質刀具，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)。1.3.3 多軸鉆床這是一種能滿足鉆孔專用設備要求的鉆床。諸如導向、功率、進給、轉速與加工范圍等。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，這樣可以適應某一組孔中不同孔徑的加工需要。1.3.4 自動更換主軸箱機床為了中小批量生產合理化的需要，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式主軸箱庫，掛有多個不可調主軸箱。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)多軸轉塔機床轉塔上裝置多個不可調或萬向聯(lián)軸節(jié)主軸箱，轉塔能自動轉位，并對夾緊在回轉工作臺的工件作進給運動。通過工作臺回轉，可以加工工件的多個面。因為轉塔不宜過大，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4工序較多、尺寸較大時，就不如自動更換主軸箱機床合適，但它的結構簡單。(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。不可調多軸箱與動力箱按置在水平底座上，主軸箱庫轉動時整個裝置緊固在進給系統(tǒng)的溜板上。主軸箱庫轉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工作臺，以便加工工件的各個面。好果回轉工作臺配以卸料裝置，就能合流水生產自動化。在可變生產系統(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?？讖綖?20 毫米，孔深 180 毫米。采用具有內冷卻管道的麻花鉆，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。1.4 鉆孔專用設備趨勢鉆孔專用設備生產效率高，投資少，生產準備周期短，產品改型時設備損失少。而且隨著我國數(shù)控技術的發(fā)展，鉆孔專用設備的范圍一定會愈來愈廣，加工效率也會不斷提高。第 2 章 連桿蓋鉆孔專用設備裝置總體方案2.1 生產任務在一批連桿蓋上有同一個面上有 2 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，生產效率低，用非標設備，即組合機床加工，生產效率高，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。52.2 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：45；料厚：27mm；硬度：HBS170-240HBS；年產量：1000 萬件；2- 13 尺寸精度 IT13.?(1) 確定 2 個孔同時加工的軸向力，公式： ?FFFknVYZdC???0式中： =365.9, = , =0.661, =1.217, =0.361, =1.1,FC0d31?FZFYn=0.35m/s（表 15-37） [文獻 1]V則 ? N09.4136.05217.6.019.3653 ????所需電機功率： KWVFP..94??62.2.2 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，其主要技術參數(shù)如表 1 所示：表 1 Z525 立式鉆床主要技術參數(shù)型 號技 術 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 號主軸最大扭轉力矩(N?m) 245.25主軸進給力(N) 8829主軸轉速(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) 2.87第 3 章 傳動箱的設計 3.1 設計前的計算（1）大致了解工件上被加工孔為 2 個 Ф13 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?則切削轉速 i/9834.10rdns???根據(jù) Z525 機床說明書，取 in/6ns?故實際切削速度為： min/2.01934.0dVwc ???（3）確定加工時的單件工時圖 2 為鉆頭工作進給長度，8一般 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： i3.05.21?t3.2 傳動系統(tǒng)的設計與計算(1)選定齒輪的傳動方式齒輪分布方案確定：根據(jù)分析零件圖，多軸箱齒輪分布初定有以下形式根據(jù)通常采用的經濟而又有效的傳動是。因此，本設計中采用了圖 3 所示的齒輪分布方案。9（3）明確主動軸、工作軸和惰輪軸的旋轉方向，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因為加工孔徑為 Ф13mm,所以工作軸直徑選 20mm.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。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轉速KWP8.21?, 齒輪Ⅲ轉速 ,假設齒輪Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的傳動比均為 i=0.84,min/1360rn?min/9603rn?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（調質） ，硬度為 280HBS，齒輪Ⅱ材料為 45（調質） ，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 .201?Z20112????uZZ④ 按齒面接觸強度設計　由設計計算公式進行試算， ?3211 ][. ??????????HEdtt uTKd?10? 確定公式內的各計算數(shù)值1)試選載荷系數(shù) ;3.1?tK2)計算齒輪Ⅰ傳遞的轉矩 mNnPT ?????? 45151 1096.13/8.20.9/0.93)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.MPaZE5)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？ ;齒MPaH601lim??輪Ⅱ的接觸疲勞強度極限？ ;aH502lim??6)由表 10-13[文獻 4] 計算應力循環(huán)次數(shù)： ??91 10875.38136060 ????hjLnN992.42/875.7)由表 10-19[文獻 4] 查得接觸疲勞壽命系數(shù) , ;.1?HNK.2HN8)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. ???????????????????Edtt ZuTKdm649.5?2)計算圓周速度 V: smndVt /81.310649.53.10?????3)計算齒 bHd 2..??4)計算齒寬與齒高之比 h/模數(shù)： mzmtt 35.469.53/1??11齒高： 029.53.25. ???tmh5)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 ;NbFKta/10/? 2.1??FHK由表 10-2[文獻 4] 查得使用系數(shù) ;?A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，??bdH 3210.6.018.2.1 ????????將數(shù)據(jù)代入后得：;182.649.5.... 32???K由 ,查圖 10-13[文獻 4]得， ;18,35/??Hhb ?FK故載荷系數(shù) 7..21.??????HVAK6)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/t3./574.17)計算模數(shù) mm=2mm.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?FNFNK3)計算彎曲疲勞許用應力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?= =238.86MPa22.34)計算載荷系數(shù) 532.1.21.????????FVAKK125) 查取齒形系數(shù)由表 10-5[文獻 4] 查得 53.2,6.1?FaFaY6)查取應力校正系數(shù)由表 10-5[文獻 4] 查得 .1,8.21sasa7）計算齒輪Ⅰ、Ⅱ的 并加以比較][FSY?= =0.013791][FSaY?57.30862?= =0.017162][FSa.齒輪Ⅱ的數(shù)值大。?設計計算m≥ 3240176.5.09612??5.?m對比計算結果，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，可取由彎曲強度算得的模數(shù) 2。在零件圖中可知，主動軸與惰輪軸的中心距為 40mm，即齒輪Ⅰ、Ⅱ完全嚙合的中心距，得：⑥幾何尺寸計算?計算分度圓直徑：d1=Z1?m=20x2=40mmd2=Z2?m=20x2=40mm?計算中心中距aⅠ Ⅱ =40mm,aⅡⅢ =40mm?計算齒輪齒寬 mdb2045.1????取 B,2⑦驗算13Ft= = =819.2N12dT0.481964?= =35.66N/mmS=1.5 故安全2???226.351.7?截面 E 右側面校核：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=39300x =35496.85.7?mN?= = =44.4Mpab?80.35496扭矩 T3及扭轉應力 為：T 3=19700 ?mN?= = =12.3MpaT?W316097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 = =0.05, = =1.25,經插值后可查得:a ,adr20.1dD2053.2?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?8.??故有效應力集中系數(shù)按式（附 3-4） [文獻 4] 為：k ????213.75.011??????????aqk 5.6.8.??由附圖 3-2[文獻 4] 得尺寸系數(shù) 1???由附圖 3-3[文獻 4] 得扭轉尺寸系數(shù) 97.0?19軸按磨削加工，由附圖 3-4[文獻 4] 得表面質量系數(shù)為 = =0.92???軸未經表面強化處理，即 ，則按式（3-12）及（3-12） [文獻 4] ，得綜合1?q?系數(shù)值為：K = - -1= + =2.09?????1219.0?K = + -1= + =1.67???7.532.計算安全系數(shù)：S = = =2.96?maK????1 01.409.275??S = = =14.7?ma??1 23.5.67.Sca= = =2.9>S=1.52???227.1496.??故該軸在截面右側面是安全的，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]????????PCnLh60120式中： )(hLh額 定 壽 命?min/(rn轉 速，表 3.8-50[文獻 6])C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，調質處理。②軸徑的確定根據(jù)公式 d≥A 0 (15-2) [文獻 4] 3nP=110 ，取 d=20mm8.14.0136%982??21③軸的結構設計：?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 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22軸上扭轉力矩為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 ，W12TM?23W 為軸的抗彎截面系數(shù)，W= - (表 15-4) [文獻 4] 32d???tb2?W= =785-81=704??0632014.??=W2TM???232310.18.74??=70MpaS=1.5 故安全2???28.16?截面 E 右側面校核：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=32800x =22707.7912?mN?= = =67.3Mpab?5.372025扭矩 T3及扭轉應力 為：T 3=23200?mN?= = =34.4MpaT?W367520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 = =0.07, = =1.33,經插值后可查得:a ,adr150.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??????????aqk 9.6.8.??由附圖 3-2[文獻 4] 得尺寸系數(shù) 1???由附圖 3-3[文獻 4] 得扭轉尺寸系數(shù) 0.?軸按磨削加工，由附圖 3-4[文獻 4] 得表面質量系數(shù)為 = =0.92???軸未經表面強化處理，即 ，則按式（3-12）及（3-12） [文獻 4] ，得綜合1?q?系數(shù)值為：K = - -1= + =1.93?????184.192.0?K = + -1= + =1.58???1..計算安全系數(shù)：26S = = =2.12?maK????1 01.3679.25??S = = =5.53?ma??1 24.5.2458.Sca= = =1.99>S=1.52???2253.1.??故該軸在截面右側面是安全的，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=556.8nP=0.41Fr+0.87Pa=0.41x556.8=228.3N7002c 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，調質處理。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。27③軸的結構設計：?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，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28軸上扭轉力矩為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 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]:29公式 ，W12TM?W 為軸的抗彎截面系數(shù)，W= - (表 15-4) [文獻 4] 32d???tb2?W= =331.2-56.3=274.9??153214.??=W2TM???232310.706.49.7??=222MpaS=1.5 故安全2???2248.5.1??截面 E 左側面校核：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?31= = =161。8Mpab?WM5.37460扭矩 T3及扭轉應力 為：T 3=27300?mN?= = =40.4MpaT?367520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] 得扭轉尺寸 1?軸按磨削加工，由附圖 3-4[文獻 4] 得表面質量系數(shù)為 = =0.92???軸未經表面強化處理，即 ，則按式（3-12）及（3-12） [文獻 4] ，得綜合1?q?系數(shù)值為：K = - -1=0+ =0.09?????1192.0?K = + -1= + =1.63???154..計算安全系數(shù)：S = = =18.89?maK????1 01.8609.275??S = = =4.57?ma??1 24.5.243.?32Sca= = =4.4>S=1.52???2257.489.1??故該軸在截面右側面是安全的，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。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334.3 軸坐標計算為方便在多軸箱上鏜孔，因此進行軸坐標計算是十分重要的。建立如圖 14 坐標系，多軸箱里尺寸如圖示為 220x180mm,在多軸箱中心安裝主動軸，則主動軸坐標可知（110，90） ，則根據(jù)零件圖，可算出其他各軸坐標第 5 章 導向裝置的設計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： ??NG9.478.105820418.993 ???????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 ，mD0.162?mt640.?彈簧絲直徑 ，工作圈數(shù) ,自由高度 .md8.1?30?nHo4(2)導柱、導套的選擇導柱材料為 直徑 16mm,長 303mm,15rGc導套材料為 20 號鋼。第 6 章 接桿刀具接桿一端為梯形螺紋，與主動軸的內孔滑動配合，通過鍵傳遞扭矩。在梯形螺紋段并設計有斜面，以便調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。34第 7 章 裝置夾具設計 7.1 夾具概述夾具是組合機床的重要組成部件，是根據(jù)機床的工藝和結構方案的具體要求而設計的。它是用于實現(xiàn)被加工零件的準確定位，夾壓，刀具的導向，以及裝卸工件時限位等等作用的。組合機床夾具跟一般夾具所起的作用看起來好像很接近，但其結構和設計要求卻有著很顯著的甚至是根本的區(qū)別。組合機床夾具的結構和性能，對組合機床配置方案的選擇有很大的影響。下面介紹一下組合機床夾具的一些主要特點。關于自動線機床夾具設計特點將在第六章“組合機床自動線”中專門敘述。機械制造過程中用來固定加工對象，使之占有正確的位置，以接受施工或檢測的裝置。又稱卡具。從廣義上說，在工藝過程中的任何工序，用來迅速、方便、安全地安裝工件的裝置，都可稱為夾具。例如焊接夾具、檢驗夾具、裝配夾具、機床夾具等。其中機床夾具最為常見，常簡稱為夾具 。在機床上加工工件時，為使工件的表面能達到圖紙規(guī)定的尺寸、幾何形狀以及與其他表面的相互位置精度等技術要求 ，加工前必須將工件裝好（定位） 、夾牢（夾緊） 。夾具通常由定位元件（確定工件在夾具中的正確位置） 、夾緊裝置 、對刀引導元件(確定刀具與工件的相對位置或導引刀具方向)、分度裝置（使工件在一次安裝中能完成數(shù)個工位的加工，有回轉分度裝置和直線移動分度裝置兩類） 、連接元件以及夾具體（夾具底座）等組成。夾具種類按使用特點可分為：①萬能通用夾具。如機用虎鉗、卡盤、分度頭和回轉工作臺等，有很大的通用性，能較好地適應加工工序和加工對象的變換，其結構已定型，尺寸、規(guī)格已系列化，其中大多數(shù)已成為機床的一種標準附件。②專用性夾具。為某種產品零件在某道工序上的裝夾需要而專門設計制造，服務對象專一，針對性很強，一般由產品制造廠自行設計。常用的有車床夾具、銑床夾具、鉆模(引導刀具在工件上鉆孔或鉸孔用的機床夾具)、鏜模(引導鏜刀桿在工件上鏜孔用的機床夾具)和隨行夾具（用于組合機床自動線上的移動式夾具） 。③可調夾具?？梢愿鼡Q或調整元件的專用夾具。④組合夾具。由不同形狀、規(guī)格和用途的標準化元件組成的夾具，適用于新產品試制和產品經常更換的單件、小批生產以及臨時任務。 35除虎鉗、卡盤、分度頭和回轉工作臺之類，還有一個更普遍的叫刀柄，一般說來，刀具夾具這個詞同時出現(xiàn)時，大多這個夾具指的就是刀柄?。╝） 一般的機床夾具是作為機床的輔助機構設計的，而組合機床夾具是機床的主要組成部分，其設計工作是整個組合機床設計的重要部分之一。（b） 組合機床夾具和機床其他部件有極其密切的聯(lián)系：如回轉或移動工作臺，回轉鼓輪，主軸箱，刀具和輔具，鉆模板和托架，以及支承部件等等。正確地解決它們之間的關系，是保證組合機床的工作可靠和使用性能良好的重要條件之一。而且夾具的結構也要按這些部件的具體要求來確定。如在液壓驅動的立式回轉工作臺機床上的夾具，其夾壓系統(tǒng)就可采用液壓作為動力；而在臥式鼓輪機床上的夾具，則多采用電氣—機械的夾緊方法。（c） 由于組合機床常常是多、多面和多工序同時加工，會產生很大的切削力和振動。因此組合機床夾具必須具有很好的剛性和足夠的夾壓力，以保證在整個加工過程中工件不產生任何位移。同時，也不應使工件產生不容許的變形。（d） 組合機床夾具是保證加工精度（尺寸精度、幾何精度和位置精度等）的關鍵部件，其實設計、制造和調整都必須有嚴格的要求，使其能持久地保持精度。（e） 組合機床夾具應便于實現(xiàn)定位和夾壓的自動化，并有動作完成的檢查信號；保證切屑從加工空間自動排除；便于觀察和檢查，以及在不從機床上拆下夾具的情況下，能夠更換易損件和維護調整。組合機床夾具是組合機床的組成部件，其設計應按如下的程序進行：（1）認真研究分析所要設計夾具的原始數(shù)據(jù)和要求 因為在擬訂組合機床的工藝和結構方案時，對夾具的結構型式和主要性能已提出了原則要求。（2）擬訂夾具結構方案和進行必要的計算 根據(jù)機床總體設計中確定的工件定位基面、夾壓位置、加工方法和刀具導向方式等，制定夾具的總體方案。（3）組合機床夾具設計的總圖和零件 在已確定的夾具結構方案基礎上，設計生產用的夾具總圖和零件圖。按照組合機床夾具的主要功能，其結構可以分為三大部分，即定位支承系36統(tǒng)，夾緊機構和刀具導向裝置。7.2 定位支承系統(tǒng)概述在組合機床上加工時,必須使用權被加工零件對刀具及其導向體質正確的相對位置,這是靠夾具的定位支承系統(tǒng)來實現(xiàn)的,定位支承系統(tǒng)除用以確定被加工零件的位置外,還要承受被加工零件的生量和夾壓力,有時還要取受切削力。定位支承系統(tǒng)主要由定位支承、輔助支了和一些限位元件組成。定位支承是指在加工過程中維持被子加工零件有一定位置的元件。輔助支承是公用作增加被加工零件在加工過程中的剛度及穩(wěn)定性的一種活動式支承元件。由于定位支承元件直接與被加工零件接觸，因此其尺寸、結構、精度和布置都直接影響被子加工零件的精度。為了避免產生廢品以及經常修理定位支承元件的麻煩，設計時必須注意以下的問題：（a）合理布置支承元件，力求使其組成較大的定位支承平面。最好使夾壓力的位置對準定位支承元件。當受工件結構限制不能實現(xiàn)時，也應使定位支承元件盡量接近夾壓力的作用線，并使夾壓力的合力中心處于定位支承平面內。（b）提高剛性，減少定位支承系統(tǒng)的變形。應力求使定位元件（如定位銷）不要受力。（c）提高定位支承系統(tǒng)的精度及其元件的耐磨性，以便長期保持夾具的定位精度。（d）可靠地熱電廠除定位支承部位的切屑。使用權切屑不堵塞和粘創(chuàng)刊在定位支承系統(tǒng)上，對保證定位的準確性和工作可靠性有很大的影響。因此設計時應盡可能不使用權切屑落到定位支承系統(tǒng)上。當切屑有可能落在其上時，必