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河南機電高等?？茖W校畢業(yè)設(shè)計（論文） 1 摘要 眾所周知，在現(xiàn)代機械制造業(yè)中，企業(yè)對專用機床有著廣泛的需求。一般鉆床勞 動強度大，專用性能低，生產(chǎn)率不高且不能保證精度；而多軸專用鉆床操縱方便、省力、 容易掌握，不易發(fā)生操作錯誤和故障，不僅能減少工人的疲勞，保證工人和鉆床的安全， 還能提高鉆床的生產(chǎn)率。隨著科學技術(shù)的不斷發(fā)展，專用鉆床廣泛應(yīng)用于制造業(yè)。換句 話說，專業(yè)化越強，企業(yè)越能保證其產(chǎn)品質(zhì)量。因此，專用機床的使用，對企業(yè)的競爭 力有著十分重要的作用。 本文針對一般鉆床上述種種缺點及加工對象的具體情況設(shè)計一臺輪輻專用多軸 鉆床，包括總體設(shè)計，導軌的設(shè)計，動力部件的設(shè)計和底座的設(shè)計，力求達到滿足 性能要求，經(jīng)濟效益和人機關(guān)系等技術(shù)經(jīng)濟指標，以滿足廠方的使用要求。 關(guān)鍵詞：多軸鉆床、導軌、生產(chǎn)率、設(shè)計。 河南機電高等?？茖W校畢業(yè)設(shè)計（論文） 2 Abstract As it is known, the special-purpose lathe is extensively demanded by enterprises in the modern mechanical manufacturing industry. The ordinary lathe not only need a large number of man-power but also has a low performance. In addition, its productivity is low and the accuracy can't be ensured. However, the special-purpose lathe can not merely help enterprises to boost productivity great, saving a large number of manpower and material resource, still can improve the quality of the products. Meanwhile, it is easily maneuvered and guarantees workers' safety. With the development of technology, multi-axles drilling machines are used in manufacturing frequently. Hence, the use of the special-purpose lathe plays an important part in the competitiveness of enterprises. Owing to the variety disadvantages of the ordinary drilling machine, this article presents a new design of multi-axles drilling machine and includes the design of whole; the design of track as well as the design of basis. It is designed based on the specific information of the object. We try our bests to make it satisfies the performance demands as well as other index such as economic efficiency and relation between human and machines. Key words: multi-axles drilling machine, track, productivity, design. 1 前言 制造業(yè)是一個國家或地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展的重要支柱，其發(fā)展水平標志著該國家或地 區(qū)的經(jīng)濟實力、科技水平、生活水平和國防實力。 隨著科學技術(shù)的日新月異，機床制造業(yè)的迅猛發(fā)展，國內(nèi)、外專用機床行業(yè)取 得了很大的成就。 專用機床，顧名思義，就是針對某一工件而專門設(shè)計制造的機床。與一般機床 相比，具有設(shè)計制造周期短、成本低，自動化程度高，加工效率高，加工質(zhì)量穩(wěn)定 可靠，能減輕工人勞動強度等優(yōu)點。 本設(shè)計為專用多軸鉆床的設(shè)計，共分三章：第一章、多軸鉆床總體設(shè)計；第二 章、多軸鉆床部件設(shè)計；第三章、支承件的設(shè)計。多軸鉆床的具體設(shè)計步驟見本文 正文。 本人盡管對論文已多次審查，但因知識有限，水平有限，時間有限，錯誤與不 妥之處在所難免，殷切期望老師們拔冗相助，不吝指教，本人不勝感激。 河南機電高等?？茖W校畢業(yè)設(shè)計（論文） 3 2 多軸鉆床總體設(shè)計 2.1 概論 多軸鉆床的總體設(shè)計是機床設(shè)計的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，它對機床所達到的技術(shù)性能和經(jīng) 濟性能往往起著決定性的作用。 機床總體設(shè)計，目前基本上有兩種情況：其一，是根據(jù)具體加工對象的具體情 況進行專門設(shè)計；其二，因機床在組成部件方面有共性，可設(shè)計成通用部件，可以 利用通用部件來進行機床設(shè)計。本設(shè)計屬于第一種情況，這也是當前最普遍的做法。 一般來說，機床總體設(shè)計時應(yīng)考慮下列幾點： 1. 用合適的加工工藝，制定最佳方案； 2. 合理的確定機床工序集中程度； 3. 合適的選擇機床通用部件； 4. 選擇當前機床的配置形式； 5. 合理的選擇切削用量； 6. 設(shè)計高效率的夾具，刀具及主軸箱； 7. 要保證給定的工藝過程； 8. 保證機床的剛度、精度、抗振性和穩(wěn)定性，力求減輕機床重量； 9. 保證機床結(jié)構(gòu)簡單，盡量用較短的傳動鏈，以提高傳動精度和效率； 10. 保證良好的加工工藝性，以便于機床的加工和裝配； 11. 保證安全生產(chǎn)，便于操作調(diào)整和維修； 12. 盡可能保證占地面積??； 13. 機床外形美觀大方，符合人機工程學原理。 評價機床性能的優(yōu)劣，主要是根據(jù)技術(shù)經(jīng)濟指標來判斷的。機床設(shè)計的技術(shù)經(jīng) 濟指標可從滿足性能要求，經(jīng)濟效益和人機關(guān)系等方面進行分析討論。 2.1.1 性能要求 1. 工藝范圍 機床的工藝范圍是指機床適應(yīng)不同生產(chǎn)要求的能力。大致包括下列內(nèi)容：在機 河南機電高等專科學校畢業(yè)設(shè)計（論文） 4 床上可完成的工序種類；加工零件的類型，材料和尺寸范圍；毛坯的種類等。 2. 加工精度和表面粗糙度 機床的加工精度是被加工零件在尺寸，形狀和相互位置等方面所能達到的準確 程度。機床精度分三級：普通精度級，精密級和高精密級。機床的精度，包括幾何 精度，傳動精度，運動精度和定位精度等。幾何精度是指機床在不運動或運動速度 較低時的精度，它是由機床各主要部件的幾何形狀和它們之間的相對位置與運動軌 跡的精度決定的。傳動精度是指內(nèi)傳動鏈兩末端件之間的相對運動精度，它取決于 傳動系統(tǒng)中機件的制造精度和裝配精度以及傳動系統(tǒng)設(shè)計的合理性。運動精度是指 機床的主要部件以工作狀態(tài)的速度運動時的精度。定位精度是指機床主要部件在運 動終點所達到的實際位置的精度。只有機床精度達到一定要求后，才能滿足機床加 工精度的要求。 機床加工的工件表面粗糙度也是機床主要性能之一。它與工件和刀具的材料， 進給量，刀具的幾何形狀和切削時的振動有關(guān)。對表面質(zhì)量要求越高，也就是要求 表面粗糙度越小，則對抗振性的要求越高。機床的抗振性包括兩個方面：抵抗受迫 振動的能力和抵抗自激振動的能力。如果振源的頻率與機床某主要部件振動的固有 頻率重合時，就將發(fā)生共振。振幅大增，加工表面粗糙度將會大大增加。切削自激 振動，產(chǎn)生于切削工程中。如果切削不穩(wěn)定，則切過的表面，其波紋度將越來越大， 振動越來越劇烈，將嚴重影響加工表面的質(zhì)量。 3. 生產(chǎn)率 機床的生產(chǎn)率通常是指在單位時間內(nèi)機床所能加工的工件數(shù)量。要提高機床的 生產(chǎn)率，必須縮短加工一個工件的平均總時間，其中包括縮短切削加工時間，輔助 時間以及分攤到每個工件上的準備和結(jié)束時間。 4. 自動化 機床自動化可減少人對加工的干預(yù)，從而保證加工的一致性，即被加工零件的 精度穩(wěn)定性。還具有提高生產(chǎn)率和減輕工人勞動強度的優(yōu)點。 5. 可靠性 機床的工作可靠性也是一項重要的技術(shù)經(jīng)濟指標。隨著機床安全化的發(fā)展，可 靠性在機床設(shè)計中的地位逐步提高。 6. 機床壽命 機床壽命就是機床保持它應(yīng)具有的加工精度的時間。隨著技術(shù)設(shè)備更新的加速， 河南機電高等?？茖W校畢業(yè)設(shè)計（論文） 5 對機床壽命所要求的時間也在減短。對于本次設(shè)計的多軸專用鉆床來說，壽命要求 短，因為它將隨加工產(chǎn)品的更新而廢棄。這就要求機床在最高生產(chǎn)率的條件下工作， 在使用期內(nèi)充分發(fā)揮機床的效能，取得最大的經(jīng)濟效益。 確保和提高機床的壽命，主要是提高關(guān)鍵性零件的耐磨性，并使主要傳動件的 疲勞壽命與之相適應(yīng)。 2.1.2 經(jīng)濟效益 在保證實現(xiàn)機床性能要求的同時，還必須使機床具有很高的經(jīng)濟效益。不僅要 考慮機床設(shè)計和生產(chǎn)的經(jīng)濟效益，更重要的是要從用戶出發(fā)，提高機床使用廠的經(jīng) 濟效益。對于機床生產(chǎn)廠的經(jīng)濟效益，主要反映在機床成本上。機床的成本包括材 料，加工制造費用，而且還包括研制和管理費用。 對于機床使用廠的經(jīng)濟效益，首先是提高機床的加工效率和可靠性。要使機床 能夠充分發(fā)揮其效能，減少能源消耗，提高機床的機械效率，也是十分重要的。機 床的機械效率是有效功率對輸入功率之比。兩者的差值就是損失，主要是摩擦損失。 而且，摩擦功轉(zhuǎn)化為熱量，將引起機床的熱變形，又對機床的工作帶來不良的后果。 因此，設(shè)計時必須重視提高機床的機械效率。 2.1.3 人機關(guān)系 在設(shè)計中，還應(yīng)該重視人機關(guān)系問題。 機床應(yīng)操縱方便，省力，容易掌握，不易發(fā)生操作錯誤和故障。這樣不僅能減 少工人的疲勞，保證工人和機床的安全，還能提高機床的生產(chǎn)率。 防止機床對周圍環(huán)境的污染，也是對機床設(shè)計和制造提出的一項主要要求。噪 聲要低，不僅噪聲聲級要達到規(guī)定值以下，而且不能對人耳有強烈的不適感。 。 對于上述的各項技術(shù)經(jīng)濟指標，在機床設(shè)計時我們將綜合考慮，并應(yīng)根據(jù)不同 的需求，有所側(cè)重。 2.2 多軸鉆床總體布局分析 機床布局的設(shè)計是一個重要的全局性問題，它對機床的部件設(shè)計，制造和使用 都有較大的影響。機床總布局的任務(wù)，是解決機床各部件的相對運動和相對位置的 關(guān)系，并使機床具有一個協(xié)調(diào)完美的造型。工藝分析和工件的形狀，尺寸和重量， 在很大程度上左右著機床的布局形式。 河南機電高等專科學校畢業(yè)設(shè)計（論文） 6 2.2.1 操作、觀察與調(diào)整對總體布局的影響 機床的布局必須充分考慮到操作機床的人，處理好人機關(guān)系。充分發(fā)揮人與機 床各自的特點，使人機的綜合效能達到最佳。 機床各部件的相對位置的安排，應(yīng)考慮到便于操作和觀察及測量。安裝工件部 位的高度，應(yīng)正好處于操作者手臂平伸的位置（較重件除外） 。為適應(yīng)一般操作者的 身材高度，對安裝工件位置較低的機床，應(yīng)將床腿或床座墊高。 根據(jù)手臂所能到達指定位置的難易程度，有最大工作區(qū)，正常工作區(qū)和最佳工 作區(qū)之分。為了便于檢修，要考慮人體蹲下是較適于工作的區(qū)域。還應(yīng)考慮到操作 者可能達到的最大視野和反應(yīng)敏銳的視野區(qū)等。 2.2.2 零件的加工工藝方法對總體布局的影響 專用機床加工工件的工藝方法是多種多樣的。在設(shè)計多軸鉆床時，往往由于工 藝方法的改變，導致機床的傳動部件配置以及結(jié)構(gòu)等產(chǎn)生一系列的改變。因此在確 定專用多軸鉆床的總體布局時應(yīng)首先分析和選擇合理的加工工藝。 2.2.3 機床的運動分配對總體布局的影響 鉆床的工藝方案確定后，刀具與工件在加工時的相對運動也隨之被確定了。但 此相對運動可以完全分配給刀具，也可以完全分配給工件，或由刀具和工件共同完 成。下面我們擬定幾種分配方案，分析比較不同方案的優(yōu)缺點，選擇最佳運動方案。 1. 鉆削加工的相對運動由刀具實現(xiàn) 在輪輻專用多軸鉆床上鉆孔時，主運動和進給運動都有刀具完成，鉆頭的軸向 移動為進給運動，鉆頭的回轉(zhuǎn)運動為主運動。主運動和進給運動形成了切削加工時 的全部相對運動。 2. 鉆削加工時的相對運動由刀具和工件共同完成 在多軸鉆床設(shè)計中，擴鉸輪輻孔時主運動分配給鉆頭，進給運動由工件完成， 即鉆頭的向下運動和工件的向上移動，該方案用于工件重量不大的設(shè)計中。 方案比較：把運動完全分配給刀具的方案，一般用于重型工件的加工。由于多 軸鉆床所加工的輪輻重量不是很大，故本設(shè)計采用第二種方案。具體方案如下圖： 固 定 河南機電高等?？茖W校畢業(yè)設(shè)計（論文） 7 2.2.4 精度等級對總體布局的影響 由于多軸鉆床的加工精度和光潔度與機床的剛度和抗震性有關(guān)，為了獲得所要 求的加工精度和光潔度，在機床總體布局上應(yīng)保證有足夠的剛度和抗震性。通常情 況下，支承形式為封閉的框架時，其剛度較好。機床在加工過程中產(chǎn)生震動傳遞給 工件和刀具，會使被加工表面產(chǎn)生震動，降低表面光潔度；震動也會使刀具壽命縮 短，使機床零件磨損加快；震動所造成的噪音，使工人疲勞。因此，設(shè)計中應(yīng)采取 一定的措施來消除和減少震動。 2.2.5 生產(chǎn)效率對總體布局的影響 機床的生產(chǎn)批量不同，其結(jié)構(gòu)可能完全不同。強力輪輻股份有限公司加工輪輻 屬于大批量生產(chǎn)，因此制造輪輻擴鉸專用機床，一次完成多孔加工，效率高，勞動 強度低，從而節(jié)約人力和時間。 2.2.6 機床的造型對總體布局的影響 機床的外觀，應(yīng)尋求整體統(tǒng)一，均衡穩(wěn)定，比例協(xié)調(diào)機床總布局的任務(wù)，是解 決機床各部件的相對運動和相對位置的關(guān)系，并使機床具有一個協(xié)調(diào)完美的造型。 鉆床一般型式是單臂式和框架式。單臂式的特點是能方便的更換點位進行加工。 但這類布局型式與框架式相比剛度較差，所以本設(shè)計采用框架式結(jié)構(gòu)，這種型式的 機床具有占地面積小，工人所處的操作位置比較靈活的特點，且剛度高，加工精度 高。本設(shè)計框架式結(jié)構(gòu)見下圖： 2.2.7 多軸鉆床工藝方案的制定 工藝方案制定的正確與否，將決定機床能否達到“質(zhì)量輕，體積小，結(jié)構(gòu)簡單， 河南機電高等?？茖W校畢業(yè)設(shè)計（論文） 8 使用方便，效率高，質(zhì)量好”的要求。故在確定專用機床的總體布局方案時，應(yīng)重 點分析和選擇合理的工藝方案。 2.2.8 影響機床工藝方案制定的主要因素 被加工零件需要在機床上完成的工序及加工精度，是制定機床工藝方案的主要 依據(jù)。制定工藝方案時，首先需要全面的分析工件的加工精度及技術(shù)要求，了解現(xiàn) 場加工工藝及保證精度的有效措施。 1. 被加工零件的特點 工件材料及硬度、加工部件的結(jié)構(gòu)形式、工件的剛性、工藝基面等，對于機床 工藝方案的制定都有重要的影響。 工件的剛性不足，加工時工序就不能太集中。有時為了減少機床臺數(shù)，必須采 用高度集中工序時，從安排上，也必須把一些工序從時間上錯開加工，以避免同時 加工時因工件受力變形、發(fā)熱變形以及振動而影響加工精度。 2. 工件的生產(chǎn)方式 被加工零件生產(chǎn)批量的大小，對機床方案的制定也有影響。對大批量生產(chǎn)的箱 體零件，工序安排上，一般趨于分散。例如加工輪輻螺栓孔，其粗加工，精加工分 別在不同的機床上進行。機床雖多一些，但由于生產(chǎn)批量很大，從提高生產(chǎn)率，穩(wěn) 定的保證加工精度的角度來講仍然是合理的。在小批量生產(chǎn)情況下，完成同樣工藝 內(nèi)容，則力求減少機床臺數(shù)，此時應(yīng)當將工序盡量集中在一臺或少數(shù)幾臺機床上進 行加工，以提高機床的利用率。 2.2.9 加工工件的工藝分析 本次設(shè)計的機床是輪輻螺栓孔專用擴鉸多軸鉆床。以下對所加工工件外形及加 工面的位置作詳細的分析。 由零件圖可以看出，此步工序是對輪輻面上六個直徑為 32 的孔進行擴鉸加工。? 如果采用一般鉆床，也可以完成此步工序，但是一次只能加工一個孔，一個輪輻需 要加工六次，勞動強度大，生產(chǎn)率低且不能保證精度。為了保證配合質(zhì)量，提高生 產(chǎn)效率和減輕勞動強度，可以使用多軸鉆床一次完成六個孔的擴鉸工作，從而節(jié)省 人力和時間。所加工工件在擴孔后的零件圖如下圖所示： 河南機電高等?？茖W校畢業(yè)設(shè)計（論文） 9 河南機電高等?？茖W校畢業(yè)設(shè)計（論文） 10 3 多軸鉆床部件設(shè)計 3.1 動力部件的選擇 動力部件的選擇在整個多軸鉆床的設(shè)計中是至關(guān)重要的。動力部件的功率如果 選取過大，電動機經(jīng)常處于低負荷情況，功率因素小，造成電力浪費，同時使轉(zhuǎn)動 件及相關(guān)尺寸選取過大，浪費材料，且機床笨重。如果選取過小，則機床達不到設(shè) 計提出的使用性能要求。本設(shè)計主運動采用電動機帶動，進給運動采用電動機帶動 液壓系統(tǒng)運動。 3.1.1 切削用量的選擇 多軸鉆床正常工作與合理地選用切削用量，即確定合理的切削速度和工作進給 量，有很大的關(guān)系。切削用量選用的恰當，能使多軸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(zhì)量，也就是“多快好省”的進行生產(chǎn)。 工作時，六軸鉆床的六把刀具同時運轉(zhuǎn)，為了使鉆床能正常工作，不經(jīng)常停車 換刀，而達到較高的生產(chǎn)率，所選的切削用量比一般鉆床單刀加工要低一些。概括 地說，在多軸鉆床上不宜采用較大的切削速度和進給量。 對于擴鉸孔，要想達到較理想的狀態(tài)，除刀具須保證合理的幾何形狀及冷卻充 分，很重要的一點是合理選擇切削用量。一般是速度低一點好，進給量不宜太大。 查《組合機床設(shè)計》第一冊“機械部分”表 2—13“擴孔切削用量” ，得 V=12~20m/min，f=0.3~0.4mm/r ，本設(shè)計選取 v=20m/min，f=0.3mm/r。 3.1.2 刀具的選擇 廠方提供現(xiàn)有刀具。 3.1.3 動力部件的選擇 1. 主運動電動機的選取 查《專用機床設(shè)計與制造》選取主運動電動機： 切削扭矩： qmxMpCDtK?即1.00.9.80.753.932[5(2)]4()??? 河南機電高等?？茖W校畢業(yè)設(shè)計（論文） 11 ＝1.687(公斤力—米) 總切削扭矩： Mgn總 ＝ 1.687??0.12(公 斤 力 － 米 ） 軸向力： 0 ppqxyPCDtSK料 P1.30.70.753.[5(9)]4()??25.84(?公 斤 力 ) 總軸向力： 2.8461.0()Fn??總 公 斤 力 切削功率： ??kwnMprdve 07.2974.12.0min31???? 根據(jù)以上計算，選取主運動電動機。查《機械設(shè)計手冊》① ，選取型號為 Y160L—8。Y 系列電動機為全封閉自扇冷式，一般用于空氣中不含易燃，易炸或腐 蝕性氣體的場所，也適用于無特殊要求的機械上，如金屬切削機床。 工作條件： 環(huán)境溫度不超過+40℃； 相對濕度不超過 95％； 海拔不超過 1000m； 額定電壓 380 V； 頻率 50Hz； 接法：3KW 及以下 Y 接法，4KW 以上三角型接法。本設(shè)計采用三角型接法。 工作方式為連續(xù)（S1） ； 防護等級為 IP44（GB1498—79） 。 所選電動機參數(shù)如下表所示： 滿載時 型號 額定 功率 型號 轉(zhuǎn)速 minr電流 /A效率 （％） 功率 因素 河南機電高等專科學校畢業(yè)設(shè)計（論文） 12 Y160L-8 7.5 720 17.7 86 0.75 噪聲、dB(A) 型號 堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn) 矩額定 轉(zhuǎn)矩 最大轉(zhuǎn) 矩額定 轉(zhuǎn)矩 1 級 2 級 重量 /kg Y160L-8 2.0 2.0 67 72 45 電動機的安裝尺寸： 國際標準機座號 D F G 機座 號 2 極 4、6 、8\1 0 極 2 極 4、6 、8\ 10 極 2 極 4、6 、8\1 0 極 2 極 4、6 、8\ 10 極 160L 160L42 42K6 12 37 E L 2 極 4、6 、8\1 0 極 K A B C 2 極 4、6、8\1 0 極 110 15 254 254 108 650 2.進給電動機的選?。?本設(shè)計進給運動采用液壓進給，根據(jù)廠方現(xiàn)有設(shè)備，選取三相異步電動機，型 號為 Y132S—6。 查《機械設(shè)計手冊》①“表 9.1—5”，Y 系列（IP44）三相異步電動機具體參數(shù) 如下： 滿載時 型號 額定功率型號 轉(zhuǎn)速 minr電流 /A效率 （％） 功率因 素 堵轉(zhuǎn) 電流 額定 電流 Y132s-6 3.0 960 7.23 83 0.76 6.5 噪聲、dB(A) 型號 堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn) 矩額定 轉(zhuǎn)矩 最大轉(zhuǎn) 矩額定 轉(zhuǎn)矩 1 級 2 級 飛輪力 矩 2/NmA重量 /kg 河南機電高等?？茖W校畢業(yè)設(shè)計（論文） 13 Y160L-8 2.0 2.2 66 71 0.286 63 安裝尺寸見下表所示： E L 2 極 4、6、8\10極 K H A 2 極 4、6、8\10 極 80 12 0.5?216 475 3.2 減速器的選取 減速器是原動機和工作機之間的獨立的封閉傳動裝置，用來降低轉(zhuǎn)速和增大轉(zhuǎn) 矩，以滿足工作需要。減速器的種類很多，按照傳動類型可分為齒輪減速器，蝸桿 減速器和行星減速器。本設(shè)計減速器位于鉆床頂部，所處空間有限，故選用單級行 星齒輪減速器。行星齒輪減速器與普通圓柱齒輪減速器相比，尺寸小，重量輕，一 般用在結(jié)構(gòu)緊湊的動力傳動中。根據(jù)需要，本設(shè)計選用立式 NGW—L 型行星齒輪減速 器，這類減速器的工作條件為： 高速軸轉(zhuǎn)速不超過 1500r/min； 齒輪圓周速度不超過 15m/s； 工作環(huán)境溫度為-40～+45℃； 可正反兩向運轉(zhuǎn)。 查《新編機械設(shè)計師手冊》上冊表 6.1—139，選擇型號為 NGW—L11，公稱傳動 比為 7.1。再查《新編機械設(shè)計師手冊》表 601—142“單級 NGW—L 型減速器外型和 安裝尺寸” ，具體參數(shù)如下： 外形機座 號 型號 規(guī)格 公稱 傳動 比 L 21D1 1 NGW-L11 7.1 根據(jù)所配電動 機確定 360 230.5 國際標準機座號 D F G 機座 號 2 極 4、6 、8\1 0 極 2 極 4、6 、8\ 10 極 2 極 4、6 、8\1 0 極 2 極 4、6 、8\ 10 極 132s 132s38 38k6 10 33 河南機電高等?？茖W校畢業(yè)設(shè)計（論文） 14 法蘭及螺栓孔2D31nd? h 12h 280 325 68?6 20 18 軸伸 d l t b 重量 （kg） 油量 （L） 50 82 53.5 14 65 3.89 3.3 上臺板的設(shè)計 本設(shè)計中上臺板的主要作用是安裝電動機和減速器，用來承受電動機和減速器 的重量，并吸收電動機工作時產(chǎn)生的一部分振動。 3.3.1 材料的選取 為了更好的吸收電動機和減速器產(chǎn)生的振動，上臺板的材料選用鑄鐵 HT300。 3.3.2 尺寸的確定 尺寸的確定在上臺板的設(shè)計中至關(guān)重要。上臺板如果設(shè)計的過厚，將增加機床 的整體重量，還浪費材料；如果設(shè)計的過薄，則剛度不夠，電動機和減速器的重量 通過上臺板作用于減速箱上，影響正常的工作。 查《新編機械設(shè)計師手冊》表 1.2—1“鑄鐵最小允許壁厚” ，鑄鐵尺寸在 500mm 500mm 以上，鑄鐵最小允許壁厚為 20mm。因本設(shè)計所設(shè)計尺寸遠大于此? 值，廠方又要求在設(shè)計時各零部件富裕量要大，所以本設(shè)計上臺板厚度取為 40mm。 查《新編機械設(shè)計師手冊》表 6.1—142“單級 NGW—L 型減速器外型和安裝尺 寸” ，根據(jù) ， ，確定上臺板中間安裝減速器的凸臺內(nèi)孔壁直130Dm?280? 徑分別為 360mm，280mm。 查《新編機械設(shè)計師手冊》表 7.2—27“TL 型彈性套柱銷聯(lián)軸器外型和安裝尺 寸” ，根據(jù) ，結(jié)合主軸 II—III 段的長度，確定中間凸12,6,84LSLm?? 臺的高度為 148mm。 因立柱橫向之間的距離為 900mm，立柱直徑為 120mm，取上臺板外緣凸臺壁厚 為 60mm，則上臺板長度為 1155mm。 因立柱縱向之間的距離為 680mm，立柱直徑為 120mm，取上臺板外緣凸臺壁厚 河南機電高等?？茖W校畢業(yè)設(shè)計（論文） 15 為 60mm，則上臺板寬度為 918mm。 3.3.3 結(jié)構(gòu)設(shè)計 為了便于安裝聯(lián)軸器，上臺板中間凸臺設(shè)計為敞開式。因聯(lián)軸器 D=224mm，中 間凸臺內(nèi)徑為 280mm，所以可以很方便的進行安裝，維護和維修。 查《新編機械設(shè)計師手冊》表 1.2—2“外壁，內(nèi)壁與肋板的厚度” 。零件最大外 型尺寸小于 1250mm 的鑄件，肋的厚度最小為 8mm?？紤]安全問題，取肋的厚度為 14mm。 查《新編機械設(shè)計師手冊》表 1.2—6“鑄造外圓角半徑 R 值” ，表面的最小邊 尺寸在 25mm~60mm 之間，外圓角取 4mm。 查《新編機械設(shè)計師手冊》表 1.2—11“孔邊凸臺” ，具體計算如下： r=0.25a=0.25 40mm=10mm；? R=0.75a=0.75 40mm=30mm； H=2a=2 40=80mm。 經(jīng)尺寸確定，結(jié)構(gòu)設(shè)計后，最終確定上臺板結(jié)構(gòu)如下圖： 3.3.4 主軸箱體的設(shè)計 主軸箱體是機床的重要組成部分，按專門要求或需要來進行設(shè)計的，在機床設(shè) 計過程中，是工作量較大的部件之一。 首先，介紹機床主軸箱的用途。主軸箱體是用于布置（按所要求的坐標位置） 河南機電高等?？茖W校畢業(yè)設(shè)計（論文） 16 機床工作主軸及傳動零件和相應(yīng)的附加機構(gòu)。它通過按一定速比排布傳動齒輪，把 動力從動力部件—動力箱，電動機等，傳遞給各工作主軸，使之獲得所需求的轉(zhuǎn)速 和轉(zhuǎn)向，并防止?jié)櫥屯饬骱突覊m，污物侵入。主軸箱體應(yīng)有足夠的精度和剛度； 有良好的散熱性和密封性；具有美觀大方且與總體布局協(xié)調(diào)一致的外型；具有良好 的工藝性；便于加工和裝配。 對于主軸箱體設(shè)計，本設(shè)計采用一般設(shè)計法。一般設(shè)計法是根據(jù)主軸的分布， 轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)向以及尺寸要求等，由設(shè)計者進行全部設(shè)計工作，這也是當前主軸箱設(shè)計 中最常用的方法。主軸箱設(shè)計的原始依據(jù)，包括下述的全部或部分內(nèi)容： 1. 所有主軸的位置關(guān)系； 2. 要求的主軸轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向（這是指左旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向，對右旋轉(zhuǎn)向一般不需要注明） ； 3. 主軸的工序內(nèi)容和主軸外伸部分尺寸； 4. 主軸箱的外型尺寸與其他部件的聯(lián)系尺寸； 5. 動力部件（包括主電機）的型號； 6. 托架或鉆模板的支桿在主軸箱上的安裝位置及有關(guān)要求； 7. 工藝上的要求； 8. 其他要求。 主軸箱體設(shè)計具體步驟如下： 1. 材料選擇： 因為該多軸鉆床主軸箱尺寸較小，為了便于制造，故選用 45 鋼。 2. 結(jié)構(gòu)設(shè)計： 本設(shè)計采用聯(lián)結(jié)在立柱上的兩正方形鋼板（隔板）圍成主軸箱上下箱壁?？紤] 到齒輪的安裝，套筒的固定，側(cè)壁設(shè)計成可拆卸式。 1) 主軸箱體的壁厚 為了減輕機床重量，在保證主軸箱足夠剛度的前提下，主軸箱體應(yīng)盡量選取較 小的壁厚。但本設(shè)計須在箱體內(nèi)、外壁之間安裝軸承等，故受其裝配尺寸限制，按 需要適當加厚。因軸承寬度為 17.25mm，端蓋厚度為 20mm，軸承距離主軸箱體內(nèi) 壁為 8mm，則主軸箱體的厚度為 17.25mm+20mm+8mm=45.25mm，圓整取為 46mm。 2) 主軸箱體內(nèi)壁的距離 河南機電高等?？茖W校畢業(yè)設(shè)計（論文） 17 主軸箱體內(nèi)壁之間用來安裝齒輪，因為小齒輪齒寬大于大齒輪齒寬，所以根據(jù) 小齒輪計算距離。小齒輪齒寬為 40mm，距內(nèi)壁距離都為 16mm，所以內(nèi)壁的距離為 40mm+ 16mm+16mm=72mm；外壁距離（也就是主軸箱體的輪廓高度）為 72mm+46mm+46mm=164mm。 3) 主軸箱體尺寸的確定 已知大齒輪分度圓尺寸為 147mm，小齒輪分度圓尺寸為 75mm，齒全高為 5.94mm，則小齒輪齒頂圍繞大齒輪軸旋轉(zhuǎn)的軌跡為直徑是 112mm 的圓。取齒輪輪 齒距主軸箱側(cè)壁距離為 16mm（考慮安裝誤差） ，側(cè)壁板因只起到防止灰塵，污物的 侵入，為了減輕主軸箱重量，可取較小的壁厚，但考慮裝配原因，定為 20mm。則 主軸箱體的外型輪廓尺寸 L×B×H（長×寬×高）=339mm×339mm×164mm。具體結(jié) 構(gòu)形狀如下： 3.4 主軸箱零件的設(shè)計 3.4.1 齒輪的設(shè)計 1. 主傳動方案設(shè)計 傳動系統(tǒng)的設(shè)計是主軸箱設(shè)計中關(guān)鍵的一環(huán)。所謂傳動系統(tǒng)的設(shè)計，就是通過 一定的傳動鏈，按要求把動力從動力部件的驅(qū)動軸傳遞到主軸上去。同時，滿足主 軸箱其他結(jié)構(gòu)和傳動的要求。 傳動系統(tǒng)設(shè)計的一般要求： 1) 在保證主軸的強度、剛度、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向要求的前提下，力求傳動軸和齒輪最 少；應(yīng)盡量用一根傳動軸帶動多根主軸；當齒輪嚙合中心距不符合標準時，可采用 齒輪變位的方法和湊中心距離。 2) 在保證有足夠強度的前提下，主軸，傳動軸和齒輪的規(guī)格要盡可能少，以減 少各類零件的品種。 3) 通常應(yīng)避免主傳動軸帶動主軸，否則將增加主傳動軸的負荷。 4) 最佳傳動比為 1~1.5，但允許采用到 3~3.5。 河南機電高等?？茖W校畢業(yè)設(shè)計（論文） 18 5) 粗加工主軸上的齒輪，應(yīng)盡可能靠近前支承，以減少主軸的扭轉(zhuǎn)變形。 6) 盡可能避免升速傳動，必要的升速最好放在傳動鏈的最末一，二級，以減少 功率損失。 2. 主軸箱齒輪齒數(shù)的確定 齒輪傳動是機械傳動中最重要的傳動之一，其主要特點有效率高、結(jié)構(gòu)緊湊、 工作可靠、壽命長等優(yōu)點，并且該傳動比較平穩(wěn)。齒輪傳動可分為開式、半開式和 閉式傳動，本設(shè)計依據(jù)廠方的具體情況設(shè)計為半開式。 齒輪應(yīng)具有足夠的工作能力，以保證在整個工作壽命期間不致失效。通常，在 設(shè)計齒輪時只按齒根彎曲疲勞強度和齒面接觸疲勞強度兩個準則進行計算。 下面對 齒輪進行具體的參數(shù)計算和結(jié)構(gòu)設(shè)計。 因所加工工件的兩對稱孔之間中心距為 222.25mm。根據(jù)廠方要求，主軸箱內(nèi)的 齒輪應(yīng)足夠結(jié)實，故初選主軸箱齒輪模數(shù)為 3mm。 1) 齒輪齒數(shù)： 兩對稱孔中心距與齒數(shù)的關(guān)系為： 1212()admz??? 式中各參數(shù)含義： —所加工對稱孔中心距； —大齒輪分度圓直徑；2d —齒輪模數(shù)；m —小齒輪齒數(shù)；1z —大齒輪齒數(shù)；2 —中心距。a 把 d＝222.25mm，m＝3mm 代入上式得： 122.53()z???47.zm?1即 齒輪齒數(shù)為整數(shù)，所以 74.1 可以就近圓整為 74，因此 。由于齒輪齒1274z?? 數(shù)應(yīng)該遵循互質(zhì)原則，查《機械制造裝備設(shè)計》 ，初定 ＝49， ＝25。 已知主軸轉(zhuǎn)速 n＝199.04r/min，即小齒輪轉(zhuǎn)速為 199.04r/min，齒數(shù)比 u＝1.96， 即 i＝1.96。 河南機電高等?？茖W校畢業(yè)設(shè)計（論文） 19 2) 選擇齒輪類型、精度等級及材料 a) 齒輪應(yīng)因不受軸向載荷，故選用直齒圓柱齒輪傳動； b) 因為多軸鉆床為一般工作機器，轉(zhuǎn)速不高，故選用 7 級精度（GB10095-88 ） ； c) 齒輪的材料選擇 由《機械設(shè)計》表 10－1 選擇小齒輪材料為 20CrMnTi，硬度為 300HBS，齒面 硬度 60HRC；大齒輪材料為 40Cr，硬度為 280HBS。 3. 齒輪結(jié)構(gòu)設(shè)計 齒輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計與齒輪的幾何尺寸、材料、加工方法及使用要求等因素有關(guān)。 因此進行齒輪結(jié)構(gòu)設(shè)計時，必須考慮上述各方面的因素。具體設(shè)計如下： 齒輪結(jié)構(gòu)設(shè)計有以下原則：當齒頂圓直徑小于 160mm 時，一般做成實心結(jié)構(gòu)； 當齒頂圓直徑在 160～500mm 之間時，一般做成腹板式結(jié)構(gòu)。 1) 小齒輪結(jié)構(gòu)設(shè)計 因小齒輪齒頂圓直徑 <160mm，本設(shè)計選用實心結(jié)構(gòu)，即盤式齒輪。75adm? 其結(jié)構(gòu)尺寸為： ，則 2.37.5em???。(2~.)e?*750aadh??? 2) 大齒輪結(jié)構(gòu)設(shè)計 因為大齒輪分度圓直徑 ＝ = mm=147mm <160mm，所以大齒輪同樣adzA349? 選為實心結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)與小齒輪一樣。 3) 大齒輪和小齒輪參數(shù)如下所示 名稱 參數(shù)代號 小齒輪參數(shù) 大齒輪參數(shù) 模數(shù) m 3 3 齒數(shù) z 25 49 分度圓直徑 d 75 147 3.4.2 齒輪的計算及校核 1. 齒輪的計算和校核 ① 按齒面接觸疲勞強度設(shè)計 查《機械設(shè)計》得： 21312.()[]tEtdHkTZ????? 河南機電高等?？茖W校畢業(yè)設(shè)計（論文） 20 ② 確定公式內(nèi)的各計算數(shù)值 ③ 選載荷系數(shù) 1.3tK? ④ 計算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩： 5119.0/TPn? 由《機械設(shè)計便覽》表 41－2“各種性能減速器主要性能比較”查得減速器效 率為 η＝95％～96％；由 《實用機械設(shè)計手冊》查得軸承效率為 η＝99％；聯(lián)軸器效 率為 99％。主軸箱齒輪布置為六個小齒輪均勻分布在一個大齒輪的邊沿，并被大齒 輪帶動，所以主軸箱輸出功率為： '12316P??? 式中各參數(shù)含義： '－輸入減速器的功率1 －減速器效率2? －聯(lián)軸器效率3 －滾動軸承效率 將 'P＝7.35， 1?＝95％， ＝99％， 3＝99％代入上式得：17.59%96P???6.kW.29 ⑤ 小齒輪轉(zhuǎn)速的計算： 01ni? 把 代入上式，得：01272/min,7.,.96nri??0/in1..r?98.76/minr?12534dzm110.5379.5dabm?????(2~.5),2.37.7aaememdh???????即 河南機電高等?？茖W校畢業(yè)設(shè)計（論文） 21 4125.610.937tTFNd???12,Bm146.93.45AtKd7ad?19.01.298/minkwTr?45.26N ⑥ 由《機械設(shè)計》表 10－7 選取齒寬系數(shù) d?＝0.53； ⑦ 由《機械設(shè)計》表 10－6 查得材料的彈性影響系數(shù) ； 1289.EaZMP? ⑧ 由《機械設(shè)計》表 10－21d 按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強度極限 ， ；lim140HaMP??lim10HaP?? ⑨ 由《機械設(shè)計》表 10-13 計算應(yīng)力循環(huán)系數(shù)1698.76/min1(8305)hNnjLr??84.2908824.02.916? ⑩ 由《機械設(shè)計》表 10－19 查得接觸疲勞強度系數(shù) ， 10.93HNK?20.98HN? ； ? 計算接觸許用應(yīng)力 取失效概率為 1％，安全系數(shù)為 s=1。 ? 由《機械設(shè)計》式 10－12 得：1lim[]0.9314302HNaakMPS????22li.8658Haa? 2. 按齒面接觸強度計算 計算小齒輪分度圓直徑 。代入 中較小的值，得：1td[]H?2132.()[]tEtdHkTZ????? 河南機電高等專科學校畢業(yè)設(shè)計（論文） 22 4231.52601.98.762. ()5????6594 mm ① 計算圓周速度 V 160tdn???5.948.7.8/ms ② 計算齒寬 b td1???0.536.94.5m?? ③ 計算齒寬與齒高之比 b/h 1.2.5ttmz2..64.9th???385.b ④ 計算載荷系數(shù) 根據(jù) v＝0.686m/s，7 級精度，由《機械設(shè)計》圖 10－8 查得動載系數(shù) 。1.05vk? 假設(shè)直齒輪 ，由《機械設(shè)計》表 10－3 查得：10/AtkFNmb?1.2HFkK?? ⑤ 由《機械設(shè)計》表 10－2 查得使用系數(shù) ；A ⑥ 由《機械設(shè)計》表 10－4 查得 7 級精度，小齒輪相對支承對稱布置時??bKdH 3210.6.018..1 ????????? 將數(shù)據(jù)代入，得： 95.4.53...02. 322??dH?1.87? 由 ， ，查《機械設(shè)計》10－13 得 ：54bh.k?1.45FK?? 河南機電高等?？茖W校畢業(yè)設(shè)計（論文） 23 故載荷系數(shù) 1.0521.4AVHK?????1.427 ⑦ 按實際載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑，由《機械設(shè)計》公式 10－10a 得：3311.42765.968.tkdm??? 因初選 ，所以強度合格。75m? ⑧ 計算模數(shù) m 17532dmz? 3. 按齒根彎曲強度設(shè)計 由《機械設(shè)計》式 10－5 得： 132()[]FaSdYkTz??? 1) 確定公式內(nèi)的各個參數(shù)值 ① 由《機械設(shè)計》圖 10－20d 查得小齒輪和大齒輪的彎曲疲勞強度分別為：1750FEMPa?? ， 270FEPa??； ② 由《機械設(shè)計》表 10－18 查得彎曲疲勞壽命系數(shù) 10.9FNk?， 20.95FNK； ③ 計算彎曲疲勞許用應(yīng)力 取彎曲疲勞安全系數(shù) 1.4S，由《機械設(shè)計》式 10－12 得：10.9[] 0FNEKMPa????20.956[] 4071FNEKMPaS???? ④ 計算載荷系數(shù) k AVFk?? ⑤ 查取齒形系數(shù) 由《機械設(shè)計》表 10－5 查得 ；12.6,.3FaFaY? ⑥ 查取齒形校正系數(shù) 由《機械設(shè)計》表 10－5 查得 ；12.59,1.70SaSa ⑦ 計算大小齒輪的 并比較大[]FaSY?小 河南機電高等?？茖W校畢業(yè)設(shè)計（論文） 24 12.6590.463[]FasY???2.317.asF 2) 設(shè)計計算 43221.475.610.0mm???? 對比計算結(jié)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疲勞強度所決定的承載能力，而 齒面接觸強度的承載能力，僅與齒輪直徑有關(guān)，廠方要求的 ＝75mm，m=3 完全1d 可靠。 4. 幾何尺寸計算 1) 計算分度圓直徑 13257dmz??2491 2) 計算中心距 1275dam??? 3) 計算齒輪寬度 10.39.db?? 考慮安裝對中誤差及大小齒輪傳遞扭矩相等等因素，小齒輪齒寬應(yīng)比大齒輪寬 5～10mm，故將齒寬就近圓整為 。124,5Bm? 5. 驗算 412.601.9375tTFNd?4.93.//AtKmb?? 故設(shè)計合理。 3.4.3 軸的設(shè)計 作回轉(zhuǎn)運動的傳動零件，一般都安裝在軸上進行運動，即傳遞動力。因此軸的 功用是支承回轉(zhuǎn)零件及傳遞運動和動力。 河南機電高等?？茖W校畢業(yè)設(shè)計（論文） 25 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計就是根據(jù)軸上零件的安裝、定位以及軸的制造工藝等方面的要求， 合理的確定軸的結(jié)構(gòu)和尺寸。如果軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理，則會影響軸的工作能力和 軸上零件的工作可靠性，還會增加軸的制造成本和軸上零件的裝配困難。 軸的工作能力計算是指軸的強度、剛度和振動穩(wěn)定性等方面的計算。一般情況 下，軸的結(jié)構(gòu)工作能力主要取決于軸的強度，因此在設(shè)計計算中我們只對軸的強度 進行計算，防止其斷裂或塑性變形。 1 主軸的設(shè)計 1) 主軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 主軸的型式和直徑，主要取決于刀具的進給抗力和切削扭矩或主軸—刀具系統(tǒng) 結(jié)構(gòu)上的需要。 軸的分布類型是多種多樣的，結(jié)構(gòu)各有不同，大體可以歸納成下述幾種類型： ① 單組或多組圓周分布； ② 等距或不等距直線分布； ③ 圓周或直線混合分布； ④ 任意分布。 根據(jù)廠方所提供的零件圖，本設(shè)計采用第一種類型中的單組圓周分布。單軸的 結(jié)構(gòu)如下圖： 即 2) 主軸的參數(shù)設(shè)計 主軸的分布盡管有各種各樣的類型，但通常采用的經(jīng)濟而又有效的轉(zhuǎn)動是：用 一根傳動軸帶動多根主軸。本設(shè)計采用此種設(shè)計，具體方案如下：在設(shè)計傳動系統(tǒng) 時，首先把所有主軸（6 軸）分成一組同心圓，然后在同心圓上放置一根傳動軸， 來帶動一組主軸。接著再用此轉(zhuǎn)動軸與動力部件驅(qū)動軸聯(lián)結(jié)起來。這就是通常的傳 動布置次序，即由主軸處布置起，最后再引到動力部件的驅(qū)動軸上。 本設(shè)計選用剛性主軸。設(shè)計剛性主軸的主要內(nèi)容之一是選擇主軸參數(shù)。主軸參 河南機電高等?？茖W校畢業(yè)設(shè)計（論文） 26 數(shù)確定的正確與否，對主軸的剛性將有很大的影響。在設(shè)計剛性主軸時，若主軸參 數(shù)選擇不合理，則被加工零件將達不到要求的精度和光潔度。 ① 求輸出軸上的功率 由齒輪計算知 1.29pkW?876n/minr415.0T? N?mm ② 求作用在齒輪上的力 因為 13257dmz?? 則： 412.601.9375tTFNd?1146.93039.rtFCOSCS?????146.1539.7820tnFNCOS??? 式中各參數(shù)代表的含義： －小齒輪傳遞的扭矩，單位為 NAmm；1T －小齒輪的節(jié)圓直徑，對標準齒輪即為分度圓直徑；da －嚙合角，對標準齒輪 20??? 。 ③ 初步確定軸的最小直徑 軸的扭轉(zhuǎn)強度條件為： 3950[].2T TPnWd???? 式中各參數(shù)含義： －扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，單位為 Mpa；t T－軸所受的扭轉(zhuǎn)力，單位為 N?mm； －軸的抗扭截面系數(shù)，單位為 3m；tn －軸的轉(zhuǎn)速，單位為 r/min； P－軸傳遞的功率，單位為 KW；d －計算截面處軸的直徑，單位為 mm； －許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，單位為 MPa。[]t? 河南機電高等?？茖W校畢業(yè)設(shè)計（論文） 27 選取軸的材料為 45 號鋼（調(diào)質(zhì)處理） ， 值在 25～45 之間， 值在 103～126[]t?0A 之間，本設(shè)計取 =126，由上式計算得軸的直徑：0A33095.2[]tpdAn???33min01.962.587Am?? 軸的直徑，考慮鍵槽的削弱影響，對于單鍵 d 增大 4％～5％，則 d=23.6mm， 因為廠方要求主軸強度要留有一定的富裕量，圓整為 30mm。 2. 大齒輪軸的設(shè)計 1) 大齒輪軸的轉(zhuǎn)速計算 已知大齒輪軸的功率 ，轉(zhuǎn)速 和轉(zhuǎn)矩 ，則：2p2n2T13`p?? 式中各參數(shù)含義： －電動機輸出功率；?1 －減速器效率；2 －連軸器效率；3? －滾動軸承效率。 將 ,P＝7.35kw， 1=95%， =99%， 3=99%代入上式27.59%9P?? ＝6.844kw 則大齒輪轉(zhuǎn)速 027/min10.4/in.1nrri?? 5122 104.6.10895950????PTmN? 2) 大齒輪軸的受力分析 已知低速級大齒輪的分度圓直徑為： 234917dz?? 則： .8614705.621?dTFt mN? 又因為六個小齒輪均布在大齒輪周圍，徑向力相互抵消，故 理論值為零。2rF 3) 初步確定軸的最小直徑 河南機電高等專科學校畢業(yè)設(shè)計（論文） 28 選取軸的材料為 45 號鋼（調(diào)制處理） 。根據(jù)《機械設(shè)計》表 15－3 取 ，0126A? 則： 233min06.84151.0PdAm??? 考慮到鍵槽的削弱影響，對于雙鍵 d 增大 7％～10％（本設(shè)計因單鍵強度不夠， 不符合要求，故選用雙鍵） ，則：mini10%5.31056.43d??????? 就近圓整為 60mm。 輸入軸的最小直徑顯然是聯(lián)結(jié)聯(lián)軸器處軸的直徑，為了使所選軸的直徑與連軸 器的孔徑相適應(yīng)，故需要同時選聯(lián)軸器的型號。 聯(lián)軸器的計算轉(zhuǎn)矩： 2caATK? 查《機械設(shè)計》表 10－2，考慮到載荷均勻平穩(wěn)，故取 ，則： 1Ak?52104.6?Aca mN???. 按計算轉(zhuǎn)矩 應(yīng)小于聯(lián)軸器工程轉(zhuǎn)矩額定條件，查《機械設(shè)計師手冊》標準caT (GB/T5015-1985)，選用 TL8 型彈性套住銷聯(lián)軸器。其公稱轉(zhuǎn)矩為 710Nm，許用轉(zhuǎn) 速為 3000r/min，滿足使用要求。 3. 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 1) 主軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計： ① 根據(jù)軸向定位要求確定軸各段直徑和長度 主軸軸徑 d＝30mm，所選軸承型號為 7207，其尺寸為 306217.5dDT???， 取齒輪距箱體內(nèi)壁距離為 16mm；軸承端蓋總寬度為 20mm；軸承距箱體內(nèi)壁距離為 2mm；齒輪寬為 40mm，則軸 I—II 段的長度為 100mm。 ② 軸上零件的周向定位 齒輪與軸的周向定位采用平鍵連接。 2) 大齒輪軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 ① 根據(jù)軸向定位的要求確定軸各段的直徑和長度 現(xiàn)已知安裝聯(lián)軸器處軸的直徑，即 河南機電高等?？茖W校畢業(yè)設(shè)計（論文） 29 ，安裝齒輪處的軸段考慮到鍵槽的削弱影響，取 。半聯(lián)軸器與15dm? 160dm? 軸配合的轂孔長度 L＝112mm，取 108ILm??。 安裝齒輪處軸徑 d 取 60mm，取齒輪距箱體內(nèi)壁的距離 a=16mm；取軸承距箱 體內(nèi)壁距離為 s=8mm。已知軸承寬度 T=22mm，大齒輪寬 B=35mm，與聯(lián)軸器相配 合的套筒長度根據(jù)聯(lián)軸器的尺寸 A 定位 d=102mm，則軸 II－III 的長度為 d=102mm.。 2()lTsaBd?? =2×(22＋46＋8＋16)＋35 ＋(102 －4) =225mm 根據(jù) 212 軸承的安裝尺寸 ，選取套筒厚度 4.5mm。1D ② 初選滾動軸承 因軸承除承受軸的重力外，幾乎不受軸向力，故選用深溝球軸承。 ③ 齒輪、半聯(lián)軸器與軸向定位均采用平鍵聯(lián)接，查《實用機械設(shè)計手冊》續(xù)表 3－1 選取 14×9 的鍵，公稱長度為 100mm。為了保證齒輪與軸配合具有良好的對中 性，選用齒輪輪轂與軸的配合為 H7/h6；同時半聯(lián)軸器與軸的聯(lián)接，選用平鍵 14mm×9mm，其配合為 H7/k6。滾動軸承與軸的周向定位是借過渡配合來保證的， 此處選軸的直徑尺寸公差為 m6。 ④ 確定軸的圓角和倒角尺寸 參考《機械設(shè)計》表 15－2，取軸端倒角為 2×45。 ，各軸肩處圓角半徑取 R=2。 大齒輪軸的結(jié)構(gòu)如下圖： 大 齒 輪 軸 河南機電高等?？茖W校畢業(yè)設(shè)計（論文） 30 3.5 夾緊機構(gòu)的設(shè)計 3.5.1 概述 零件在工藝規(guī)格制定以后，就要按工藝規(guī)格順序進行加工。加工中除了需要機 床，刀具，量具之外，成批生產(chǎn)時還需要用機床夾具。它們是機床和工件之間的連 接裝置，是將工件進行定位、加緊；將刀具進行導向或?qū)Φ?，以保證工件和刀具間 的相對位置關(guān)系的附加裝置，使工件相對于機床或刀具獲得正確位置。機床夾具的 好壞直接影響工件加工表面的位置精度，所以機床夾具設(shè)計是裝配設(shè)計中一項重要 的工作，是加工過程中最活躍的因素之一。 一．一般夾具的組成 1. 定位元件 起定位作用，保證工件相對夾具的位置，可以用六點定位原理來分析其所受限 制的自由度。 2. 加緊裝置 將工件加緊，以保證在加工時保持所限制的自由度。 3. 導向元件和對刀裝置 用來保證刀具相對于夾具的位置。本設(shè)計為擴鉸孔，需要夾具具有導向作用。 4. 連接元件 是用來保證夾具和機床工作臺之間的相對位置。對于鉆床夾具，由于孔加工刀 具加工時只是沿軸向進給就可完成，用導向元件就可以保證相對位置，因此在將夾 具安裝在工作臺上時，用導向元件直接對刀具進行定位，不必再用連接元件定位了， 所以一般鉆床夾具沒有連接元件。 二．夾緊機構(gòu)的功能 1. 保證加工精度； 2. 提高生產(chǎn)率； 3. 擴大機床的使用范圍； 4. 減輕工人的勞動強度，保證生產(chǎn)安全。 三． 加緊機構(gòu)應(yīng)滿足的要求 1. 保證加工精度； 2. 夾具的總體方案應(yīng)與年生產(chǎn)綱領(lǐng)相適應(yīng)； 河南機電高等?？茖W校畢業(yè)設(shè)計（論文） 31 3. 安全，方便，減輕勞動強度； 4. 排屑順暢； 5. 機床夾具應(yīng)有良好的強度，剛度和結(jié)構(gòu)工藝性。 四． 機構(gòu)的夾緊過程 1) 消除間隙階段：從原動操作部分開始動作起，到各傳動構(gòu)件之間，以及夾緊 元件與被夾緊部件之間完全消除間隙，開始接觸為止； 2) 加力與變形階段：夾緊元件被夾緊部位的壓力從零開始逐漸增加，同時各傳 動軸構(gòu)件也由于受力而發(fā)生彈性變形，直到夾緊元件對被夾緊部位的夾緊力達到預(yù) 定值為止。 3.5.2 夾緊機構(gòu)的設(shè)計 設(shè)計機床的加緊機構(gòu)前，應(yīng)明確該部件的工作條件： 1. 作用于部件上切削力的大小，方向和作用點的坐標位置； 2. 部件的支承情況，即有關(guān)導軌以及部件與導軌接觸處的各項幾何尺寸； 3. 部件的重量以及重心的坐標位置。 以上工作條件，本設(shè)計在機床總體設(shè)計與布局情況下已求得，現(xiàn)選擇夾緊力作 用點，夾緊力作用點選擇的原則為： 1. 盡可能以最小夾緊力取得防止機床部件滑移，顛覆和回轉(zhuǎn)的最大效果； 2. 夾緊點布置在被夾緊零部件上剛度較大的部位，減少夾緊力引起的變形； 3. 盡量減少夾緊機構(gòu)在夾緊、松開機床部件時的位移，保證定位精度。 本設(shè)計夾緊點選在六個圓周孔的外邊緣位置。此處離要加工孔的位置較近，可 以用較小的夾緊力達到預(yù)期的夾緊效果，且此處剛度較大，受夾緊力所產(chǎn)生的變形 較小。夾具的結(jié)構(gòu)如下圖： 河南機電高等?？茖W校畢業(yè)設(shè)計（論文） 32 4 支承件的設(shè)計 4.1 概述 4.1.1 支承件的功能 機床的支承件是指床身，立柱，橫梁，底座等。它們相互固定聯(lián)接成機床的基 礎(chǔ)和框架。這些件一般都比較大，所以也成為“大件” 。機床上其他零、部件可以固 定在支承件上，或者工作時在支承件的導軌上運動。工作時，刀具與工件之間相互 作用的力沿著大部分支承件逐個傳遞并使之變形，機床的動態(tài)力會使支承件和整機 振動，支承件的熱變形將改變執(zhí)行元件的相對位置和運動軌跡。以上這些，都將會 影響被加工件的加工精度和表面質(zhì)量。因此，支承件的主要功能是保證機床