機械畢業(yè)設計（論文）-基于多軸加工的普通鉆床改造【全套圖紙】

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1、III 摘摘 要要 隨著先進制造技術的發(fā)展和進步，數(shù)控加工已成為機加工過程中的一種主流技術。 這一技術的運用提高了機加工過程中工作效率和加工精度。數(shù)控多工位鉆床就是提高鉆 削加工精度和效率的一種很好的機加工工具。數(shù)控多工位鉆床的設計，采用了普通車床 設計的步驟和方法，綜合考慮數(shù)控機床的特點。從切削力入手確定主軸及電機，到整個 機床的結(jié)構(gòu)設計和機床的控制，最后到對機床初始化程序設計。本設計是基于多軸加工 的普通鉆床改造。為了實現(xiàn)復合工位的加工，現(xiàn)需要對普通鉆床進行多軸頭的設計。普 通鉆床為單軸機床，但安裝上多軸箱就會成為多軸的鉆床，改造成多軸鉆床后，能大大 地縮短加工時間，提高生產(chǎn)效率。因此本設

2、計的重點是多軸箱的設計，設計內(nèi)容包括齒 輪分布與選用、軸的設計、多軸箱的選用、導向裝置設計等。 關鍵詞：關鍵詞： 復合工位；多軸鉆床；生產(chǎn)效率；多軸箱 全套圖紙，加全套圖紙，加 153893706 IV Abstract With the manufacturing development, numerical control manufacturing has become one of the major advanced technologies. efficiency and accuracy has been improved in application of the techno

3、logy. Numerical control auto-drilling machine is a kind of the new machine tools that can improve the machining accuracy and efficiency. The paner has designed for Numerical control auto-drilling machine, using design method of the ordinary lathe, and considering the characteristic of the numerical

4、control machine tools synthetically. cutting force has been calculated, the structural and the control system has been designed. Finally, the software routine has been explored.This paner has finished completed a investigation of internal and external of current situation for numerical control multi

5、stage-drilling machine, and compared it, put forward a feasible scheme; completed the mechanical structural design an calculated and designed the electric control system, and finished the software and hardware of the control system tentatively.The design is based on the multi-axis machining of commo

6、n drilling machine. To accomplish the manufacture of multi-hole, redesigned the drive mechanism of the ordinary drill press. Mono-spindle be changed into a multiple spindle. It will improve its productive efficiency, shorten its processing time if assembled a multiple spindle case on. That so calls

7、a multiple drill. Hereby, the keystone of this design paper is how to design a multiple spindle heads. The design subjects include the selection and distribution of gear wheel, the design of spindle, and the guiding equipment and selection of the multiple spindle heads, etc. Key words: multi-positio

8、n manufacture; multiple drill press; productive efficiency; multiple spindle heads V 目目 錄錄 摘 要.III ABSTRACTIV 目 錄 V 1 緒論.1 1.1 本課題的研究內(nèi)容和意義1 1.2 國內(nèi)外的發(fā)展概況2 1.2.1 多軸頭.2 1.2.2 多軸箱2 1.2.3 多軸鉆床.3 1.2.4 自動更換主軸箱機床3 1.2.5 多軸加工趨勢.3 1.3 本課題應達到的要求4 2 單工位鉆床改為多工位鉆床.5 2.1 設計任務5 2.2 普通立式鉆床的選型.5 2.2.1 計算所需電機功率5 2.2.

9、2 立式鉆床的確定6 3 主傳動齒輪傳動箱的設計.7 3.1 設計前的準備.7 3.2 傳動系統(tǒng)的設計與計算.7 4 多軸箱的結(jié)構(gòu)與零部件的設計.13 4.1 箱蓋、箱體和中間板結(jié)構(gòu)13 4.2 多軸箱軸的設計13 5 導向裝置的設計.28 5.1 導向裝置組成28 5.2 導向裝置選擇與設計28 6 接桿刀具.30 7 結(jié)論與展望.31 7.1 結(jié)論.31 7.2 不足之處及未來展望.31 致 謝.32 參考文獻.33 基于多軸加工的普通鉆床改造 1 1 緒論緒論 1.1 本課題的研究內(nèi)容和意義本課題的研究內(nèi)容和意義 畢業(yè)設計是在完成了大學的全部課程之后，進行的一次理論聯(lián)系實際的綜合運用，

10、使我對專業(yè)知識、技能有了進一步的提高，為以后從事專業(yè)技術的工作打下基礎。專用 機床的結(jié)構(gòu)設計和改進是實現(xiàn)產(chǎn)品設計，保證產(chǎn)品質(zhì)量、節(jié)約能源、降低成本的重要手 段，合理的專用機床是企業(yè)進行生產(chǎn)準備、計劃調(diào)度、加工操作、生產(chǎn)安全、技術檢測 和健全勞動組織的重要依據(jù)，也是企業(yè)上品種、上質(zhì)量、上水平，加速產(chǎn)品更新，提高 經(jīng)濟效益的技術保證。 本課題為基于復合工位加工機床結(jié)構(gòu)設計，由于零件的生產(chǎn)綱領為大批大量生產(chǎn)， 故將涉及大批量加工的工藝規(guī)程設計、專用機床和專用夾具設計等，尤其隨著工業(yè)的發(fā) 展，大型復雜的多軸、多工位加工更是引人注目。結(jié)合多軸、多工位加工不但可以擴大 加工范圍，而且在提高精度的基礎上還能

11、大大地提高工效。完成該課題是對我們大學期 間所學知識進行一次全面的專業(yè)訓練，可以培養(yǎng)我們掌握如何運用過去所學知識去解決 生產(chǎn)中實際問題的方法，增強從事本專業(yè)實際工作所必需的基本能力和開發(fā)研究能力， 可以提高我們的專業(yè)素質(zhì)，為今后走上工作崗位打下一個良好的基礎，因而，其對我們 實踐能力的提高和進行企業(yè)專用機床的技術改造均具有十分重要的意義。 組合機床上的通用部件和標準零件約點全部機床零部件總量的70-80，因此設計 和制造周期短，經(jīng)濟效益好。由于組合機床目的通用部件和標準零件自動化程度高，因 而比通用機床生產(chǎn)效率高，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定勞動強度低。組合機床的通用部件是經(jīng)過周密 設計和長期生產(chǎn)實踐考驗的，

12、又有專門廠家成批生產(chǎn)，它與一般專用機床比較，其結(jié)構(gòu) 穩(wěn)定，工作可靠，使用和維修方便。組合機床加工工件，由于采用專用夾具組合刀具和 導向裝置等，產(chǎn)品加工質(zhì)量靠工藝裝備保證，對操作工人的技術水平要求不高。當機床 被加工的產(chǎn)品更新時，專用機床的大部件要報廢。組合機床的通用部件是根據(jù)國家標準 設計的，并等效于國際標準，因此，其通用部件可以重復使用。不必加行設計和制造。 組合機床易于聯(lián)成結(jié)合機床自動線，以適應大規(guī)模和自動化生產(chǎn)需要。 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(diào)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

13、%，但購置費用大。某些情況下，即使生產(chǎn)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，多軸加工是一種通過少量投資來提高生產(chǎn)率的有效措施。 專用機床總體設計-三圖一卡“被加工零件工序圖”-它是組合機床的設計的主要 依據(jù)，它是制造使用，檢修和調(diào)整機床的重要技術條件繪制加工示意圖-它是刀具夾具， 多軸箱，液壓電器裝置設計及通用部件選擇主要原始資料，它是調(diào)整機床，刀具及試車 依據(jù)。繪制聯(lián)系和運動關系及檢驗機床各部件相對位置及聯(lián)系-是滿足加工要求、進一 步開展主軸箱及夾具等專用部件和零件設計的主要依據(jù)。相對生產(chǎn)率計算卡-它用來反

14、 映機床的加工過程，完成這一動作所需要的時間，切削用量，機床生產(chǎn)率及機床負荷率。 無錫太湖學院學士學位論文 2 專用機床主軸箱設計，按專用要求進行設計，由通用零件組成，其主要作用是根據(jù) 被加工零件的要求，安排各主軸位置并將動力和運動由電機或動力部件傳給各主軸，使 之得到要求的轉(zhuǎn)速，機床主軸箱選用 400*400，中間傳動軸帶動主軸傳動。 專用機床設計是按系列化標準化設計的由大量的通用部件和少量的專用部件組合的 工序集中的高效率專用機床。它能對工件進行多刀，多軸，多面，多工位，同時加工。 隨著組合機床技術的發(fā)展，它以工藝范圍日益擴大。 1.2 國內(nèi)外的發(fā)展概況國內(nèi)外的發(fā)展概況 雖然不可調(diào)式多軸頭

15、在自動線中早有應用，但只局限于大批量生產(chǎn)。即使采用可調(diào) 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，大型復雜的多軸加工更是引人注目。例如原子能發(fā)電站中大型冷凝器水冷壁管板 有 15000 個 20 孔，若以搖臂鉆床加工，單單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(jié)合多軸加工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

16、。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多軸加工的使 用愈來愈多這一趨勢。 多工位加工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，提高零件加工精度，減少零件的裝夾或定位時間，并且 在數(shù)控機床加工程序的編制中不必計算坐標，減少了字塊數(shù)而簡化編程。它可以采用以 下一些設備進行加工：立式鉆床或搖臂鉆床上裝多軸頭、多軸鉆床、多軸組合機床以及 自動更換主軸箱機床等。甚至可以通過二個能自

17、動調(diào)節(jié)軸距的主軸或多軸箱，結(jié)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。 1.2.1 多軸頭多軸頭 從傳動方式來說主要有齒輪傳動與萬向聯(lián)軸節(jié)傳動二種。這是大家所熟悉的。前者 效率較高，結(jié)構(gòu)簡單，后者易于調(diào)整軸距。從結(jié)構(gòu)來說有不可調(diào)式與可調(diào)式二種。前者 主、從動軸間軸距不能改變，多采用齒輪傳動，僅適用于大批量生產(chǎn)。為了擴大其加工 適應性，發(fā)展了可調(diào)式多軸頭，其在一定范圍內(nèi)可調(diào)整軸距。它主要結(jié)構(gòu)形式有兩種： （1）具有對準裝置的主軸。主軸裝在可調(diào)支架中，而可調(diào)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）具有較小公

18、差的圓柱形主軸。主軸通過襯套固定在 與零件孔型相同的模板中。前一種適用于批量較小且孔系是規(guī)則分布的工件（如孔系分 布在不同直徑的圓周上）。后一種適用于批量較大的機械加工中，其剛性較好，孔距精 度亦高，但不同孔型需要不同的模板。 多軸頭可以裝在立式鉆床或搖臂鉆床上，按鉆床本身所具有的各種功能進行工作。 這種多軸加工方法，由于鉆孔效率、加工范圍及精度的關系，使用范圍有限。 基于多軸加工的普通鉆床改造 3 1.2.2 多軸箱多軸箱 也像多軸頭那樣作為標準部件生產(chǎn)。美國 Secto 公司標準齒輪箱、多軸箱等設計的不 可調(diào)式多軸箱。有 32 種規(guī)格，加工面積從 300 300 毫米到 600 1050

19、毫米，工作軸達 60 根，動力達 22.5 千瓦。Romai 工廠生產(chǎn)的可調(diào)多軸箱調(diào)整方便，只要先把齒輪調(diào)整到接 近孔型的位置，然后把與它聯(lián)接的可調(diào)軸移動到正確的位置。因此，這種結(jié)構(gòu)只要改變 模板，就能在一定范圍內(nèi)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(chǎn)。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(diào)整，從而縮短換刀停機時間。（4）使用優(yōu)質(zhì)刀具，監(jiān)視 刀具是否變鈍，鉆

20、頭要機磨。（5）尺寸超差時能立即發(fā)現(xiàn)。 1.2.3 多軸鉆床多軸鉆床 這是一種能滿足多軸加工要求的鉆床。諸如導向、功率、進給、轉(zhuǎn)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。其整個工作循環(huán)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(gòu)，這樣可以適應某一組孔中 不同孔徑的加工需要。 1.2.4 自動更換主軸箱機床自動更換主軸箱機床 為了中小批量生產(chǎn)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。 自動更換主軸機床 自動更換主軸機床頂部是回轉(zhuǎn)式主軸箱庫，掛有多個不可調(diào)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，

21、然后裝有工件 的工作臺轉(zhuǎn)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(diào)換懸掛的 主軸箱，就能適應不同孔型與不同工序的需要。 多軸轉(zhuǎn)塔機床 轉(zhuǎn)塔上裝置多個不可調(diào)或萬向聯(lián)軸節(jié)主軸箱，轉(zhuǎn)塔能自動轉(zhuǎn)位，并對夾緊在回轉(zhuǎn)工 作臺的工件作進給運動。通過工作臺回轉(zhuǎn)，可以加工工件的多個面。因為轉(zhuǎn)塔不宜過大， 故它的工位數(shù)一般不超過 46 個。且主軸箱也不宜過大。當加工對象的工序較多、尺寸 較大時，就不如自動更換主軸箱機床合適，但它的結(jié)構(gòu)簡單。 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(diào)多軸箱與動力箱按置在水平底座 上，主軸箱庫轉(zhuǎn)動時整個裝置緊固在進給系統(tǒng)的溜板上。主軸箱庫轉(zhuǎn)

22、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(zhuǎn)工作臺，以便加工 工件的各個面。好果回轉(zhuǎn)工作臺配以卸料裝置，就能合流水生產(chǎn)自動化。在可變生產(chǎn)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)。 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。孔徑為 20 毫米，孔深 180 毫米。采用具有內(nèi)冷卻管道的麻花鉆，57MPa 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 無錫太湖學院學士學位論文 4 大。為了縮短加工時間，以 8 軸數(shù)控落地加工。 1.2.5 多

23、軸加工趨勢多軸加工趨勢 多軸加工生產(chǎn)效率高，投資少，生產(chǎn)準備周期短，產(chǎn)品改型時設備損失少。而且隨 著我國數(shù)控技術的發(fā)展，多軸加工的范圍一定會愈來愈廣，加工效率也會不斷提高。 1.3 本課題本課題應達到的要求應達到的要求 通過實際調(diào)研和采集相應的設計數(shù)據(jù)、閱讀相關資料相結(jié)合，在對金屬切削加工、 金屬切削機床、機械設計與理論及液壓與氣動傳動等相關知識充分掌握后，分析鉆削加 工的特點，設計多工位加工的多軸鉆床，經(jīng)反復對各方案對比分析，采用以專用機床與 專用夾具為主組成生產(chǎn)流水線，提高機械加工效率以節(jié)省勞動時間。通過實驗分析多軸 加工的特點，改進專用機床的結(jié)構(gòu)設計，并采用動作迅速并安全可靠的機構(gòu)。 金

24、屬切削加工過程中的機床工作臺驅(qū)動、工件夾緊等方面的相關數(shù)據(jù)，結(jié)合液壓與 氣動傳動的相關理論知識，完成液壓傳動方案分析及液壓原理圖的擬定，設計液壓專用 夾具的驅(qū)動、夾緊裝置，并進行主要液壓元件的設計與選擇及傳動系統(tǒng)的驗算校核等， 來達到產(chǎn)品的最優(yōu)化設計。 針對實際使用過程中存在的金屬加工工藝文件編制、工件夾緊及工藝參數(shù)確定及計 算問題，綜合所學的機械理論設計與方法、機械加工工藝文件編制及實施等方面的知識， 設計出一套適合于實際的零件加工工藝路線，從而實現(xiàn)適合于現(xiàn)代加工制造業(yè)、夾緊裝 置的優(yōu)化設計。 適用某廠的復合工位專用加工生產(chǎn)線的優(yōu)化設計，根據(jù)加工對象的具體工藝要求來 合理地改進多軸鉆床的結(jié)構(gòu)

25、形式，力求在不影響加工的前提下最大限度的提高機械加工 效率以節(jié)省勞動時間，并降低工人的勞動強度和企業(yè)的生產(chǎn)成本。 基于多軸加工的普通鉆床改造 5 2 單工位鉆床改為多工位鉆床單工位鉆床改為多工位鉆床 2.1 設計任務設計任務 在一批鑄鐵連接件上，其同一個表面上有多個孔需要進行加工。在普通立式鉆床上 進行孔系的加工，通常是一個孔一個孔的鉆削，生產(chǎn)效率低，用非標設備，即組合機床 加工，生產(chǎn)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。設計程序介紹如下： 2.2 普通立式鉆床的選型普通立式鉆床的選型 2.2.1 計

26、算所需電機功率計算所需電機功率 待加工的零件圖如圖 2.1 所示： 圖 2.1 為工件零件圖，其技術要求和生產(chǎn)批量如下： 材料：鑄鐵 HT200；料厚：40mm；硬度：HBS170-240HBS； 年產(chǎn)量：1000 萬件；4-6.7 尺寸精度 IT13。 確定四個孔同時加工時所需的軸向力，根據(jù)機械加工工藝手冊表 2.3 可知： 式 2-1 FF F ZY X F VfdCF 0 圖 2.1 待加工零 件 無錫太湖學院學士學位論文 6 式中： -切削力系數(shù)，查表得：738.7/457.1=1.62； F C -麻花鉆鉆頭直徑，單位為 mm，根據(jù)已知條件為 7mm； 0 d -背吃刀量影響指數(shù)，查

27、表得：0.667/0.716=0.93； F X -進給量,單位為 mm/r，計算得：0.14mm；f -進給量影響指數(shù)，查表得：1.233/1.231=1； F Y -切削速度，單位為 m/min，查表得：8.3m/min；V -切削速度影響指數(shù)，查表得：0.248/0.258=0.96； F Z 則 =1.055N 0.9310.96 0.141.62 78.3F 所需電機功率： kW8765 . 0 83 . 0 055 . 1 FVP 2.2.2 立式鉆床的確定立式鉆床的確定 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 2-1 所示： 表 2-1 Z52

28、5 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(zhuǎn)力矩(Nm)245.25 主軸進給力(N)8829 主軸速(r/mm 轉(zhuǎn))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(mm2)500375 主電動機功率(kw)2.8 基于多軸加工的普通鉆床改造 7 3 主傳動齒輪傳動箱的設計主傳動齒輪傳動箱的設計 3.1 設計前

29、的準備設計前的準備 （1）大致了解工件上被加工孔為 4 個 7 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(zhì)合金錐柄麻花鉆（GB10946-89）。 （2）切削用量的確定 根據(jù)金屬切削加工手冊表 27 可知： 切削速度m/min,進給量mm/r21 c V07 . 0 f 則切削轉(zhuǎn)速 r/min998 7 . 614 . 3 2110001000 d V ns 根據(jù) Z525 機床說明書，取r/min960 s n 故實際切削速度為： m/min 2 . 20 1000 9607 . 614. 3 1000 w c dn

30、V （3）確定加工時的單件工時 一般為 5-10mm，取 10mm 切入 L mm 2 . 108 3 7 . 6 83 3 1 dL切出 mm40 加工 L 加工一個孔所需時間： 1 40.2 0.598min 960 0.07 m w LLL t n f 切入切出 加工 單件時工時： 1 44 0.5982.392min m ttm 3.2 傳動系統(tǒng)的設計與計算傳動系統(tǒng)的設計與計算 根據(jù)零件的技術要求及結(jié)構(gòu)特點，主傳動的傳動方式選定為齒輪傳動，齒輪結(jié)構(gòu) 的布局初定為外嚙合。 （1）齒輪分布方案確定： 根據(jù)零件圖的分析，多軸箱齒輪分布初定有以下兩種形式，分別如圖 3.1 和圖 3.2 所示。

31、 根據(jù)通常采用的經(jīng)濟而又有效的傳動是：用一根傳動軸帶支多根主軸。因此，本 設計中采用了圖 3.2 所示的齒輪分布方案。 （2）明確主動軸、工作軸和惰輪軸的旋轉(zhuǎn)方向，并計算或選定其軸徑大小。 無錫太湖學院學士學位論文 8 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 3-1 確定工作軸直徑,其由機械設計表 8/97 可得: 表 3-1 加工孔徑與工作軸直徑對應表（mm） 因為加工孔徑為 7mm，所以工作軸直徑選 15mm。 主動軸和惰輪軸的直徑在以后的軸設計中確定。 排出齒輪傳動的層次，設計各個齒輪。 本設計的齒輪傳動為單層次的齒輪外嚙合傳動，傳動

32、分布圖如圖 3.2 所示。 在設計各個齒輪前首先明確已知條件：電機輸入功率kW,齒輪轉(zhuǎn)速8 . 2 1 P r/min, 齒輪轉(zhuǎn)速r/min，假設齒輪、的傳動比均為1360 1 n960 3 n i=0.84，即齒輪比 u=1.2，工作壽命 15 年（每年工作 300 天） ，兩班制。 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選擇齒輪材料為 40Cr（調(diào)質(zhì)） ，硬度為 280HBS，齒輪材料 為 45（調(diào)質(zhì)） ，硬度為 240HBS，齒輪材料為 45（常化）

33、，硬度 210HBS; 選齒輪齒數(shù)，齒輪齒數(shù)，取。24 1 Z 8 . 282 . 124 12 uZZ29 2 Z 按齒面接觸強度設計，由設計計算公式進行試算： 3 2 1 1 1 32 . 2 H E d t t Z u uTK d 加工孔徑1212161620 工作軸直徑152025 圖 3.1 齒輪布置方案一圖 3.2 齒輪布置方案二 基于多軸加工的普通鉆床改造 9 確定公式內(nèi)的各計算數(shù)值 1)試選載荷系數(shù)；3 . 1 t K 2)計算齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩： Nmm 45 11 5 1 10966 . 1 1360/8 . 210 5 . 95/10 5 . 95nPT 3)由表 10-7文

34、獻 4選取齒寬系數(shù)： =0.5 d 4)由表 10-6文獻 4 查得材料的彈性影響系數(shù)： MPa 8 . 189 E Z 5)由表 10-21d文獻 4 按齒面硬度查得齒輪的接觸疲勞強度極限： MPa600 1lim H 齒輪的接觸疲勞強度極限： MPa550 2lim H 6)由表 10-13文獻 4 計算應力循環(huán)次數(shù)： 9 11 10875 . 5 1530082113606060 h jLnN 99 2 10896 . 4 2 . 1/10875 . 5 N 7)由表 10-19文獻 4 查得接觸疲勞壽命系數(shù)，；90 . 0 1 HN K95 . 0 2 HN K 8)計算接觸疲勞許用應

35、力: 取失效概率為 1%，安全系數(shù)，由式(10-12) 文獻 4 得：1S MPa540 1 6009 . 0 1lim1lim 1 S K HH H MPa5 .522 1 55095 . 0 2lim2 2 S K HHN H 計算 1)試算小齒輪分度圓直徑，代入中較小的值: t d1 H 2 4 3 2 1 1 5 . 522 8 . 189 2 . 1 2 . 2 1 10966 . 1 3 . 1 32 . 2 1 32 . 2 H E d t t Z u uTK d mm649.53 2)計算圓周速度 V: m/s81 . 3 100060 1360649.5314 . 3 100

36、060 11 nd V t 3)計算齒b mm82.26649.535 . 0 Hd db 無錫太湖學院學士學位論文 10 4)計算齒寬與齒高之比hb/ 模數(shù)： mm235 . 2 24/649.53/ 11 zdm tt 齒高： mm029 . 5 235 . 2 25 . 2 25 . 2 t mh 3 . 5029 . 5 /649.53/hb 5)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；mm/N100/bFK ta 2 . 1 FH KK 由表 10-2文獻 4 查得使用系數(shù)

37、；1 A K 由表 10-4文獻 4 查得 7 級精度齒輪相對支承非對稱布置時， bK ddH 3 22 1023 . 0 6 . 0118 . 0 12 . 1 將數(shù)據(jù)代入后得： ; 182 . 1 649.531023 . 0 116 . 0118 . 0 12 . 1 322 H K 由,查圖 10-13文獻 4得，；182 . 1 , 3 . 5/ H Khb15 . 1 F K 故載荷系數(shù)： 574 . 1 182 . 1 2 . 111 . 1 1 HHVA KKKKK 6)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， =53.649=57.18mm

38、t dd 11 3 / KtK 3 3 . 1/574 . 1 7)計算模數(shù) m m= =57.18/24=2.4mm 11/Z d 圓整為 m=2.5mm 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 m3 2 1 1 2 F SaFa d YY z kT 確定公式內(nèi)的各計算數(shù)值 由圖 10-20文獻 4 查得齒輪的彎曲疲勞極限=500Mpa； 1FE 齒輪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);88 . 0 ,85 . 0 21 FNFN KK 基于多軸加工的普通鉆床改造 11 3)計算彎曲疲勞許用應力 取彎曲疲

39、勞安全系數(shù) S=1.4,由式（10-12）文獻 4 得： =303.57Mpa 1 F S K FEFN11 4 . 1 50085 . 0 =238.86MPa 2 F S K FEFN22 4 . 1 38088 . 0 4)計算載荷系數(shù) 532 . 1 15 . 1 2 . 111 . 1 1 FFVA KKKKK 5) 查取齒形系數(shù) 由表 10-5文獻 4 查得53 . 2 ,65 . 2 21 FaFa YY 6)查取應力校正系數(shù) 由表 10-5文獻 4 查得62 . 1 ,58 . 1 21 sasa YY 7）計算齒輪、的并加以比較 F SaFaY Y =0.01379 1 11

40、 F SaFaY Y 57.303 58 . 1 65 . 2 =0.01716 2 22 F SaFa YY 86.238 62 . 1 53 . 2 齒輪的數(shù)值大。 設計計算 mmm 3 2 4 01716 . 0 245 . 0 10966 . 1 532 . 1 2 5 . 1 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) 1.5。在零件圖中可知，主動軸與惰輪軸的中心距為 51mm，即

41、齒輪 、完全嚙合的中心距，得： m()=51 2 21 ZZ 1.5 ()=51 2 2 . 1 11 ZZ =31, =37 1 Z 2 Z 惰輪軸與工作軸的中心距為 61.5mm，即齒輪與齒輪完全嚙合時中心距，即 無錫太湖學院學士學位論文 12 m()=61.5 2 32 ZZ 1.5 ()=61.5 2 37 3 Z =45 3 Z 幾何尺寸計算 計算分度圓直徑： =m=31 1.5=46.5mm 1 d 1 Z =m=37 1.5=55.5mm 2 d 2 Z =m=45 1.5=67.5mm 3 d 3 Z 計算中心距 a=51mm,a=61.5mm 計算齒輪齒寬 mm75.33 5

42、 . 675 . 0 1 db d 取mm25,mm30,mm35 323 BBB 驗算 Ft=819.2N 1 1 2 d T 0 . 48 10966 . 1 2 4 =35.66N/mmS=1.5 22 SS SS 22 6 . 351 . 7 6 . 351 . 7 故安全。 截面 E 右側(cè)面校核： 抗彎截面系數(shù) W 為： W=0.1d3=0.1x203=800mm 抗扭截面系數(shù) WT 為： WT=0.2d3=0.2x203=1600mm 彎矩 M 及彎曲應力為: M=39300 x=35496.8Nm 5 . 77 5 . 7 5 . 77 =44.4Mpa b W M 800 8

43、. 35496 扭矩 T3 及扭轉(zhuǎn)應力為：T3=19700Nm T =12.3Mpa T T W T3 1600 19700 基于多軸加工的普通鉆床改造 17 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(jīng)插值后可查得:a,a d r 20 0 . 1 d D 20 25 33 . 2 66 . 1 又由附圖 3-1文獻 4可得軸肩材料的敏性系數(shù)為：q，q75 . 0 81 . 0 故有效應力集中系數(shù)按式（附 3-4）文獻 4 為： k2133 . 2 75 . 0 111 aq k53 . 1 166 . 1 81 . 0

44、111 aq 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(zhuǎn)尺寸系數(shù)97 . 0 軸按磨削加工，由附圖 3-4文獻 4 得表面質(zhì)量系數(shù)為=0.92 軸未經(jīng)表面強化處理，即，則按式（3-12）及（3-12）文獻 4 ，得綜合系1 q 數(shù)值為： =-1=+=2.09 K 1 1 2 1 92 . 0 1 =+-1=+=1.67 K 1 97 . 0 53 . 1 1 92 . 0 1 計算安全系數(shù)： =2.96 S ma K 1 01 . 0 4 . 4409 . 2 275 =14.7 S ma K 1 2 3 . 12 05 . 0 2 3 . 12 67 . 1 155

45、 Sca=2.9S=1.5 22 SS SS 22 7 . 1496 . 2 7 . 1496. 2 故該軸在截面右側(cè)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 P C n Lh 60 106 式中：)(hLh額定壽命 無錫太湖學院學士學位論文 18 min)/(rn轉(zhuǎn)速 ，表 3.8-50文獻 6)(nC額定動載荷 動載荷P 3 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=472.8

46、N 表 3.8-50文獻 6 P=0.41Fr+0.87Pa=0.41 472.8+0.87=193.8Pa =30000h(表 13-3) 文獻 6hLh641098 8 . 193 14500 136060 10 3 6 h L 軸承安全。 (2)惰軸的設計 軸材料的選擇 表 15-3文獻 4 軸材料選用 45 鋼，調(diào)質(zhì)處理。 軸徑的確定 根據(jù)公式 d(15-2) 文獻 4 0 A 3 n P =110，取 d=20mm 8 . 14 84 . 0 1360 %998 . 2 3 軸的結(jié)構(gòu)設計： 根據(jù)多軸箱結(jié)構(gòu)可以初步擬定惰輪軸結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)如圖 4.4 所示。 選擇滾動軸承 因為軸承同時受

47、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。 圖 4.4 惰輪軸結(jié)構(gòu)簡圖 基于多軸加工的普通鉆床改造 19 鍵的確定 因為齒輪寬為 30mm,所以選用 6 6 18 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 2 450,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，如圖 4.5 所示。 軸上扭轉(zhuǎn)力矩為 M=9549=9549=23.2Nm n P 84 . 0 1360 %998 . 2 圓周力為 Py=2320N d M2 3 1020

48、 2 . 232 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(nèi)的 圖 4.5 惰輪軸受力簡圖 圖 4.6 惰輪軸的載荷分析圖 無錫太湖學院學士學位論文 20 彎矩 Mz 圖，如圖 4.6 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=23.2Nm M=32.8Nm 22 zy MM 22 2 . 32 4 . 15 按第三強度理論進行強度校核: 公式 W 1 22 TM W 為軸的抗彎截面系數(shù)，W=-(表 15-4) 文獻 4 32 3 d d td

49、bt 2 2 W=785-81=704 202 22026 32 2014 . 3 2 3 = W 1 22 TM 2 3 2 3 10 2 . 2310 8 . 32 704 1 =70MpaS=1.5 22 SS SS 22 8 . 18 . 6 8 . 18 . 6 故安全。 截面 E 右側(cè)面校核： 抗彎截面系數(shù) W 為： W=0.1d=0.1x15=337.5mm 抗扭截面系數(shù) WT 為： WT=0.2d=0.2x15=675mm 彎矩 M 及彎曲應力為: M=32800=22707.7Nm 39 1239 =67.3Mpa b W M 5 . 337 7 . 22707 扭矩及扭轉(zhuǎn)應

50、力為：=23200Nmm 3 T T 3 T =34.4Mpa T T W T3 675 23200 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(jīng)插值后可查得:a,a d r 15 0 . 1 d D 15 20 12 . 2 60 . 1 又由附圖 3-1文獻 8可得軸提材料的敏性系數(shù)為：q,q75 . 0 81 . 0 故有效應力集中系數(shù)按式（附 3-4）文獻 4 為： 無錫太湖學院學士學位論文 22 k84 . 1 112 . 2 75 . 0 111 aq k49. 1160 . 1 81. 0111 aq 由附圖

51、3-2文獻 4 得尺寸系數(shù)1 由附圖 3-3文獻 4 得扭轉(zhuǎn)尺寸系數(shù)0 . 1 軸按磨削加工，由附圖 3-4文獻 4 得表面質(zhì)量系數(shù)為=0.92 軸未經(jīng)表面強化處理，即，則按式（3-12）及（3-12）文獻 4 ，得綜合系1 q 數(shù)值為： K =-1=+=1.93 1 1 84. 1 1 92 . 0 1 K =+-1=+=1.58 1 1 49. 1 1 92 . 0 1 計算安全系數(shù)： S =2.12 ma K 1 01 . 0 3 . 6793. 1 275 S =5.53 ma K 1 2 4 . 34 05 . 0 2 4 . 34 58 . 1 155 Sca=1.99S=1.5

52、22 SS SS 22 53 . 5 12 . 2 53 . 5 12 . 2 故該軸在截面右側(cè)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=556.8N P=0.41Fr+0.87Pa=0.41 556.8+0.87Pa=229.16Pa 7002c 向心球軸承校核 =30000h(表 13-3) 文獻 6hLh348604 3 . 228 6600 84 . 0 136060 10 3 6 h L 軸承安全。 （3）工作軸的設計 軸材料的選擇 表 15-3文獻

53、 4 軸材料選用 45 鋼，調(diào)質(zhì)處理。 基于多軸加工的普通鉆床改造 23 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。 軸的結(jié)構(gòu)設計： 根據(jù)工作軸的受力需要，初步擬定其結(jié)構(gòu)如圖 4.7 所示。 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 5 5 20 平鍵，表 6-1文獻 4 軸上圓角和倒角尺寸 參考表 15

54、-2文獻 4 ，取軸端倒角 2 450,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，如圖 4.8 所示。 圖 4.7 工作軸結(jié)構(gòu)簡圖 圖 4.8 工作軸受力簡圖 無錫太湖學院學士學位論文 24 軸上扭轉(zhuǎn)力矩為 M=9549 =9549=27.3Nm 960 %99%998 . 2 圓周力為 Py=3640N d M2 3 1015 3 . 272 徑向力為 Pz=0.48 Py=0.48 3640=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(nèi)的 彎矩 Mz 圖，如圖 4.9 所示。從圖中可知，截面 E 為危險截面，在截

55、面 E 上，扭矩 T 和合成彎矩 M 分別為 T=27.3Nm M=54.6Nm 22 zy MM 22 2 . 49 7 . 23 按第三強度理論進行強度校核文獻 5: 公式 W 1 22 TM W 為軸的抗彎截面系數(shù)，W=-(表 15-4) 文獻 4 32 3 d d tdbt 2 2 W=331.2-56.3=274.9 152 21525 32 1514 . 3 2 3 = W 1 22 TM 2 3 2 3 10 3 . 2710 6 . 54 9 . 274 1 =222MpaS=1.5 22 SS SS 22 48. 485 . 1 48 . 4 85 . 1 故安全。 截面 E

56、 左側(cè)面校核： 抗彎截面系數(shù) W 為： W=0.1d=0.1 15=337.5mm 抗扭截面系數(shù) WT 為： WT=0.2d=0.2 15=675mm 彎矩 M 及彎曲應力為:M=54600Nmm =161.8Mpa b W M 5 . 337 54600 扭矩及扭轉(zhuǎn)應力為：=27300Nmm 3 T T 3 T =40.4Mpa T T W T3 675 27300 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)88 . 0 由附圖 3-3文獻 4 得扭轉(zhuǎn)尺寸1 軸按磨削加工，由附圖 3-4文獻 4 得表面質(zhì)量系數(shù)

57、為=0.92 軸未經(jīng)表面強化處理，即，則按式（3-12）及（3-12）文獻 4 ，得綜合系1 q 數(shù)值為： =-1=0+=0.09 K 1 1 92 . 0 1 =+-1=+=1.63 K 1 1 54. 1 1 92 . 0 1 計算安全系數(shù)： =18.89 S ma K 1 01 . 0 8 . 16109 . 0 275 =4.57 S ma K 1 2 4 . 40 05 . 0 2 4 . 40 63 . 1 155 Sca=4.4S=1.5 22 SS SS 22 57 . 4 89.18 57 . 4 89.18 基于多軸加工的普通鉆床改造 27 故該軸在截面右側(cè)面是安全的，又因

58、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。 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=0.41 877.25+0.87 4.091=363.2N =30000h(表 13-3) 文獻 6hLh883839 2 . 363 6250 96060 10 3 6 h L 軸承安全。 8102 推力球軸承校核 P=Fa (表 3.8-54)文

59、獻 4 P=4.091N =30000h(表 13-3) 文獻 6 3 6 091 . 4 10500 96060 10 h L h L 軸承安全。 無錫太湖學院學士學位論文 28 5 導向裝置的設計導向裝置的設計 5.1 導向裝置組成導向裝置組成 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。 5.2 導向裝置選擇與設計導向裝置選擇與設計 選擇彈簧 考慮到導向裝置一方面對麻花鉆進行導向，另一方面還需要對所加工工件進行夾 緊，它兼有鉆模板的作用，并且為了避免加工中對鉆頭的影響，因此采用了柔性壓板， 設計中采用四根彈簧支撐整個多軸箱，為

60、了確定彈簧的參數(shù)，現(xiàn)粗略估算多軸箱重量。 NG 9 . 4978 . 9105058200240108 . 9 93 每根彈簧負荷：F=124.5N 選圓柱螺旋壓縮彈簧(表 12) 文獻 7 ，彈簧各參數(shù)如下： 彈簧中徑,節(jié)距，彈簧絲直徑，工作圈數(shù)mm 0 . 16 2 Dmm640 . 6 tmm8 . 1d ,自由高度。30nmm140 o H 導柱、導套的選擇 導柱材料為直徑 16mm,長 303mm,15 r Gc 導套材料為 20 號鋼。 鉆套的選擇 鉆套用來引導鉆頭、鉸刀等孔加工刀具，增強刀具剛度，并保證被加工孔和工件 其它表面準確的相對位置精度。 根據(jù)鉆套的結(jié)構(gòu)和使用特點，主要有

61、四種類型。 （1）固定鉆套 圖 5.1 所示為固定鉆套的兩種形式，該類鉆套外圓以 H7/n6 或 H7/r6 配合，直接壓 入鉆模板上的鉆套底孔內(nèi)。在使用過程中若不需要更換鉆套（據(jù)經(jīng)驗統(tǒng)計,鉆套一般可 使用 100012000 次） ，則用固定鉆套較為經(jīng)濟，鉆孔的位置精度也較高。 (2）可換鉆套 當生產(chǎn)批量較大，需要更換磨損的鉆套時，則用可換鉆套較為方便，如圖 5.2 所示。 可換鉆套裝在襯套中，襯套是以 H7/n6 或 H7/r6 的配合直接壓入鉆模板的底孔內(nèi)，鉆套 外圓與襯套內(nèi)孔之間常采用 F7/m6 或 F7/k6 配合。 基于多軸加工的普通鉆床改造 29 (3）快換鉆套 當被加工孔需依次進行鉆、擴、鉸時，由于刀具直徑逐漸增大，應使用外徑相同 而內(nèi)徑不同的鉆套來引導刀具，這時使用快換鉆套可減少更換鉆套的時間，如圖 5.3 所 示?？鞊Q鉆套的有關配合與可換鉆套的相同。更換鉆套時，將鉆套的削邊處轉(zhuǎn)至螺釘 處，即可取出鉆套。鉆套的削邊方向應考慮刀具的旋向，以免鉆套隨刀具自行拔出。 (4）特殊鉆套 由于工件形狀或被加工孔位置的特殊性，有時需要設計特殊結(jié)構(gòu)的鉆套，如圖 5.4 所示。在斜面上鉆孔時，應采用圖 5.4a 所示的鉆套，鉆套應盡量接近加工表面，并使 之與加工表面的形狀相吻合。如果鉆套較長，可將鉆套孔上部的直徑加大