組合專機-半精鏜及精鏜氣缸蓋導(dǎo)管孔組合機床設(shè)計（鏜削頭設(shè)計）

組合專機-半精鏜及精鏜氣缸蓋導(dǎo)管孔組合機床設(shè)計（鏜削頭設(shè)計）,組合,專機,半精鏜,精鏜氣,缸蓋,導(dǎo)管,機床,設(shè)計,鏜削頭 1 目錄 目錄 ....................................................................................................................................................................1 1 前 言 ...............................................................................................................................................................2 2 組合機床總體設(shè)計 .........................................................................................................................................3 2.1 工藝方案的擬訂 ......................................................................................................................................3 2.2 切削用量的確定 ......................................................................................................................................3 2.3 組合機床總體設(shè)計—— “三圖一卡” ..................................................................................................7 2.3.1 被加工零件工序圖 ...........................................................................................................................7 2.3.2 加工示意圖 .......................................................................................................................................9 2.3.3 機床聯(lián)系尺寸圖 .............................................................................................................................11 2.3.4 機床生產(chǎn)率計算卡 .........................................................................................................................12 3.1 概述 ........................................................................................................................................................16 3.2 主軸箱的設(shè)計步驟與內(nèi)容 ...................................................................................................................16 3.2.1 繪置主軸箱原始依據(jù)圖 .................................................................................................................16 3.2.2 軸的結(jié)構(gòu)工藝 .................................................................................................................................17 3.2.3 傳動系統(tǒng)的設(shè)計與計算 .................................................................................................................18 3.2.4 主軸的確定及動力計算 .................................................................................................................18 3.2.5 主軸密封裝置的選用 .....................................................................................................................21 3.2.6 主軸的強度校核計算 .....................................................................................................................22 3.2.7 主軸支承軸承的選用 .....................................................................................................................24 3.2.8 主軸箱潤滑系統(tǒng)的設(shè)計 .................................................................................................................26 4 組合機床傳動設(shè)計 .......................................................................................................................................27 4.1 傳動方案擬訂 ........................................................................................................................................27 4.2 同步帶類型的確定 ................................................................................................................................28 4.2.1 同步帶主要參數(shù)設(shè)定 .....................................................................................................................28 4.2.2 同步帶、帶輪的設(shè)計 .....................................................................................................................29 4.2.3 同步帶設(shè)計計算 .............................................................................................................................32 5 設(shè)計小結(jié) .......................................................................................................................................................34 參 考 文 獻 ....................................................................................................................................................35 附 錄 ................................................................................................................................................................36 半精鏜及精鏜氣缸蓋導(dǎo)管孔組合機床設(shè)計(鏜削頭設(shè)計) 2 1 前 言 在機械制造中，對單件或小批量生產(chǎn)的工件，許多工廠采用通用機床加工。由 于通用機床要適應(yīng)被加工零件形狀和尺寸的要求，故機床結(jié)構(gòu)一般比較復(fù)雜。不僅 如此，在實際加工中，由于只能單人單機操作，一道一道工序地完成，所以工人的 勞動強度大、生產(chǎn)率低，工件的加工質(zhì)量也不穩(wěn)定。 針對以上的問題，組合機床便出現(xiàn)并逐步發(fā)展起來。組合機床是根據(jù)加工需要， 以大量通用部件為基礎(chǔ)，配以少量專用部件組成一種高效組合機床。組合機床一般 采用多軸、多刀、多工序、多面或多工位同時加工的方法，生產(chǎn)效率比通用機床高 幾倍至幾十倍。 組合機床一般用于加工箱體類或特殊形式的零件。加工時，工件一般不旋轉(zhuǎn)， 有刀具的旋轉(zhuǎn)運動和刀具與工件的相對進給運動來實現(xiàn)各種加工。組合機床的設(shè)計， 目前基本上有兩種方式：第一，是根據(jù)具體加工對象的特征進行專門設(shè)計，這是當(dāng) 前最普遍也是最實用的做法。第二，隨著組合機床在我國機械行業(yè)的廣泛使用，廣 大工人和技術(shù)人員總結(jié)出生產(chǎn)和使用組合機床的經(jīng)驗，發(fā)現(xiàn)組合機床不僅在其組成 部件方面有共性，可設(shè)計成通用部件，而且一些行業(yè)在完成一定工藝范圍內(nèi)的組合 機床是極其相似的，有可能設(shè)計成通用部件，這種機床稱為“專用組合機床”。這 種組合機床不需要每次按具體對象進行專門設(shè)計和生產(chǎn)，而是設(shè)計成通用品種，組 織成批量生產(chǎn)，然后按被加工零件的具體需要，配以簡單的夾具和刀具，即可組成 加工一定對象的高效率設(shè)備。 為了使組合機床能在中小批量生產(chǎn)中得到應(yīng)用，往往需要應(yīng)用成組技術(shù)，把結(jié) 構(gòu)和工藝相似的零件集中在一臺組合機床上加工，以提高機床的利用率。 該課題是數(shù)控氣缸蓋導(dǎo)管孔組合機床的主軸箱設(shè)計。該課題來源于高精公司。 這次設(shè)計任務(wù)是組合機床主軸箱部分的設(shè)計。主軸箱設(shè)計是該次設(shè)計中一個重要的 傳動部分的設(shè)計。首先，在同組同學(xué)完成對組合機床的總體設(shè)計并繪制出“三圖一 卡”的基礎(chǔ)上，繪制主軸箱設(shè)計的原始依據(jù)圖；接著確定主軸結(jié)構(gòu)；然后根據(jù)被加 工孔的位置，擬定傳動系統(tǒng)。這里應(yīng)注意軸與軸的最小間距應(yīng)符合規(guī)定要求，避免 產(chǎn)生干涉，這一步是主軸箱設(shè)計的核心部分；第四步，計算并校核主軸是否符強度 要求，其中包括對主軸配套軸承的校核；第五步，設(shè)計計算同步帶傳動裝置；最后， 繪制出相應(yīng)的主軸箱圖和同步帶圖以及它們的一些零件圖。 整個畢業(yè)設(shè)計，需要查閱大量的資料作為參考，在設(shè)計過程中必須考慮各個方 面的問題，要從機床的合理性、經(jīng)濟性、工藝性、實用性以及被加工零件的具體要 求出發(fā)，確立合理的設(shè)計方案。要不斷地檢查目標(biāo)的完成情況，這樣才能發(fā)現(xiàn)自己 存在的不足，遇到的問題也要及時請教指導(dǎo)老師，研究堅決的方法，得到進步。最 終在老師的耐心和認(rèn)真負(fù)責(zé)的指導(dǎo)下，順利完成了這個畢業(yè)設(shè)計。 3 2 組合機床總體設(shè)計 2.1 工藝方案的擬訂 工藝方案制定的正確與否是在很大程度上決定了組合機床的結(jié)構(gòu)配置和使用性 能。因此，應(yīng)根據(jù)工件的形狀和加工要求的特點，按一定的原則，結(jié)合組合機床常 用的工藝方法，充分考慮到各種因素，并經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟分析后擬訂出先進，合理、經(jīng) 濟、可靠的工藝方案。選擇工藝基面和定位方式是制定工藝方案的關(guān)鍵所在。 確定組合機床工藝方案的基本原則： a.粗精加工分開原則： 粗加工時的切削負(fù)荷較大，切削產(chǎn)生的熱變形、較大佳壓力引起的工件變形以 及切削振動等，對精加工十分不利，影響加工尺寸精度和表面粗糙度。因此，在擬 訂工件一個連續(xù)的多工藝過程時，應(yīng)選擇粗精加工分開的原則。 b.工序集中原則： 適當(dāng)考慮相同類型工序的集中，在條件允許時，把相同的工序集中在儀態(tài)機床 或同一工位上進行加工能簡化循環(huán)和結(jié)構(gòu)；有相對位置要求的工序集中，加工對于 相互間有嚴(yán)格的位置精度的孔的精加工應(yīng)集中在一臺機床上一次安裝下完成，并且 孔的粗精加工最好集中在一臺機床上完成，這樣可以使精加工余量分布均勻，更利 于保證加工精度。 2.2 切削用量的確定 進給量按復(fù)合刀具中最小直徑的單個刀具選擇。在選擇進給量時， 除了考慮 被加工工件要求的表面粗糙度外， 還應(yīng)考慮直徑最小或切削深度最大的那把單個 刀具的強度。切削速度按復(fù)合刀具中最大直徑的單個刀具選擇?？砂吹毒哳A(yù)定的耐 用度選取或計算。切削用量的選擇要保證最高精度孔或外圓的精度以及表面粗糙度 的要求，并考慮各單個刀具的特點。 合理地選擇切削用量，即確定合理的切削速度和工作進給量，能使組合機床以 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、省地進行生產(chǎn)。 查文獻資料[6]得： 表 2-1 孔加工常用工序間余量 加工工序 加工孔徑 直徑上工序間余量 鉸孔 10- 20?0.10-0.20 半精鏜及精鏜氣缸蓋導(dǎo)管孔組合機床設(shè)計(鏜削頭設(shè)計) 4 半精鏜 10- 20?0.07-0.12 精鏜 30- 130 0.25-0.40 半精加工：閥座孔 ，導(dǎo)管孔 ；0.4pam?0.1pam? 精加工：閥座孔 ，導(dǎo)管孔 ；1 查文獻資料[6]得： 表 2-2 鏜孔切削用量 鑄鐵 工序 刀具材料 (/min)V(/)fr 半精鏜 硬質(zhì)合金 50-70 0.15-0.45 精鏜 硬質(zhì)合金 70-90 0.12-0.15 為了便于數(shù)據(jù)的統(tǒng)一，半精加工和精加工中 均取 。f0.15/r 切削速度的計算： 粗加工： A.半精加工(排氣) a.槍鉸 導(dǎo)管孔14.8m? 根據(jù)以上的查表，選擇 ， 。0.15/fmr?150/innr? 由 （2-1）CdnV? —切削速度，單位為 。CV/i =3.14×14.8×1500/1000=69.7 /in b.鏜 閥座孔47.8m? 根據(jù)以上的查表，選擇 ，0.15/fmr?46/ir? 由 CdnV? —切削速度，單位為 m/min。CV =3.14×47.8×466/1000=70 /in B.半精加工(進氣) a.槍鉸 導(dǎo)管孔14.8m? 根據(jù)以上的查表，選擇 ，0.15/fmr?150/inr? 由 CdnV? —切削速度，單位為 。CV/i =3.14×14.8×1500/1000=69.7 /in b.鏜 閥座孔4.8m? 5 根據(jù)以上的查表，選擇 ，0.15/fmr?46/inr? 由 CdnV? —切削速度，單位為 。CV/i =3.14×44.8×466/1000=65.6 /in C.精加工(排氣) a.槍鉸 導(dǎo)管孔15m? 根據(jù)以上的查表，選擇 ，0.15/fmr?150/inr? 由 CdnV? —切削速度，單位為 。CV/i =3.14×15×1500/1000=70.7 /in b.鏜 閥座孔48m? 根據(jù)以上的查表，選擇 ，0.15/fmr?46/inr? 由 CdnV? —切削速度，單位為 。CV/i =3.14×48×1500/1000=70.2 /in D.精加工(進氣) a.槍鉸 導(dǎo)管孔15m? 根據(jù)以上的查表，選擇 ，0.15/fmr?150/inr? 由 CdnV? —切削速度，單位為 。CV/i =3.14×15×1500/1000=70.7 /in b.鏜 閥座孔45m? 根據(jù)以上的查表，選擇 ，0.15/fmr?46/inr? 由 CdnV? —切削速度，單位為 。CV/i =3.14×45×466/1000=65.8 /i 計算切削力、切削扭矩及切削功率： 根據(jù)選定的切削用量（主要指切削速度及進給量 ） ，確定進給力，作為選擇f 動力滑臺及設(shè)計夾具的依據(jù)；確定切削轉(zhuǎn)矩，用以確定主軸及其傳動部件的尺寸； 確定切削功率，用作選擇主傳動電機（一般指動力箱電機）功率。 根據(jù)[6] 表 6-20 組合機床切削用量計算圖中推薦的切削力、轉(zhuǎn)矩及功率134P 公式查出采用硬質(zhì)合金刀具鏜孔的切削力 、切削轉(zhuǎn)矩 和功率()FN(.)TNm （缸體材料為灰鑄鐵）的計算公式如下：()Kw 切削力 （2-0.75..zpFafHB? 2） 半精鏜及精鏜氣缸蓋導(dǎo)管孔組合機床設(shè)計(鏜削頭設(shè)計) 6 （2-20.651..xpFafHB? 3） 轉(zhuǎn)矩 （2-40.75..pTDf ） 功率 （2-5612zVP? ） 公式中： —切削速度（ ） ； —進給量（ ） ； —切削深度/minf/mrpa （ ） ；m —加工直徑（ ） ； —圓周力（N） ； —軸向切削力（N） ；DZFXF —布氏硬度： ； （2-HBmaxaxmin1()3BHB?? 6） 在本設(shè)計中， ， ，代入公式（2-6）得 。max25in5020HBS? 半精加工：（排氣） 槍鉸導(dǎo)管孔： ； ；.83ZFN?.176XF? ； ；169T3PKw 鏜閥座孔： ； ；.2.8 ； ；0 半精加工：（進氣） 槍鉸導(dǎo)管孔： ； ；.83ZFN?.176XF? ； ；169Tm3PKw 鏜閥座孔： ； ；.2.8 ； ；04509 精加工：（排氣） 槍鉸導(dǎo)管孔： ； ；.83ZFN?.176XF? ； ； 172Tm3PKw 鏜閥座孔： ； ；.. ； ；5490 精加工：（進氣） 槍鉸導(dǎo)管孔: ； ；2.83ZFN?.176XF? ； ；17Tm3PKw 鏜閥座孔： ； ；.9. ； ；50 動力部件工作循環(huán)及行程的確定： a.工作進給長度 的確定工L 工作進給長度 應(yīng)等于加工部位長度 （多軸加工時應(yīng)按最長孔計算）與刀具工 L 切入長度 和切出長度 之和。即 ，切入長度一般為 ，根1212??工 510m: 7 據(jù)工件端面的誤差情況確定。 鏜孔的切入長度為 ；1L?50m: 鏜孔的切入長度為 。2 排氣孔的工進長度的確定：本設(shè)計中槍鉸導(dǎo)管孔切入長度 取 ，切出長度1L5m 為 ，所以 ；鏜閥座孔切入長度 取 5，切出長度為 0，7m?工 進 =+374 所以 。L?工 進 50 進氣孔的工進長度的確定：本設(shè)計中槍鉸導(dǎo)管孔切入長度 取 ，切出長度1 為 ，所以 ；鏜閥座孔切入長度 取 ，切出1. m?工 進 28.51=L 長度為 0，所以 。工 進 半精加工中和精加工中的進、排氣孔的工進長度相同。 b.快速引進長度的確定 快速引進是指動力部件把刀具送到工作進給位置，其長度按具體情況確定。本 設(shè)計快速引進長度為 。m50 c.快速退回長度的確定 快速退回的長度等于快速引進和工作進給長度之和。由已確定的快速引進和 工作進給長度可知，快速退回長度分別為 。m10 d.動力部件總行程的確定。 本設(shè)計中采用兩數(shù)控機械滑臺的前備量取 ，后備量取 ；總行程為3m490 。490136LL?????總 后 快 前 圖 2-1 動力部件行程圖 2.3 組合機床總體設(shè)計——“三圖一卡” 繪制組合機床“三圖一卡” ，就是針對具體零件，在選定的工藝和結(jié)構(gòu)方案的 基礎(chǔ)上，進行組合機床總體方案圖樣文件設(shè)計。其內(nèi)容包括：繪制被加工零件工序 圖、加工示意圖、機床聯(lián)系尺寸總圖和編制生產(chǎn)率計算卡。 2.3.1 被加工零件工序圖 被加工零件工序圖是根據(jù)制定的工藝方案，表示所設(shè)計的組合機床(或自動線) 上完成的工藝內(nèi)容,加工部位的尺寸精度，表面粗糙度及技術(shù)要求，加工用的定位 半精鏜及精鏜氣缸蓋導(dǎo)管孔組合機床設(shè)計(鏜削頭設(shè)計) 8 基準(zhǔn),夾壓部件以及被加工零件的材料，硬度和本機床的前加工余量,毛坯或半成品 情況的圖樣。除了設(shè)計研制合同外，它是組合機床設(shè)計的具體依據(jù)，也是制造、使 用,調(diào)整和檢驗機床精度的重要文件，是在被加工零件圖基礎(chǔ)上，突出本機床的加 工內(nèi)容，并作必要的說明而繪制的。 A.被加工零件工序圖主要內(nèi)容包括： a.被加工零件的形狀和主要輪廓尺寸以及與本工序機床設(shè)計有關(guān)部位結(jié)構(gòu)形狀 和尺寸。 b.本工序所選用的定位基準(zhǔn)、夾壓部位及夾緊方向。 c.本工序加工表面尺寸、精度、表面粗糙度、形位公差等技術(shù)要求以及對上道 工序的技術(shù)要求。 d.注明被加工零件的名稱、編號、材料、硬度以及加工部位的余量。 圖 2-2 半精鏜加工零件工序圖 9 圖 2-3 精鏜加工零件工序圖 B.繪制被加工零件工序圖的規(guī)定及注意事項： a.繪制被加工零件工序圖應(yīng)按一定的比例，繪制足夠的視圖以及剖面；本工序 加工部位用粗實線表示；定位用定位基準(zhǔn)符號表示，并用下標(biāo)數(shù)表明消除自由度符 號；夾緊用夾緊符號表示；輔助支撐用支撐符號表示。 b.繪制被加工零件圖應(yīng)注意本工序加工部位的位置尺寸應(yīng)與定位基準(zhǔn)直接發(fā)生 關(guān)系。 對工件毛坯應(yīng)有要求，對孔的加工余量要認(rèn)真分析。 當(dāng)本工序有特殊要求時必須注明。被加工零件工序圖如圖 2-2、2-3 所示。 名稱及編號:氣缸蓋世無雙 150440081 材料及硬度:HT250 ，150-225HBS 重量：小于 30KGB 圖中符號： ---夾緊位置 --定位基準(zhǔn) 2.3.2 加工示意圖 半精鏜及精鏜氣缸蓋導(dǎo)管孔組合機床設(shè)計(鏜削頭設(shè)計) 10 圖 2-4 半精鏜加工零件示意圖 加工示意圖是在工藝方案和機床總體方案初步確定的基礎(chǔ)上繪制的，是表示被 零件在機床上的加工過程，刀具、輔助的布置狀況以及工件、夾具、刀具等機床各 部件間的相對位置關(guān)系，機床的工作行程及工作循環(huán)等。加工示意圖是繪制機床總 體聯(lián)系尺寸圖的主要依據(jù)；是對機床總體布局和性能的原始要求；也是調(diào)整機床和 刀具所必須的重要技術(shù)文件。加工示意圖是在工藝方案和機床總體方案初步確定的 基礎(chǔ)上繪制的，是表達工藝方案具體內(nèi)容的機床工藝方案圖，它是設(shè)計刀具、輔具、 夾具、多軸箱、電氣系統(tǒng)以及選擇動力部件，繪制機床總體聯(lián)系尺寸圖的主要依據(jù)； 是對機床總體布局和性能的原始要求；也是調(diào)整機床和刀具所必需的重要技術(shù)文件。 加工示意圖應(yīng)表達和標(biāo)注的內(nèi)容有：機床的加工方法，切削用量，聯(lián)系尺寸；主軸 結(jié)構(gòu)類型、尺寸及外伸長度；刀具類型、數(shù)量和結(jié)構(gòu)尺寸(直徑和長度)；接桿(包 括鏜桿)、浮動卡頭、導(dǎo)向裝置等結(jié)構(gòu)尺寸；刀具、導(dǎo)向套之間的配合，刀具、接 桿、主軸之間的連接方式及配合尺寸等。零件加工的工藝方案要通過加工示意圖反 映出來。 11 圖 2-5 精鏜加工零件示意圖 2.3.3 機床聯(lián)系尺寸圖 機床聯(lián)系尺寸圖是以被加工零件工序圖和加工示意圖為依據(jù)，并按初步選定的 主要通用部件以及確定的專用部件的總體結(jié)構(gòu)而繪制的。是用來表示機床的配置型 式和布局。用以檢驗各主要部件相對位置幾尺寸聯(lián)系能否滿足加工要求和通用部件 選擇是否合適；它為多軸箱、夾具等專用部件設(shè)計提供重要依據(jù)；它可以看成是機 床總體外觀簡圖。 機床聯(lián)系尺寸圖表示的內(nèi)容： a.表明機床的配置型式和總布局。 b.完整齊全地反映各部件間的主要裝配關(guān)系和聯(lián)系尺寸、專用部件的主要輪廓 尺寸、運動部件的運動極限位置及各滑臺工作循環(huán)總的工作行程和前后行程備量尺 寸。 c.標(biāo)注主要通用部件的規(guī)格代號和電動機的型號、功率及轉(zhuǎn)速，并標(biāo)注機床分 組編號及組件名稱。 半精鏜及精鏜氣缸蓋導(dǎo)管孔組合機床設(shè)計(鏜削頭設(shè)計) 12 圖 2-6 機床聯(lián)系尺寸圖 2.3.4 機床生產(chǎn)率計算卡 生產(chǎn)率計算卡是反映機床生產(chǎn)節(jié)拍或?qū)嶋H生產(chǎn)率和切削量、動作時間、生產(chǎn)綱 13 領(lǐng)及負(fù)荷率等關(guān)系的技術(shù)文件。它是用戶驗收機床生產(chǎn)效率的重要依據(jù)。 a.理想生產(chǎn)率 Q 理想生產(chǎn)率 Q 是指完成年生產(chǎn)綱領(lǐng) A 所要求的機床生產(chǎn)率。它與全年工時總數(shù) 有關(guān)。根據(jù)文獻資料[6]P51 得：kT （2-6）kT? 公式中：A—年生產(chǎn)綱領(lǐng)（件） ，本課題中為 50000 件； —全年工時總數(shù)，本課題以單班制計算，kt 2350kTh? 則 21.8/kAQht?件 c.實際生產(chǎn)率 1 實際生產(chǎn)率 是指所設(shè)計的機床每小時實際可生產(chǎn)才零件數(shù)量。即公式 （2-7）1AT?單 公式中： —生產(chǎn)一個零件所需時間 T單 (min)2.06inT?單 則 16029./Qh單 件 c.機床負(fù)荷率 ? 機床負(fù)荷率為理想生產(chǎn)率與實際生產(chǎn)率之比。即文獻資料[6]P52 公式[3] （2-8）10.73Q? 當(dāng) 時，機床負(fù)荷率為二者之比。組合機床負(fù)荷率一般為 ，自1Q? 0.75.9: 動線負(fù)荷率為 。對于精密度較高、自動化程度高或多品種組合機床，宜適0.67: 當(dāng)降低負(fù)荷率。 生產(chǎn)率計算卡如表 2-3、2-4 所示 表 2-3 半精加工機床生產(chǎn)率計算卡 半精鏜及精鏜氣缸蓋導(dǎo)管孔組合機床設(shè)計(鏜削頭設(shè)計) 14 圖 號 QGGZT-C1 毛 坯 種 類 鑄 件 名 稱 氣 缸 蓋 毛 坯 重 量 被 加 工 零 件 材 料 HT250 硬 度 150-225HBS 工 序 名 稱 半 精 鏜 氣 缸 蓋 導(dǎo) 管 孔 及 閥 座 孔 工 序 號 Ｑ Ｇ Ｇ Ｚ Ｔ － Ｃ １ － ０ ０ ０ １ ／ ０ ０ ０ ２ 序 號 工 步 名 稱 被 加 工 零 件 數(shù) 量 加 工 直 徑 (mm) 加 工 長 度 (mm) 工 作 行 程 (mm) 切 削 速 度 (mm/ min) 每 分 鐘 轉(zhuǎn) 速 (r/mi n) 進 給 量 (mm/r ) 進 給 速 度 (mm/m in) 工 時 (min) 1 裝 卸 工 件 2 機 加 工 時 間 輔 助 時 間 共 計 2 動 力 部 件 1.5 1.5 滑 臺 快 進 50 5000 0.01 0.01 動 力 箱 工 進 ( 槍 鉸 排 氣 導(dǎo) 管 孔 ) 14.8 33 45 70.7 1500 0.15 225 0.2 ( 槍 鉸 進 氣 導(dǎo) 管 孔 ) 14.8 28.5 45 70.7 1500 0.15 225 0.2 0.2 (鏜 排 氣 閥 座 孔 ) 47.8 10 15 70.2 466 0.15 70 0.21 (鏜 進 氣 閥 座 孔 ) 44.8 10 15 65.8 466 0.15 70 0.21 0.21 滑 臺 快 退 110 5000 0.022 總 計 1.942min 單 件 工 時 1.942min 機 床 生 產(chǎn) 率 29.09件 /h 備 注 裝 卸 工 作 時 間 取 決 于 操 作 者 熟 練 程 度 ,本 機 床 計 算 時 取 1.5min 機 床 負(fù) 荷 率 73% 表 2-4 精加工機床生產(chǎn)率計算卡 15 圖 號 QGGZT-C2 毛 坯 種 類 鑄 件 名 稱 氣 缸 蓋 毛 坯 重 量 被 加 工 零 件 材 料 HT250 硬 度 150-225HBS 工 序 名 稱 精 鏜 氣 缸 蓋 導(dǎo) 管 孔 及 閥 座 孔 工 序 號 Ｑ Ｇ Ｇ Ｚ Ｔ － Ｃ 2－ ０ ０ ０ １ ／ ０ ０ ０ ２ 序 號 工 步 名 稱 被 加 工 零 件 數(shù) 量 加 工 直 徑 (mm) 加 工 長 度 (mm) 工 作 行 程 (mm) 切 削 速 度 (mm/ min) 每 分 鐘 轉(zhuǎn) 速 (r/mi n) 進 給 量 (mm/r ) 進 給 速 度 (mm/m in) 工 時 (min) 1 裝 卸 工 件 2 機 加 工 時 間 輔 助 時 間 共 計 2 動 力 部 件 1.5 1.5 滑 臺 快 進 50 5000 0.01 0.01 動 力 箱 工 進 ( 槍 鉸 排 氣 導(dǎo) 管 孔 ) 15 33 45 69.7 1500 0.15 225 0.2 ( 槍 鉸 進 氣 導(dǎo) 管 孔 ) 15 28.5 45 69.7 1500 0.15 225 0.2 0.2 (鏜 排 氣 閥 座 孔 ) 48 10 15 70 466 0.15 70 0.21 (鏜 進 氣 閥 座 孔 ) 45 10 15 65.6 466 0.15 70 0.21 0.21 滑 臺 快 退 110 5000 0.022 總 計 1.942min 單 件 工 時 1.942min 機 床 生 產(chǎn) 率 29.09件 /h 備 注 裝 卸 工 作 時 間 取 決 于 操 作 者 熟 練 程 度 ,本 機 床 計 算 時 取 1.5min 機 床 負(fù) 荷 率 73% 半精鏜及精鏜氣缸蓋導(dǎo)管孔組合機床設(shè)計(鏜削頭設(shè)計) 16 3 組合機床主軸箱設(shè)計 3.1 概述 主軸箱是組合機床的重要部件之一，它關(guān)系到整臺組合機床質(zhì)量的好壞。主軸 箱是根據(jù)加工示意圖所確定的工件加工孔的數(shù)量和位置、切削用量和主軸類型設(shè)計 的傳遞各主軸運動的動力部件。其動力來自通用的動力箱，與動力箱一起安裝在進 給滑臺，可完成鉆、鉸、擴、鏜等加工工序。 組合機床的設(shè)計，目前最普遍采用的方式是根據(jù)具體加工對象的特征進行專門 設(shè)計，這是當(dāng)前最實用的做法。 3.2 主軸箱的設(shè)計步驟與內(nèi)容 本人的設(shè)計任務(wù)是氣缸蓋專用鏜孔組合機床主軸箱部分的設(shè)計。設(shè)計的依據(jù)是 “三圖一卡” 。 主軸箱箱體材料：HT200 鑄件須經(jīng)過人工時效，鑄件不得砂眼、氣孔、裂紋、縮松等情況。人工時效要 在粗加工后進行。 3.2.1 繪置主軸箱原始依據(jù)圖 主軸箱設(shè)計原始依據(jù)圖就是根據(jù)“三圖一卡”整編繪出主軸箱設(shè)計的原始要求 和已知條件。 在設(shè)計此圖時，從“三圖一卡”中已知： a.兩孔的位置關(guān)系尺寸。 b.工件放置在主軸箱對面氣缸蓋被加工孔 1 中心線與主軸箱中心線重合。 c.主軸孔高度為 100 毫米。 d.箱體輪廓尺寸：寬×高為 300×250 毫米。 根據(jù)這些數(shù)據(jù)，可編制出主軸箱設(shè)計原始依據(jù)圖如圖 3-1 和附表 3-1 所示。 17 1） 2） 圖 3-1 原始依據(jù)圖 1、2—主軸孔 3、4—主軸孔 圖中雙點劃線為被加工零件輪廓。 表 3-1 主軸外伸尺寸及切削用 軸 號 工序 內(nèi)容 加工孔直徑 ?()m主軸直徑 ()d主軸外伸尺 寸L()m V(/in)(/mi)r 鏜桿直 徑( 半精 鏜 14.8H?60-80 30 69.7 1500 80 1 半精 鏜 7.60-80 30 70 466 80 半精 鏜 14.8?60-80 30 69.7 1500 80 2 半精 鏜 .H60-80 30 65.6 466 80 精鏜 0.215??60-80 30 70.7 1500 80 3 精鏜 .304860-80 30 70.2 466 80 精鏜 .215?60-80 30 70.7 1500 80 4 精鏜 0.3?60-80 30 70.2 466 80 3.2.2 軸的結(jié)構(gòu)工藝 為了主軸的結(jié)構(gòu)便于加工、裝配、拆卸、測量和維修等，使其生產(chǎn)率高、成本 低，所以應(yīng)盡量使主軸的結(jié)構(gòu)簡單，工藝性好，軸的直徑變化應(yīng)盡量少，應(yīng)盡量限 制軸的最大直徑及各軸段間的直徑差。這樣既能簡化軸的結(jié)構(gòu)、節(jié)省材料，又可減 少切削量。 各軸段的軸端應(yīng)制成 45 度的倒角；為便于拆卸軸承，其定位軸肩應(yīng)低于軸承 內(nèi)圈高度。如果軸肩高度無法降低，則應(yīng)在軸上開槽；需要切制螺紋的軸段應(yīng)留有 螺紋退刀槽，需要磨削加工的軸段應(yīng)留有砂輪越程槽。 半精鏜及精鏜氣缸蓋導(dǎo)管孔組合機床設(shè)計(鏜削頭設(shè)計) 18 3.2.3 傳動系統(tǒng)的設(shè)計與計算 主軸箱的傳動系統(tǒng)設(shè)計，就是通過一定的傳動鏈把驅(qū)動軸傳來的動力和轉(zhuǎn)速要 求分配到各主軸。傳動設(shè)計的好壞，將直接影響到主軸箱的質(zhì)量，通用化程度、設(shè) 計和制造工作量的大小以及成本的高低。因此，應(yīng)十分重視這一設(shè)計環(huán)節(jié)，對各種 傳動方案要充分討論，分析比較，從中選出最佳方案。 此主軸箱傳動系統(tǒng)的設(shè)計比較的復(fù)雜，在第 4 部分我作了詳細的敘述，即鏜削 頭的傳動方式的設(shè)計計算。 3.2.4 主軸的確定及動力計算 A.主軸材料的選擇 材料：合金鋼 牌號： 40rC 熱處理：調(diào)質(zhì) 毛坯直徑：小于 1m 抗拉強度極限：725 Mpa 屈服強度極限：540 彎曲疲勞極限：355 剪切疲勞強度：200 許用彎曲應(yīng)力：70 pa 適用場合：用于載荷較大且無很大沖擊的重要軸。 B.軸的設(shè)計計算 軸的最小直徑估算 由材料力學(xué)可知，軸的扭轉(zhuǎn)強度條件為： （3-1）?? 639.5102t trpTnWd?????: 公式中： —軸的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力（ ）t Ma T—軸傳遞的轉(zhuǎn)矩（ ）.Nm P—軸傳遞的功率（ ）Kw n—軸的轉(zhuǎn)速（ ）/inr —軸的抗扭截面系數(shù)（ ）r 3 —許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力（ ）??t?pa 19 由此推得實心圓軸的最小直徑 （ ）為：0mind （3-2）?? 6330min9.512TpdC???? 公式中：C —計算常數(shù)，取決于軸的材料和受載情況。 ， （3-3）?? 639.5102T?? 查參考資料[5]表 11-3 取 97C: 則 330min1pdn? = 9.6m 所以軸的最小直徑為： 根據(jù)參考資料[6] 表 5-19，主軸前軸承軸徑（ ）取 。80m? C.軸的大致尺寸和形狀的確定 階梯軸的設(shè)計應(yīng)注意以下問題： a.配合性質(zhì)不同的表面，直徑應(yīng)有所不同。 b.加工精度、粗糙度不同的表面，一般直徑亦有所不同。 c.與軸承配合的軸頸，其直徑必須符合滾動軸承內(nèi)徑的標(biāo)準(zhǔn)系列。 d.各軸段的長度決定于軸上零件的寬度和零件固定的可靠性。軸頸的長度 通常與軸承的寬度相同。 根據(jù)參考資料[6] 來設(shè)定主軸各軸段的長度尺寸：107P128Lm??45?20 根據(jù)以上要求得出軸的大致尺寸和形狀為： 圖 3-2 主軸 半精鏜及精鏜氣缸蓋導(dǎo)管孔組合機床設(shè)計(鏜削頭設(shè)計) 20 D.軸端連接方式 主軸軸端與同步帶輪的連接方式采用矩形花鍵連接（見圖 3-3 所示） 。然而，帶 輪與花鍵不采用直接的連接方式，而是在花鍵上配上一個特制的花鍵套（見圖 3-4 所示） ，并將帶輪安裝在花鍵套上。 圖 3-3 矩形花鍵連接 圖 3-4 花鍵套 矩形花鍵連接：圖 3-3 所示為矩形花鍵連接。鍵齒的兩側(cè)面為平面，形狀較為 簡單，加工方便?；ㄦI通常要進行熱處理，表面硬度應(yīng)高于 40HRC。矩形花鍵連接 的定心方式為小徑定心，外花鍵和內(nèi)花鍵的小徑為配合面。由于制造時軸和轂上的 接合面都要經(jīng)過磨削，因此能消除熱處理引起的變形，具有定心精度高、定心穩(wěn)定 性好、應(yīng)力集中較小、承載能力較大的特點，故應(yīng)用廣泛。 花鍵連接的強度計算： 花鍵連接的失效形式和強度計算的依據(jù)及方法，與平 鍵連接基本相同?；ㄦI連接的受力如圖 3-5 所示。假設(shè)載 荷在鍵齒的工作面上均勻分布，每個鍵齒的工作表面上的 壓力的合力 F 作用在平均直徑 處，則花鍵傳遞的轉(zhuǎn)矩md 21 。引入載荷不均勻系數(shù) K 考慮實際載荷在各花鍵齒上分配不均的影響。/2mTzFd? 由此可得花鍵連接的強度條件為： 圖 3-5 花鍵連接受力圖 （3-4）??2mTPKzhld?? 公式中： —花鍵傳遞的轉(zhuǎn)矩，單位為 ；T.N —花鍵的工作長度，單位為 ； l —花鍵的齒數(shù)；z —載荷不均勻系數(shù)，取決于齒數(shù)，一般取 ，齒數(shù)多時取較K0.78K?: 小值； —花鍵齒側(cè)面的工作高度，單位為 ，矩形花鍵 ；hm()/2hDdC? —花鍵的平均直徑，單位為 ，矩形花鍵 ；md md? —花鍵連接的許用擠壓應(yīng)力，單位為 ， （見表 3-2） ；??P?Mpa —花鍵的許用壓強，單位為 ， （見表 3-2） ； 花鍵連接的零件多用強度極限不低于 的鋼制造，一般需要熱處理，特60 別是在載荷作用下需要頻繁移動的花鍵齒，應(yīng)通過熱處理獲得足夠的硬度以抵抗磨 損?；ㄦI的許用擠壓應(yīng)力、許用壓強見表 表 3-2 花鍵連接的許用擠壓應(yīng)力和許用壓強 連接工作方式 使用和制造情況 齒面未經(jīng)熱處理 齒面經(jīng)過熱處理 不良 ?3-10 中等 5-10 動連接 ??P （載荷下移動） 良好 10-20 注：（a）同一情況下， 或 的較小值用于工作時間長和較重要的場合。P??? （b）使用和制造情況不良的情況是指受變載荷、有雙向沖擊、振動頻率高 和振幅大、潤滑不良（對動連接） 、材料硬度較低或精度不高等。 3.2.5 主軸密封裝置的選用 a.主軸前端密封裝置的選用 主軸前端密封裝置選用迷宮式密封裝置（見表 3-3 所示） 。迷宮式密封裝置利用 轉(zhuǎn)動元件與固定元件間所構(gòu)成的曲折而狹小的縫隙及縫隙內(nèi)充填的油脂達到密封目 的，與其他密封配合使用，則密封效果會更好。迷宮式密封對油潤滑及脂潤滑都適 半精鏜及精鏜氣缸蓋導(dǎo)管孔組合機床設(shè)計(鏜削頭設(shè)計) 22 用，對防塵和防漏也有較好的效果。 表 3-3 迷宮密封 （單位：mm） 軸徑 d10-50 50-80 80- 110 110- 180e 0.2 0.3 0.4 0.5f 1 1.5 2 2.5 根據(jù)表 3-3 得： ； ； ；83dm?0.4e2m? b.主軸末端密封裝置的選用 主軸末端密封裝置選用油溝式密封裝置（見圖 3-6 所示） 。油溝式密封裝置構(gòu)造 簡單，在油溝只充滿油脂，可以防止贓物和水分進入軸承，適用于脂潤滑和油潤滑 且工作環(huán)境清潔的軸承。 圖 3-6 主軸末端密封裝置 3.2.6 主軸的強度校核計算 按疲勞強度進行軸的校核計算 根據(jù)變應(yīng)力的強度理論和實驗研究軸的疲勞強度安全系數(shù) S 的校核。公式如下： 延性金屬材料（碳素鋼和一般合金鋼）制造的軸。 （3-5）??2S????? 23 公式中： —只考慮正應(yīng)力作用時的安全系數(shù)；S? —只考慮扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力作用時的安全系數(shù)。? 許用安全系數(shù) ，其值根據(jù)實踐經(jīng)驗確定。對于延性材料，當(dāng)載荷確定精確，?? 對材料性能有把握時，取 ；當(dāng)載荷確定不夠精確，材料性能不夠均勻1.35?: 時，取 ；當(dāng)載荷確定不夠精確、材料性能均勻性差時，取??1.58S?: 。.2 確定危險截面的確定： 危險截面應(yīng)為主軸前軸承支承部分。 截面的強度校核： 該主軸為空心軸，抗彎、抗扭截面系數(shù)計算公式見參考文獻[5]表 14-11 （3-6）340.1()Wdr?? （3-7）.758r?343.()12m?? （3-020Tdr? 8） 截面扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力、彎曲正應(yīng)力的應(yīng)力幅 對于一般轉(zhuǎn)軸，彎曲正應(yīng)力按對稱循環(huán)規(guī)律變化，故彎曲應(yīng)力幅、平均應(yīng)力分 別為 ， 。/aMW??0m? 在多數(shù)情況下，對于經(jīng)常正反轉(zhuǎn)，且扭矩軸相等的軸，當(dāng)作對稱循環(huán)變化，即 ， 。/tT?? （3-9） 69.512attPMpa? （3-10aTW?? ） 平均應(yīng)力 0m? ?? 彎曲、扭轉(zhuǎn)極限疲勞強度由軸的材料特性所定。 1350Mpa? 2?? 彎曲、扭轉(zhuǎn)時的有效應(yīng)力集中系數(shù)，參見[5]表 14-5。 半精鏜及精鏜氣缸蓋導(dǎo)管孔組合機床設(shè)計(鏜削頭設(shè)計) 24 2.50K?? 19? 彎曲、扭轉(zhuǎn)時將平均應(yīng)力折算成應(yīng)力幅的等效系數(shù)（其值與材料有關(guān)，可從表 [5]14-1 中查出） 0.25??? 1? 僅有彎曲正應(yīng)力時的計算安全系數(shù) （3-1113502.692..amSK?????????? ） 僅有扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力時的計算安全系數(shù) （3-121203.76.98.15amS????????? ） 彎扭聯(lián)合作用下的計算安全系數(shù) （3-13）22.693710.2.46.caS?????? 設(shè)計安全系數(shù) 1.35: 疲勞強度安全系數(shù)校核 caS? 所以疲勞強度合格，該主軸符合要求。 3.2.7 主軸支承軸承的選用 a.主軸支承軸承選用 主軸支承系統(tǒng)的剛度直接影響剛性主軸的工作。 主軸本身引起的變形占 2/3 以上，而支承部分引起的變形也占到了將近 1/3，因 此對支承系統(tǒng)的剛度應(yīng)引起重視。主軸的支承通常采用：滑動軸承和滾動軸承兩種。 鑒于有以上兩種情況，我們對它們進行比較，選用有效、合理的支承方式。 滑動軸承特點：抗振性好、工作平穩(wěn)、徑向尺寸小，裝配、潤滑、密封等技術(shù) 要求嚴(yán)格。 25 滾動軸承特點：軸承尺寸小、轉(zhuǎn)速高、壽命長，裝配密封和潤滑比較簡單，并 可以直接選用。 鑒于組合機床的大負(fù)荷、高轉(zhuǎn)速和高精密的要求，普通的主軸雙聯(lián)軸承結(jié)構(gòu)已 滿足不了要求，大多采用角接觸軸承組合設(shè)計。因為角接觸軸承可以同時承受徑向 和一個方向的軸向載荷，允許的極限轉(zhuǎn)速較高。 軸承選用和配置形式對主軸剛度也有較大的影響。軸承本身的剛度除取決于軸 承內(nèi)部結(jié)構(gòu)、滾動體的數(shù)量與尺寸外，還取決于軸承的安裝精度以及軸承的軸向間 隙與徑向間隙的調(diào)整。 本主軸支承軸承選用角接觸軸承的成對使用。 成對軸承的配置安裝形式及代號： 角接觸軸承的裝置的方式不同，其支承剛性也不同。 (a) (b) ( c) 圖 3-7 成對軸承的配置安裝 軸承外圈窄邊相對，其接觸壓力線沿軸方向收斂，因而支承剛性減弱。如圖 3- 7a。 軸承外圈寬邊相對，其接觸壓力線沿軸方向擴散，因而支承剛性增強。如圖 3- 7b。 軸承的寬邊和軸承的窄邊靠著，即“平行”安裝，軸承接觸壓力線的方向一致， 這種成對安裝結(jié)構(gòu)可承受單方向的軸向力。如圖 3-7c 所示。 700C 系列角接觸球軸承的性能、特點和適用場合： 表 3-4 角接觸球軸承的性能 負(fù)荷方向： 允許偏位角： ''210? 極 限 轉(zhuǎn) 速 比： 高 性能特點： 可同時承受徑向負(fù)荷和軸向負(fù)荷，也承受純軸向負(fù)荷。 半精鏜及精鏜氣缸蓋導(dǎo)管孔組合機床設(shè)計(鏜削頭設(shè)計) 26 適用場合幾舉例： 適用于剛性較大、跨距不大的軸；在工作中調(diào)整游隙時， 常用于蝸桿減速器、離心機、電機、穿孔機等。 所以在此鏜削頭主軸支承軸承的安裝方式為： 主軸前端軸承：兩角接觸軸承的“平行”安裝。 主軸后端軸承：兩角接觸軸承的成對使用，軸承外圈窄邊相對。 采用兩個角接觸球軸承背靠背組配，使支承點向外的擴展，縮短了主軸頭部的 懸伸，大大地減少了主軸端部的撓曲變形，提高了主軸剛度。 主軸軸承的預(yù)緊：鎖緊螺母作主軸軸承軸向限位（如圖 3-6 所示），來保證螺 母端面與軸心線有較高的垂直度。 b.主軸軸承的強度設(shè)定 一般機械中運轉(zhuǎn)的滾動軸承的主要失效形式是滾動體和座圈滾道表面產(chǎn)生疲勞 點蝕或疲勞剝落。所以，大多數(shù)滾動軸承的尺寸選擇應(yīng)以保證滾動軸承在規(guī)定的使 用期限內(nèi)不發(fā)生疲勞點蝕或疲勞剝落為計算依據(jù)。按照接觸疲勞強度計算亦即根據(jù) 動態(tài)承載能力來選擇軸承的尺寸（型號） 。 滾動軸承的動態(tài)承載能力計算就是保證運轉(zhuǎn)軸承在規(guī)定的使用壽命期限內(nèi)不發(fā) 生超過規(guī)定概率的疲勞失效的前提下，通過計算，選擇出尺寸、型號合適的軸承； 或在已知軸承尺寸、型號時，計算出不在發(fā)生超過允許疲勞失效概率的前提下軸承 所具有的壽命（稱預(yù)測壽命） 。因此，滾動軸承的動態(tài)承載能力計算是與軸承的壽 命直接聯(lián)系的。 在機械設(shè)計時，滾動軸承的預(yù)期壽命可以根據(jù)機械的類型、工作條件等確定。 一般要求軸承的使用壽命等于機械的使用壽命，這樣一來可以節(jié)省維修費用；但有 時會使軸承尺寸過大，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)不合理。為了解決這一矛盾，常把滾動軸承的預(yù)期 壽命定為機械的大修或中修的間隔期限，在預(yù)期的使用壽命到達時，利用大修或中 修的機會來更換軸承。但規(guī)定過短的使用壽命也是不合理的，這將使機械經(jīng)常更換 軸承，影響機械的正常工作，并增加維修費用。在設(shè)計時，也可參考[5]表 16-5 所 推薦的數(shù)值來確定軸承的預(yù)期使用壽命。 3.2.8 主軸箱潤滑系統(tǒng)的設(shè)計 主軸箱潤滑系統(tǒng)的設(shè)計主要是針對主軸支承的潤滑。 主軸軸承的密封和潤滑：由于高速機床主軸轉(zhuǎn)速較高，在目前的設(shè)計中多數(shù)采 用集中定量定時油霧或滴油潤滑方式。由于該主軸較長，所以采用兩個主支承加一 個輔助支承的結(jié)構(gòu)。前、中支承采用兩組背靠背組配的高速精密角接觸球軸承，以 提高承載能力，軸承的預(yù)緊力在軸承廠已成對配磨好，屬通用組配型。后支承采用 兩個輕系列深溝球軸承，軸承外圈浮動，保留游隙，防止軸向干涉。由于三個軸承 孔的同軸度很難保證，所以后軸承與箱體孔的配合較松，前、中軸承用長效潤滑脂 潤滑。 27 4 組合機床傳動設(shè)計 4.1 傳動方案擬訂 鏜削頭的傳動方式通常有兩種：帶傳動和齒輪傳動。 A.帶傳動的主要優(yōu)點： a.緩沖和吸振，傳動平穩(wěn)，噪聲小。 b.傳動靠摩擦力傳動，過載時與輪接觸發(fā)生打滑，可防止損壞其他零件。 半精鏜及精鏜氣缸蓋導(dǎo)管孔組合機床設(shè)計(鏜削頭設(shè)計) 28 c.適用于兩軸中心距較大的場合。 d.結(jié)構(gòu)簡單，制造、安裝和維護等均較為方便，成本低廉。 B.帶傳動的主要缺點： a.不能保證準(zhǔn)確的傳動比。 b.需要較大的張緊力，增大了軸和軸承的受力。 c.整個傳動裝置的外部尺寸較大，不夠緊湊。 d.帶的壽命較短，傳動效率低。 C.帶傳動適用的場合： a.速度較高的場合，多用于原動機輸出的第一級傳動。帶的工作速度一般 為 5-30m/s，高速帶可達 60m/s。 b.中、小功率傳動，通常不超過 50Kw c.傳動比不超過 7，最大到 10。 d.傳動比不要十分準(zhǔn)確。 D.齒輪傳動的一些特點： a.制造和安裝精度較高，需專門設(shè)備制造，成本較高，不宜用于較遠距離兩軸 之間的傳動。 b.瞬時傳動比不變，沖擊、振動和噪聲小，能保證較好的傳動平穩(wěn)性和較高的 運動精度。 c.在尺寸小、質(zhì)量輕的前提下，齒輪的強度高，耐磨性好，承載能力大，