曲轴润滑油孔加工机床的设计研究设计【毕业论文+CAD图纸全套】

买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 I 摘 要 随着社会的不断发展，制造业的制造技术也在飞快的提高。我国在机械加工方面跟上了国外的发展，在普通的机床加工基础上，开始了用数控机床和加工中心进行加工。 对于大型结构的零件加工，需要设计一台专用机床进行加工。本文介绍了一台用于加工曲轴润滑油孔的专用钻床 ,该专机具有主轴调速范围大、行程长等特点 ,该机床适用于大型结构件深孔加工 。 使用结果表明 ,具有一定的实用性和应用价值。 设计的机床总体结构类似于一台三坐标摇臂钻床，能够在一次装夹中完成钻铰直油孔、 切削多道工序。其大体工作原理如下：曲轴和夹具安装在固定 不动的平台上，装有钻头的主轴箱随进给拖板实现钻削进给运动，工作位置的调整是通过大拖板横向运动、摇臂的上下运动、摇臂的转动来实现的。本机床原理正确，使用方便，加工效率高，精度有保证。使用本专用机床加工曲轴，大大缩短了加工时间和制造成本。 关键词 :曲轴 ； 油孔 ；摇臂钻床；主轴箱 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 y of of of up of in of s to in of to a to In a of is p as of of it of of is as it a of so on it to of up of of up of of is of it is of is is to to of 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 录 第 一章 绪论 - 1 - 1 1 课题背景 - 1 - 题的目的 - 1 - 削技术的发展 - 2 - 般钻削技术 - 2 - 孔钻削加工的方法 - 2 - 第 二章 零件工艺分析 - 4 - 轴加工工序 - 4 - 件整体分析 - 7 - 工工艺的确定 - 7 - 第 三章 总体方案设计 - 9 - 具的选择 - 9 - - 9 - 机的选取 - 11 - 速箱的选择和设计 - 12 - 计及使用中注意事项 - 14 - 第 四章 总体部件设计及计算 - 16 - 向进给运动中直齿轮 计算及校核 - 16 - 速箱高速轴 计算和校核 - 20 - 动丝杆的计算及校核 - 26 - 承的选定及校核 - 29 - 动丝杆上深沟球轴承的选定及校核 - 29 - 动丝杆上推力球轴承的选定 - 30 - 第 五章 造型 - 32 - 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 的介绍 - 32 - 、齿轮、摇臂的三维图 - 35 - 第 六章 总结 - 37 - 究总结 - 37 - 究展望 - 37 - 致 谢 - 38 - 参 考文献 - 39 - 附录 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 1 - 第一章 绪论 1 1 课题背景 目前，国内曲轴陈旧生产线多数由普通机床和专用机床组成。而金属切削机床是用刀具或磨具对金属工件进行切削加工的机器 , 在制造业中 , 尤其是机械行业 有着非常广泛的应用。然而钻削加工仍然在零件加工中占有相当的比例 , 据统计在零件加工中钻孔加 工 占 25% 以上。 世界上利用外排屑（如枪钻）深孔钻削技术，可钻削的孔径小到 长期以来都是利用钻头进行高精度孔、螺纹孔等通孔及螺栓孔等的加工 。 最近，这类加工已经向高速切削方向迅速发展。 摇臂钻床仍然是钻削加工的主要设备之一 ， 作为传统的老产品摇臂钻床 , 有数百年的发展历史 , 其产品都在不断地更新 , 功能也越来越齐全、性能也不断地完善。在 经济全球化的今天 , 机械行业国际竞争日趋激烈 , 给企业带来了严峻的挑战。企业对加工中占有相当地位的钻床也提出了更高的要求。为了适应竞争环境 , 钻孔效率提高自然成了节省生产时间、降低生产成本的途径之一。目前国内外制造企业 , 趋向中、大孔钻孔加工 。 题的目的 本次设计的题目是曲轴润滑油孔专机的设计研究。 设计曲轴润滑油孔加工机床是对一名机械专业的毕业生四年所学最基本的考查。通过设计机床，能更好的提升学生的机械制图水平；能有效的提高学生查阅机械设计手册、图册的能力；能极大的加强学生对机械设计的计算、工艺 分析 、工序 安排 的了解和动手能力。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 2 - 削技术的发展 般钻削技术 在机床对零件进行切削加工中，有各种加工方法来对各种零进行加工 ,如车削、铣削、磨削、镗削和钻削等等。 钻孔一般作为孔的粗加工，若孔的精度要求高，通常是用铰刀进行精加工，但在单件生产或修配工作中，可采用钻精孔的方法来代替铰孔。参照铰孔工艺，首先钻出底孔，1用精孔钻精扩到所需尺寸，这样做可以避免直接钻孔时所产生的诸多弊病。 孔钻削加工的方法 深孔加工是集深孔刀具、辅具和机床于一体的机械加工工艺技术。 其中刀具及排屑技术是深孔加工的关键。 国际上解决深孔加工的方法有两种：一是采用专用组合机床。优点显而易见，精度稳定，加工效率高。其动力部分可采用全数控式、液压式或液压与数孔结合式。可采用独立过扭距保护装置或通过数控系统实现保护。钻头可采用普通钻头或枪钻。二是采用通用设备。包括摇臂钻床、加工中心等。摇臂钻床加工精度较低，效率也不高。加工中心精度高，工艺参数选者灵活，相对来说效率低，实现过扭保护比较困难。 为解决 深孔加工的问题 ， 设计一台曲轴润滑油孔的摇臂钻床 ，并在夹具、刀具、工艺流程等方面进行了比较深入的研究和 应用。制定工艺方案是进行机床设计的基础 ， 因此首先我们制定了切实可行、合理的工艺方案，改进了原方案中的不合理之处；其次是 设计 的主要工作 专用钻床 的设计制造。通过 机械设计的各部件设计计算， 使该机床既具有一定的 合理性 和可靠性，又具有良好的经济性；另外，刀具的 选用 ， 能提高 提高其耐用度和使用寿命。国内的 很多企业在借鉴先进的深孔加工技术 及 单管内排屑和喷吸深孔加工买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 3 - 技术的基础上，应用数控技术对传统的深孔钻床进行了改造和研制，并实现了刀具和辅具的专业化、系列化设计。 本章小结：这一 章说明了设计的题目是曲轴润滑油孔专用机床的 设计研究，指出了课题的背景和做这个课题的目的，同时分析介绍了下一般切削技术和深孔加工技术的发展。在这一章中，通过查阅网上资料，进行整理，能够比较顺利的完整了这一部分的书写 。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 4 - 第二章 零件工艺分析 轴加工工序 油孔加工只是曲轴上面的一小部分，下列是曲轴加工工艺的主要工序 （ 1） （ 2） （ 3） （ 4） （ 5） 钻两头中心孔 （ 6） （ 7） （ 8） （ 9） 打中心孔 （ 10） 打中心孔 （ 11） 主轴各端面及轴颈 （ 12） （ 13） 查连杆轴颈余量 （ 14） （ 15） （ 16） （ 17） （ 18） 面及法兰外圆 （ 19） 面及法兰外圆 （ 20） 5度斜面 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 5 - （ 21） 锐边 （ 22） （ 23） 量 （ 24） （ 25） （ 26） （ 27） 两端面及修整中心孔并攻 （ 28） （ 29） （ 30） 连杆中心杆中心印记 （ 31） （ 32） （ 33） （ 34） （ 35） （ 36） 端钻扩攻螺孔，平钻扩较口 11定位孔 （ 37） 端钻扩攻螺孔，平钻扩较口 11定位孔 （ 38） 个 （ 39） （ 40） 抛出各连杆轴颈孔 41） （ 42） （ 43） 端面标记 （ 44） 臂端面 （ 45） 槽及法兰外圆倒角 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 6 - （ 46） （ 47） （ 48） 1的孔 （ 49） 圆 （ 50） 8外圆和端面 （ 51） 孔及 120度连杆轴颈夹角并标记 （ 52） （ 53） （ 54） （ 55） （ 56） （ 57） （ 58） 光各轴颈摆差圆度和纬度 （ 59） （ 60） 边并清洗 （ 61） （ 62） （ 63） 修、抛光各轴颈摆差圆度和纬度 （ 64） （ 65） （ 66） 洗 （ 67） （ 68） （ 69） （ 70） 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 7 - （ 71） （ 72） （ 73） （ 74） （ 75） （ 76） 件整体分析 曲轴是造价相对较高的重要部件之一，其使用寿命决定了整机的寿命。曲轴各轴颈是在很高的比压下作旋转运动 ,故使轴颈和轴承受到强烈磨擦 ,为保证曲轴轴承工作可靠 ,曲轴上必须开设可靠的润滑油道 ,将润滑油送到轴承磨擦表面上去。此油道属细长孔 ,且与轴线成一定的角度。 在曲轴加工中 ,有钻斜直油孔、铰斜直油孔、 钻铰法兰连接孔等工步。为了提高生产效率 ,设计了一台专用钻床 ,该钻床具有主轴调速范围大、行程长、加工精度高等特点 ,并能够在一次装夹中完成钻、铰斜直油孔 等 多道工序。 工工艺的确定 在制定专用机床工艺方案时，首先要分析、研究被加工零件的用途及其结构特点，加工部位及其精度、表面粗糙度、技术要求及生产纲领。深入现场调查分析零件（或同类零件）的加工工艺方法，定位和夹紧方式，所采用的设备，刀具及切削用量，生产率情况及工作条件等方面的先行工艺资料，以便制定出切合实际的合理工艺方案。 本机床总体结构类似于摇臂钻床 ,其 床身为车床身 ,立柱随大拖板沿着床身滑动 ,故可归属于一台三坐标滑座式摇臂钻床 ,可实现钻、铰、攻丝切削功能。其工作原理为主轴箱随进给拖板实现钻削进给运动 ( Z 向 ) , 工位的调买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 8 - 整是通过大拖板横向运动 ( 、摇臂上下运动 ( 、摇臂的转动 ( 来实现的。 钻削运动由切削电机 ( 29,带变频器 )通过弹性柱销联轴器 ( 16)与主轴变速箱 (23,三档变速 )相联 ,可实现主轴切削运动的三档无级变速。手动切削进给运动采用齿轮齿条机构实现 ,机动切削进给运动由进给电机减速器 (26,带变频器 )通过传动齿轮 (25)带动进给丝杠 (18,滚珠丝杆 )来实现 ,丝杆螺母设计成开口螺母 ,并通过手柄 (20)实现手动和机动的切换。摇臂上下运动由电机减速器 (22)通过电磁离合器 (1,实现机动和手动的切换 )与手柄轴相联 ,并经锥齿轮换向带动梯形丝杠转动 ,实现摇臂的上下移动。大拖板横向机动( 是由 3) ,通过齿轮传动、蜗杆传动、齿轮齿条传动来实现的 ,蜗杆轴上装有带简易牙嵌离合器的手柄 ,可实现手动微调运动。底柱上开有环形 并用螺钉联接于大拖板上 ,立柱与底柱是通过 在需摇臂转动时 ,松开 搬动摇 臂实现 立柱下法兰面外缘装有齿圈 ,通过齿轮 (13)实现微调 ,加工时需拧紧 进给拖板与摇臂的导轨设计中 ,下轨采用燕尾形滑动导轨 ,上轨采用滚动导轨 (为了改善摩擦性质 ) ,并通过调整块 (27)上的螺钉调整导轨间隙。摇臂的上下移动通过导向键导向 ,工作时通过带左右螺旋的锁紧丝杠 (24)实现锁紧。在钻铰曲轴润滑油孔 时利用数显进行定位 ,立柱一侧开设磁栅槽 ,磁头安装在摇臂相应位置 ,实现 磁头安装在大拖板上 ,实现 本章小结： 这一章介绍了被加工零件曲轴主要 的一些工艺步骤，对零件进行整体分析并确定零件加工工艺和机床工作原理。通过对机床运动的研究和分析对工作原理，明白机床的整个工作过程。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 9 - 第三章 总体方案设计 具的选择 刀具的选用、设计、制造正确与否，对机床的加工精度和效率有着重要影响。刀具选择的好，可以使工序集中、机床结构简化，提高产品质量和生产效率。另外，刀具材料、几何参数等选择得合理，可有效减小切削力，降低切削热的产生，提高刀具耐用度和使用寿命。 同时要考虑加工尺寸精度、表面粗糙度、切屑的排除及生产 要求等因素。一般孔加工刀具（钻、扩、铰等）， 其直径选择应与加工部位尺寸、精度相适应，其长度要求要保证加工终了时，刀具螺旋槽尾端与导向套外端面有一定距离（一般为 30 50 刀具选择的基本原则如下： 第一，如条件允许，应优先选取标准刀具； 第二，为提高工序集中程度，或达到更高精度，可采用复合刀具。 第三，镗刀和铰刀选用原则：铰刀生产绿高，一般适用于直径 60刀制造简单，刃磨方便，当有效简单的对刀法时，应优先采用。 根据以上原则，考虑到孔的精度要求不高，选用深孔麻花钻头，并适当的调整螺旋角等参数。 根据机床设计条件，选用 刀具为高速 钢 麻花钻，因为曲轴是铸造而成，锋角为 1002 （对铸铁），刀具直径为 7 40刃修摸长度 ,则选择范围为 4 加工孔范围：直径 7 40轴转速： 10 1000（ 1） 主轴切削速度 V（ m/ 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 10 - 1000/ 最大切削速度 1000/m a xm a x m =40 1000/1000= 最小切削速度 m in =7 10/1000 = 2） 主轴最大和最小极限转速分别为 a xm a x /1 0 0 0 =1000 7=m a xm inm 1000 =1000 40= 3） 主轴变速范围 n =1000/10=100 （ 4） 主运动转速级数和公比 根据机床设计手册，查表 00,得 Z=17， = 为主运动公比） （ 5） 进给量和进给范围 根据机 床设计手册，查表 f=r 55 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 11 - 机的选取 电动机功率是计算机床零件和决定结构尺寸的主要依据。如果电动机的功率选择过大，将不必要的增加机床零部件的尺寸造成材料浪费，使其结构过于粗大笨重，且造成功率的浪费；如果功率选择过小，将影响机床的使用性能，达不到设计要求，而且电动机经常处于过载的情况下工作，容易烧毁电机，损坏电气元件。专门机床的功率根据所服务的典型工件的加工工序来确定。 切削力和切削扭矩是计算切削功率、零部件强度和 刚度、夹具和刀具的原始依据。切削力和切削扭矩与机床的结构方法、被加工零件的材料性能、刀具的材料和种类、刀具的几何角度、切削用量及冷却液有关。 （ 1） 主切削电机： 钻孔，刀具为高速钢麻花钻，材料： 45号钢。 钻削的切削用量范围 d=7给量 f=r。 运动参数： 切削速度 V= V=20m/钢、铸铁 ) 根据机床设计手册，表 查得下列参数。 钻 削计算 切削力： 切削功率： 5 860 电动机所需功率为 wd (刀具端所需功率 ,a 为传动效率 ) 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 12 - a= 1 2 3 4 = 230 . 9 6 0 . 9 8 0 . 9 7 0 . 9 9 0 . 8 3 3 ( 1为带传动的效率； 2为轴承的传动效率； 3为齿轮的传动效率； 4为联轴器的传动效率。 ) 所以 wd 取 Y 系列的电机型号为 4，额定功率 4速 1400r/率为 变速箱转速为 10 1000r/机传动比为 i= 电动机转 矩： T=9550*P/n=9550 4/1400=N 2） 进给电机：（纵向） Z 向进给电机减速器： 率 4速250r/ 800给速度 45 120mm/ （ 3） 进给电机：（横向） 号 机功率 速为 1400r/ 4500给速度 2249mm/ （ 4） 上下移动电 机 号为 机功率为 4速为 1400r/大转距为 850给速度 350mm/ 速箱的选择和设计 为了增加专机的加工能力 ,要求主轴调速范围为 10 1000r /专机设计中采用机械变速 (三档 )和电气变频来实现无级变速。主轴变速箱的传动买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 13 - 结构原理如图 2所示。动力由轴输入 , 由轴输出 ,通过主轴上的三联齿轮实现三档变速 ,变速操纵机构采用齿轮齿条机构。图示传动路线为中速档 ,无变频时传动比 6. 31,在保证功率不失真前提下变频器可进行 5倍变频 ,则总传动比最大可达 速档主轴无级变速范围为 31. 69 158. 4 r /轴上三联齿轮中的齿轮 40 2拨至与轴上的齿轮 50 2啮合时 ,轴上的齿轮 40 3与轴上的齿轮 20 3退出啮合 (因两拨叉作反向互动 ) ,可实现高速档传动 ,无变频时传动比 = 1. 25,加上 5倍变频总传动比最大可达 6. 25,高速档主轴无级变速范围为 160 1000 r /轴上三联齿轮中的齿轮 29 2拨 至与轴上的齿轮 61 2啮合时 ,轴上的齿轮 40 3与轴上的齿轮 20 3仍处于啮合 (因轴上的齿轮 20 3设计成宽齿轮 ) ,可实现低速档传动 ,无变频时传动比 = 20,加上 5倍变频总传动比最大可达 100,低速档主轴无级变速范围为 10 50 r / 主轴变速箱结构原理如图 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 14 - 图 计及使用中注意事项 (1)摇臂的上轨设计成滚动导轨 ,而滚动导轨的比压大 ,故摇臂在选材和工艺处理时建议采用 面淬火硬度达 270。进给拖板上用于调整间隙的调整螺钉在选型时 ,为避免意外人为的松动 ,应采用内六角螺钉。 (2)立柱的刚性 ,直接影响整个机床的刚性 ,应设计成具有足够刚度 ,以保证切削质量。 (3)摇臂与立柱的导向键 之 间形成滑动副 ,位置应设计在垂直于摇臂导轨面的平面上 ,为了补偿磨损形成的间隙 ,摇臂在相应位置设计安装一用青铜制成的镶条调整块。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 15 - (4)加工过程中因切削抗力产生较大的翻转力矩 ,易抬起整个大拖板以上部件 ,因此加工时 ,需通过压块机构锁紧大拖板 ,保证大拖板和床身导轨的接触。 (5)两工作台在安装调试时 ,需保证水平度、 和床身的平行度、以及相互之间的垂直度。加工时曲轴装卡需采用专用的夹具 ,夹具和工作台之间采用 (6)床身和工作台调试采用专用的机床调整块 ,床身在调试时要保证床身轴线 (导轨 )的水平度。 本章小结：选择机床的刀具，确定运动参数和动力参数，选取主电动机和其它进给电机，对变速箱进行大体结构设计。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 16 - 第四章 总体部件设计及计算 向进给运动中直齿轮 计算及校核 根据机床设计要求， 采用圆柱直齿轮， 小齿轮用 45号钢，调质处理，硬度 241286均取为 260齿轮用 45号钢，调质处理，硬度 229286均取为 240 初步计算 转矩 =106 122240N 宽系数查 机械设计（本节以下都查考此书）表 取 710 m 580 步计算许用接触应力 1 0 . 9 7 1 0 6 3 9 H 2 0 . 9 5 8 0 5 2 2 H 表 1 85 3 211 1 =853 2 2 125221122240 = 80步齿宽 1 =1 80=80核计算 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 17 - 圆周速度 100060 11 =100060 25080 =s 精度等级由表 级精度 初取齿数 1z =29； 5829212 则 0/ 11 由表 m=3， 273/80/11 5427212 使用系数由表 载系数由图可知 间载荷分配系数由表 先求 3 0 5 6801 2 2 2 4 02211 N A N co s)11(1 = 1/27+1/54） = 由此得 1 22 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 18 - 3321 载荷系数 由表 节点区域系数由图 Z =触最小安全系数由表 工作时间 T=8 300 8 760h 应力循环次数由表 算 97 1010 则指数 m= 7 6 02 5 0160 L 接触寿命系数由图 9 0m i i 8 0m i i = 581 2H 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 19 - 计算结果表明，接触疲劳强度较为适合，齿轮尺寸无需调整。否则，尺寸调整后还应再进行验算。 确定传动主要尺寸实际分度圆直径 ,因模数取标准值时，齿数已重新确定，但并未圆整，故分度圆直径不会改变，即 127311 6 254322 中心距 5427(32 )( 21 齿宽 18111 齿根弯曲疲劳强度验算 重合度系数 齿间载荷分配系数由表 应力修正系数由图 1 Y 弯曲疲劳极限由图 M P a 5 0,6 0 0 2l i i m 弯曲最小安全系数由表 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 20 - 应力循环次数由表 算 106 10103 则指数 m=50 75050501 7 6 0250160 7612 L 弯曲寿命系数由图 1 Y 尺寸系数又图 .1用接触应力 M P m i i 4 0m i i 验算 2 2 2 4 21111 T 130 2112212 Y 速箱高速 轴 计算和校核 轴是组成机械的一个重要零件。他支承着其他转动件 回转并传递转矩，同时它又通过轴承和机架联接。所有轴上零件都围绕轴心线作回转运动，形成了一个以轴为基准的组合体 轴系部件。所以，在轴的设计中，不能只考虑轴本身，还必须和轴系零部件的整个结构密切联系起来。 轴的强度计算 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 21 - 选择轴的材料为 45 号钢，经调质处理，由机械设计手册 3 的表 M P a 5 5,2 7 0,3 6 0,6 5 0 11 估算轴的直径 6 成设计公式，轴的最小直径 336 轴的抗扭截面系数， 3P 轴的传递扭矩， kW n 轴的转速， r/ 许用切应力， 与轴相关的系数，其参考值见下表 轴的材料 20 35 45 4038 12 15 20 25 30 35 40 45 52 C 160 148 135 125 118 112 106 102 98 表 取 C=115 92 5 041 1 5 33 考虑装联轴器加键，需将其轴径增加 4% 5%，故取锥形轴伸的大端直径为 32 选择联轴器 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 22 - 考虑到载荷及过载，取联轴器工作情况系数 K=联轴器的转矩 c 3 9 7 9 21 4 4 0 根据工作要求选取柱销联轴器。由轴径 d=32 轴器626228允许的转矩最大为 500N m,其 D=120轴的结构设计 如图 图 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 23 - 如上图，根据