毕业设计（论文）-专用三面钻床设计.doc

河南科技大学毕业设计（论文） 1 专用三面钻床设计 摘要 机械制造及其自动化专业毕业设计是在我们学完了大学的全部基础课、技术 基础课以及所有专业课之后进行的。它一方面要求学生通过设计能获得综合运用 过去所学的全部课程进行工艺及结构设计的基本能力，另外，也为以后做好实际 就业工作进行一次综合训练和准备。 本说明书设四章，依次为机械加工工艺规程制定、三面钻床专用夹具的设 计、主轴箱设计、专用三面钻机床设计。针对一小型箱体零件，设计出其加工 工艺路线，然后选择了钻三面孔的工序进行工艺装备的设计，特别是对孔的加 工进行了认真的学习和认识。同时，结合具体实例和设计经验，阐述了通用件 (如电机，带轮等)的选取及专用部件（如主轴箱）的设计计算。 笔者在附录中还收集了部分常用设计资料，可供读者设计及阅读时参考。 关键词： 三面钻床，工艺规程，专用夹具，主轴箱 THE DESIGN OF DEDICATED THREE-SECTION DRILLING MACHINE 河南科技大学毕业设计（论文） 2 ABSTRACT The design of machinery manufacturing and automation professional is taken after we had all the basic courses, technical basic course and all the specialized courses in the University. On the one hand, it requires students to get the basic capacity of the integrated use of the full course that carried out in the past for the process and tructural design ,through this design. On the other hand,it also get a comprehensive employment training and preparation for the actual work. There are four chapters in the brochure, followed by the development of machinery processing, the design of three-section drilling fixture，spindle box and three-sectiong drilling machine. Parts for a small box, I had designed its processing line, and then select the three faces of the drilling process for the design of equipment, especially for the study and understanding of the processing of holes. At the same time, with concrete examples and design experiences, I also expounded the selection of common parts (such as motor, pulley, etc.) and the design and calculation of dedicated parts (such as the spindle box). The author has also collected some commonly used design information as a reference for readers to read the design in the appendix KEY WORDS：three-section drilling machine, process programe, dedicated fixture, headstock 河南科技大学毕业设计（论文） 3 目录 前言前言 .1 第一章第一章 机械加工工艺规程制订机械加工工艺规程制订 .2 1.1 零件的工艺分析.2 1.1.1 了解零件的用途.2 1.1.2 分析零件的技术要求.2 1.2 确定零件的生产类型.4 1.3 确定毛坯的种类和制造方法.4 1.4 拟定工艺路线.4 1.4.1 选择定位基准.5 1.4.2 表面加工方法的选择.5 1.4.3 工艺顺序的安排.6 1.5 机械加工余量、工序尺寸和毛坯尺寸的确定.7 1.5.1 铸件尺寸公差.7 1.5.2 机械加工余量.7 1.5.3 铸件毛坯尺寸.8 1.5.4 工序余量和工序尺寸、公差的确定.9 1.6 确定工序的切削用量和基本工时.9 1.6.1 钻削用量选择.9 1.6.2 基本工时的计算.10 第二章第二章 三面钻床专用夹具设计三面钻床专用夹具设计 .11 2.1 定位方案设计 .11 2.1.1 加工要求.11 2.1.2 定位方案设计.11 2.2 夹紧装置的设计 .13 2.2.1 夹紧力的确定.13 2.2.2 夹紧机构的设计.14 第三章第三章 主轴箱设计主轴箱设计 .17 3.1 主轴箱传动设计.17 3.1.1 确定各主轴转速 ni。.17 河南科技大学毕业设计（论文） 4 3.1.2 确定主运动动力源类型.17 3.1.3 计算近似传动比.17 3.1.4 确定传动方案.18 3.2 主轴箱动力计算.18 3.2.1 计算主轴箱传递功率.18 3.2.2 选择电动机.19 3.2.3 计算实际传动比.20 3.2.4 计算各轴转速、功率和转矩.20 3.2.5 计算各轴最小轴径并校核.20 3.2.6 带传动和齿轮传动的设计.21 3.3 主轴箱结构设计 .22 3.3.1 确定中间轴和各主轴的轴承组合和类型.22 3.3.2 主轴结构设计.23 3.3.3 箱体及附件设计.24 第四章第四章 机床总体设计机床总体设计 .25 4.1 被加工零件工序图.25 4.1.1 被加工零件工序图的作用与内容.25 4.1.2 绘制被加工零件图的规定及注意事项.25 4.2 加工示意图 .26 4.2.1 加工示意图的作用和内容.26 4.2.2 动力滑台行程的确定.27 4.3 机床联系尺寸图.27 4.3.1 机床联系尺寸图作用和内容.28 4.3.2 绘制机床尺寸联系总图应确定的内容.28 4.4 机床生产率计算卡.29 4.4.1 理想生产率 Q .29 4.4.2 实际生产率 Q1.29 4.4.3 机床负荷率 h .30 总结和展望总结和展望 .31 参考文献参考文献 .32 致致 谢谢 .33 河南科技大学毕业设计（论文） 1 前言 本次设计是在学完了机械制造工艺学、进行了生产实习及相关课程设计之后 的下一个教学实践环节。这是我们在进行实际就业工作或者以后更远的发展学习 之前对所学个课程的一次深入的综合性的总复习，也是一次理论联系实际的训练， 因此，它在我们四年的大学生活中占有重要的地位。通过此次设计，应在下述 各方面得到锻炼： （1）能熟练运用机械制造工艺学课程中的基本理论以及在生产实习中学到 的实践知识，正确的解决一个零件在加工中的定位、夹紧以及工艺路线安排、工 艺尺寸确定等问题，保证零件的加工质量。 （2）提高结构设计能力。学生通过设计夹具和机床的训练，应当获得被根 据被加工零件的加工要求，设计出高效、省力、经济合理而能保证加工质量的夹 具和机床的能力。 （3）学会使用手册及图标资料。掌握与本设计有关的各种资料的名称、出 处，能够做到熟练使用。 就我个人而言，我希望通过此次课程设计对自己未来将要从事的工作进行一 次适应性的训练，从中锻炼自己分析问题、解决问题的能力，为今后参加祖国的 “四化”建设打下一个良好的基础。 本说明书在编排和体系结构上遵循学生认识机械类专业毕业设计的认知规律， 中间加入了部分机械制造技术的基本概念，继而介绍了部分机械制造中所用装备 （机床、刀具和夹具） ，然后进一步深入介绍机械制造工艺规程的设计和机械装 配工艺的相关知识。 由于能力有限，设计上有许多不足之处，恳请各位老师给以指教 。 第一章 机械加工工艺规程制订 河南科技大学毕业设计（论文） 2 设计零件的机械加工工艺规程应按如下步骤进行： 1.根据零件图和产品装配图，对 l 零件进行工艺分析； 2.计算零件的生产纲领，确定生产类型； 3.确定毛坯的种类和制造方法； 4.确定毛坯的尺寸和公差； 5.拟定工艺路线； 6.确定个工序的加工余量，计算工序尺寸及公差； 7.选择各工序的机床设备及刀具、量具等工艺装备； 8.确定各工序的切削用量和时间定额； 1.1 零件的工艺分析 1.1.1 了解零件的用途 设计工艺规程时，首先应分析零件图以及该零件所在部件或总成的装配图， 掌握该零件在部件或总成中的位置、功用以及部件或总成对该零件提出的技术要 求，明确零件的主要工作表面，以便在拟定工艺规程时采取相应措施予以保证。 题目所给的零件为主轴箱，是小型箱体，零件图如图 1.1 所示。它位于传动 轴的端部。主要作用是起支承作用，支承着轴、轴承和其他零件，使他们按照一 定的要求连接起来，保证正确的相互位置，减小主轴的弯曲变形。 1.1.2 分析零件的技术要求 对零件的技术要求进行分析，包括如下内容： 1.了解该零件的主要工艺特点： 该零件为小型箱体，整体式箱体，外形不规则，内部呈空腔型，形状比较复 杂，加工表面较多，如箱体的同轴孔系和平行孔系，箱壁上的平面和数量较多的 紧固螺栓孔等。材料为铸铁，零件经热处理退火，硬度 HB190，属于典型的箱体 零件的加工。 2.分析零件上的加工表面及形状精度： 该零件主要加工表面有三处：1. 前后端面及凸台顶面：无形状精度要求，粗 河南科技大学毕业设计（论文） 3 糙度要求 Ra3.2um；2. 四个 40 孔：尺寸要求 400+0.025，表面粗糙度要求孔 Ra1.6um,端面 Ra3.2um； 3. 两个 500+0.025：尺寸要求 500+0.025，孔表面粗糙 度要求 Ra1.6um，两端倒角 145。 3.分析零件的位置精度： 该零件主要位置精度有：1. A 面对 B 面不平行度要求 0.02/300； 2. 镗孔 中心线对 B 面不垂直度要求 0.03/200； 3. 镗孔台阶面对孔中心线不垂直度公差 0.015； 4. 同轴镗孔不同轴度公差 0.01； 由以上分析可知，对于这三组加工表面而言，可先加工第一组平面，并以此 为基准加工后面两组孔面，借助于专用夹具加工定位，并且保证它们之间的位置 精度要求。 图 1-1 小型箱体零件图 1.2 确定零件的生产类型确定零件的生产类型 零件的生产类型是指企业生产专业绘画程度的分类，它对工艺规程的制订具 河南科技大学毕业设计（论文） 4 有决定性的影响。生产类型一般可分为大量生产、成批生产和单件生产三种类型， 不同的生产类型有着不同的工艺特征。零件的生产类型是按零件的年生产纲领和 产品的特征来确定的。零件的年生产纲领 N 可按下式计算： N=Qm(1+a%)(1+b%) （1-1） 式中 N零件的生产纲领(件/年)； Q产品的年产量（台/年） ； m每台产品中该零件的数量(件/台)； a%备品率，一般取 2%4%,此处取 4%； b%废品率，一般取 0.3%0.7%，此处取 0.5%。 根据上式可计算零件的生产纲领： N=20001（1+4%）(1+0.5%)=20904 (件) 再通过该零件的结构特征为小型箱体，属于轻型零件，可确定其生产类型为 大批生产。 1.3 确定毛坯的种类和制造方法确定毛坯的种类和制造方法 机械加工中毛坯的种类很多，如铸件、锻件、型件、挤压件、冲压件及焊接 组合件等，同一种毛坯又有不同的制造方法。最常用的毛坯是铸件和锻件。 该小型箱体零件形状复杂，宜用铸件，选用 HT250。铸造方法采用砂型铸造。 由于该零件为大批量生产，铸造精度高，要求表面质量和机械性能均良好，故选 用金属模机器造型，而且生产效率较高。 1.4 拟定工艺路线拟定工艺路线 工艺路线的拟定包括：定位基准的选择；各表面加工方法的确定；加工阶段 的划分；工序顺序的安排。 1.4.1 选择定位基准 1.精基准的选择 该零件孔面之间有较高的垂直度要求，孔之间有同轴度要求，为保证这些位 置精度，所选的精基准应该是精度较高、表面粗糙度较小、支承面积较大的表面， 河南科技大学毕业设计（论文） 5 故选用 A 面或 B 面，以及两个 500+0.025孔作为精基准。这样采取一面两销定位 可靠，使工序集中，减少装夹次数，简化工艺过程，提高生产率。 2.粗基准的选择 前面已经选择 A 面或 B 面，以及两个 500+0.025孔作为精基准，则在前面一 至两道工序应先加工出精基准。按照粗基准的选取原则，选用底面和端面两个非 加工表面作为粗基准，这样可以保证加工表面即精基准表面的精度，而且尺寸足 够大、平整，定位准确、夹紧可靠。 1.4.2 表面加工方法的选择 由前面零件的工艺分析可知，该零件主要有三组主要加工表面以及相应的钻 孔和攻丝。现对各表面的加工方法拟定如下表 2-1 所示。 表 2-1 零件表面加工方法的选择 1.4.3 工艺顺序的安排 在安排机械加工工序时，应根据加工阶段的划分、基准的选择和被加工表面 的主次来决定，使零件的集合形状、尺寸精度和位置精度等技术要求能得到合理 的保证。一般应遵循几个原则：先基准后其他，先粗后精，先主后次，先面后孔 等。本零件在生产纲领已确定为大批量生产的条件下，可以采用专用生产线配以 专用工夹具，并尽量使工序集中来提高生产率。 1.工艺路线方案一 加工表面加工方案经济精度等级达到表面粗糙度 Ra/um 要求表面粗糙度 Ra/um 两端面及凸台 顶面 粗铣精铣IT796.31.6 3.2 两个 50粗镗精镗IT671.60.8 1.6 四个 40粗镗精镗IT671.60.8 1.6 前后端面及凸 台顶面螺纹孔 钻IT1112 12.5 无 河南科技大学毕业设计（论文） 6 工序 粗精铣两侧面及凸台顶面。 工序 粗精镗两 500+0.025孔。 工序 粗镗四个 400+0.025孔。 工序 精镗四个 400+0.025孔。 工序 钻两侧面及凸台顶面螺纹孔。 工序 攻丝。 2.工艺路线方案二 工序 粗铣右侧面 A 面。 工序 粗精镗两 500+0.025孔。 工序 粗精铣左侧面 B 面。 工序 精铣右侧面 A 面及凸台顶面。 工序 粗镗四个 400+0.025孔。 工序 精镗四个 400+0.025孔。 工序 钻两侧面及凸台顶面螺纹孔。 工序 攻丝。 3.工艺方案的比较与分析 上述两个方案的特点在意:方案一是在一次装夹中加工出两侧面及凸台顶面， 没有基准转换；方案二是先加工一侧面，并以此为基准加工两 500+0.025孔和另 一侧面，然后再加工刚开始的侧面。两相比较可以看出，方案一中的工序减少了 装夹次数，工序集中，有利于采用高生产率机床，节省装夹工作时间，有利于保 证各加工面的相互位置精度，减少了工序数目，缩短工艺路线，也简化了生产计 划和组织工作。方案二加工精基准时出现了基准转换，不利于保证位置精度，工 艺路线长，设备和工人数量多，生产占地面积较大。另外，方案一各个工序时间 定额大致相同，有利于组织管理和充分利用劳动力。 该零件属于大批量生产，采用专用生产线，使用多刀多轴的自动机床，专用 设备和专用工装按照节拍组织流水生产，因此这里采用方案一的工艺路线。 故最终加工路线确定如下： 工序 粗精铣两侧面及凸台顶面。 工序 粗精镗两 500+0.025孔。 工序 粗镗四个 400+0.025孔。 河南科技大学毕业设计（论文） 7 工序 精镗四个 400+0.025孔。 工序 钻两侧面及凸台顶面螺纹孔。 工序 攻丝。 1.5 机械加工余量、工序尺寸和毛坯尺寸的确定 1.5.1 铸件尺寸公差 1.铸件尺寸公差等级 铸件允许尺寸的变动量为铸件尺寸公差。铸件尺寸公差有 16 级，代号为 CT1CT16,常用的是 CT4CT13。 本零件为大批量生产，采用砂型铸造，金属模机器造型，查机械加工余量 手册表 2-1，可知本零件公差等级可取 CT8CT10，由于铸造采用精铸，故选 用 CT8，由机械加工余量手册表 2-3 得，铸件尺寸公差为 2.2mm。 2.公差带位置 铸件公差带位置对于基本尺寸对称分部，即一半在基本尺寸之上，一半在基 本尺寸之下。 1.5.2 机械加工余量 机械加工余量有 10 级，为 AK 级。由机械制造技术课程设计指导书表 2-5 得，本零件机械加工余量等级取 EG 级，在此取 F 级，相应的加工余量可查 得为 2.5mm. 1.5.3 铸件毛坯尺寸 铸件某一部位在铸态下的最大尺寸不超过成品尺寸与要求的加工余量及铸件 总公差之和。 对于零件中单边余量的表面按公式（2-2）计算： R=F+RMA+CT/2 (1-2) 对于零件中双边余量的表面按公式（2-3）或（2-4）计算: R=F+2RMA+CT/2 (外圆)或 R=F-2RMA-CT/2（内孔） (1-3) 式中，R毛坯铸件基本尺寸， F加工后成品尺寸， 河南科技大学毕业设计（论文） 8 CT铸件尺寸公差， RMA机械加工余量。 由此可计算各表面的基本尺寸，故毛坯尺寸标注如下图所示： 图 1-2 毛坯尺寸图 1.5.4 工序余量和工序尺寸、公差的确定 各工序尺寸确定如下： 工序 粗精铣两侧面及凸台顶面，查机械制造技术课程设计指导书 表 2-352-38 得，粗铣：Z=1.5mm, 精铣：Z=1mm,公差+0.05mm。 工序 粗精镗两 500+0.025孔，查机械制造技术课程设计指导书表 2-29 得，铸件：46.4mm, 粗镗：48.8mm,2Z=2.4mm, 精镗： 50mm,2Z=1.2mm,公差+0.025mm。 工序 粗镗四个 400+0.025孔，可查得，铸件：29.4mm, 粗镗： 31.8mm, 2Z=2.4mm。 工序 精镗四个 400+0.025孔，可查得，精镗：33mm,2Z=1.2mm,公差 河南科技大学毕业设计（论文） 9 +0.025mm。 工序 钻两侧面及凸台顶面螺纹孔，可查得，两侧面钻孔：10.5mm； 凸台顶面：4mm。 工序 攻丝。 各工序尺寸偏差按“入体原则”标注。 1.6 确定工序的切削用量和基本工时 工序为钻两侧面及凸台面螺纹孔，采用计算法确定切削用量。 1.6.1 钻削用量选择 1.选择钻头和机床 采用专用攻螺纹前钻孔用阶梯麻花钻，直径 d0=10.5mm。机床采用专用组合 机床。 2.选择切削用量 切削深度： ap=d0/2=10.5/2=5.25mm。 进给量：根据机械制造技术课程设计指导书表 5-22 查得 f=0.100.18 mm/r，由于 l/d=20/10.52，不是深孔，故不需要修正。 切削速度查简明机械加工工艺手册表 11-12 得，v=0.25（m/s） 。 取 f=0.15 mm/r，则主轴转速为 n=454.8r/min。 3.计算钻削力，扭矩及功率 按简明机械加工工艺手册表 11-14 计算： 轴向力： F=CFd0XFfYFKF (N) （1-4） 切削扭矩：M= CMd0XMfYMKM10-3 (Nm) （1-5） 切削功率：Pm=2 Mn10-3 (Kw) （1-6） 查得相应系数和指数值为： CF=588.60， CM=255.63， XF=1， XM=1.9 YF=0.8, YM=0.8, KF=0.9, KM=0.87 代入计算得： F=588.610.50.150.80.9=1219.34 （N） M=225.6310.51.90.150.80.8710-3=3.75 （N） 河南科技大学毕业设计（论文） 10 Pm=23.757.5810-3=0.179 (Kw) 以上值还要与机床允许值相比较方可。 1.6.2 基本工时的计算 由机械制造技术课程设计指导书表 5-41 得： 钻削基本时间为：tj=L/(jn)=(l1+ l2 +l)/(fn) （1-7） 式中 l加工深度，l=20mm l1=9mm, l2=0, f=0.15mm/r, n=7.58r/s 则 tj=（20+9+0）/(0.157.58)=25.5s=0.425min, 即单件基本工时为 0.425min。 第二章 三面钻床专用夹具设计 经与指导老师协商，决定设计专用三面钻床夹具。本夹具用于专用三面钻床， 加工时主要考虑的是如何提高劳动生产率，降低劳动强度，而精度不是主要问题。 2.1 定位方案设计 2.1.1 加工要求 河南科技大学毕业设计（论文） 11 本夹具主要用来钻 20 和 4 共 16 个螺纹孔，分布在不同的三个面上。这 16 个孔都有一定的精度要求。经分析，这 16 个孔用于螺纹连接，形位精度要求 不高。孔之间中心距精确到 0.2mm。 2.1.2 定位方案设计 图 2-1 三面钻的定位方案 1.自由度分析 要保证各个孔的位置以及孔深，应限制工件的六个自由度，即工件需要完全 定位，必须严格限制六个自由度。 2.定位方法的选择 由零件图可知，所要加工的孔对平面没有位置精度要求。为了使定位误差减 小，遵循基准重合的原则，先选择 B 面这一较大的精基准面作为主要定位基准面， 与夹具上的支承面接触，一限制工件的、这三个自由度。同时，选择工X Y Z 件上的两个 500+0.025孔作为定位孔，用一短圆柱销与一个削边销和其配合，来 限制工件的其他三个自由度。因此本工位采用一面两销定位。定位方案如图所示： 3.定位误差分析 由上述分析可知，定位误差是由精基准面 B 及精基准内孔引起的，与粗基准 工件外型结构无关。 工件和定位销之间有相对的运动，而且工件又是大批大量生产，及工件与定 位销的结构与尺寸，查相关手册选用 H 7/ h 6 基孔制配合： 定位销的极限尺寸： 00 0.025 50 d d 孔的极限尺寸： 0.040 00 50 D D 河南科技大学毕业设计（论文） 12 菱形销查相关手册选用 H7/k6 基孔制配合： 一面两销定位误差的计算公式： =+ (2-1) ( )D W Y1D1d1min = (2-2) J W 11min2min 1122 2 DdDd tg L 式中： 工件在夹具中的定位误差； D W Y 孔的加工公差； D 轴的加工公差； d 第一定位孔与圆定销间的最小间隙； 1min 第二定位孔与菱型销间的最小间隙； 2min 转角误差； J W 两定位销中心距。L 第二定位孔的极限尺寸：= 2 2 D D 50 0.015 0 菱型销的极限尺寸：= 0 22d d 50 0 002 . 0 两孔中心距 L= 290 mm 5定位元件材料、机械性能的选用 （1）定位环：非标件，基本形状及尺寸见零件图。 a)材料：# 45 按 GB1298-77优质碳素结构钢钢号和一般技术要求条件 ； b)热处理： 淬火 HRC38-42； c)其它技术条件：按 GB2259-80机床夹具零件及部件技术条件 。 （2）定位轴：非标件，基本尺寸见零件图。 a)材料：# 45 按 GB1298-77优质碳素结构钢钢号和一般技术要求条件 ； b)热处理： 淬火 HRC43-48； c) 其它技术条件：按 GB2259-80机床夹具零件及部件技术条件 。 （3）活动定位块：非标件，基本尺寸见装配图。 a) 材料：# 45 按 GB1298-77优质碳素结构钢钢号和一般技术要求条件 ； b) 热处理： 淬火 HRC43-48； c) 其它技术条件：按 GB2259-80机床夹具零件技术条件 。 河南科技大学毕业设计（论文） 13 2.2 夹紧装置的设计 2.2.1 夹紧力的确定 1夹紧力方向的选择 夹紧力选择原则：夹紧力应指向主要定位基准，使工件紧紧靠在支承元件上； 夹紧力的方向应有利于减小夹紧力；夹紧力的方向应与工件刚度最大的方向一致 以减小工件变形。综合考虑以上几点，本工序夹紧力的方向应垂直于工件的 A 面， 这样既可以垂直主要定位基准 B 面，而且是工件刚度最好的方向。 2夹紧力作用点选择 夹紧力作用点的选择原则：夹紧力的作用点应通过支承元件或由几个支承元 件所构成的支撑面，以防止夹紧时产生翻转力矩；夹紧力作用点应在工件刚度较 好的部位，以减小工件的受力变形；夹紧力作用点应靠近加工表面。综合以上考 虑，夹紧力作用点选择如前面定位方案中所示。 3夹紧力的估算 在设计机动夹紧装置时，应计算出夹紧力的大小，以便选择部件、元件的尺 寸。首先找出作用在工件上的外力（除夹紧力以外） ，明确其大小，方向和作用 位置。分析工件在外力作用下可能发生的运动趋势，建立力平衡方程式，求得此 状态喜爱的夹紧力理论值 W，再乘以安全系数得实际夹紧力 WK。 计算单个钻削力、扭矩及功率，由上一章得： F=1219.34 （N） ；M=3.75 （N） ； Pm=0.179 (Kw) 则在一个面上的总的钻削力为 F=6F=61219.34=7316.04N 考虑安全系数在内，K=K1K2K3K4 （2-3） K1基本安全系数，取 1.5； K2加工性质系数，取 1.1； K3刀具钝化系数，取 1.1； K4断续切削系数，取 1.1。 故 WK=KF=1.11.11.11.57316.04=14606.47 N。 实际两组钻头同时工作时，因为两组钻头对称分布轴向力相互抵消。而此工 件的扭矩作用的结果并不产生轴向力，因此工件总体受力较小。 河南科技大学毕业设计（论文） 14 随着行程增加，工进 20mm 处，右侧钻头开始空转，即对工件无进给力作用， 左侧继续工进，产生力和力矩作用。 2.2.2 夹紧机构的设计 常见的机械夹紧机构有斜楔、螺旋、偏心和定心等机构，它们也是基本的夹 紧元件，许多夹紧装置都是由它们组合而成的。本次设计采用液压动力的斜楔夹 紧机构。 1活塞作用力的确定 活塞作用力 P 的近似计算： (2-4) /Pp 式中: 活塞运动方向的夹紧力，为 7316.04N；p 各种损失的有效系数，取 0.8； 由公式（2-5）得： =7316.04/0.8=9145.04N/Pp 2计算液压缸尺寸 推力工作时缸径的计算: (2-5) 2 Prp 式中: 活塞最大作用力；P 油缸工作压力，夹紧油缸一般取，此处取；p1.5 5MPa1.5pMPa 油缸半径；r 由公式（2-6）可求得： r /9145.05/ 3.14 1.544Ppmm 当时，2pMPa 0.5dD 所以活塞杆的直径： 44drmm 活塞无杆腔、有杆腔的最大流量 Q1、Q2的确定: 活塞无杆腔、有杆腔的最大移动速度的选取， 1 2/m s v 2 4/m s v 河南科技大学毕业设计（论文） 15 (2-6) 2 1 1 22 2 2 Q 40 () Q 40 D Dd v v 由公式（2-7）可得： Q1 = 2 1 40 D v 2 7.4 28.5973 /min 40 L Q2= = 22 2 () 40 Dd v 22 (7.43.7 ) 412.8960 /min 40 L 油缸壁厚的验算： (2-7) 1 0.4 1.3 y y p DD p 由公式（2-8）得： 1 0.4 58.40.4 1.3 7.47.6885 1.358.4 1.3 1.3 y y p DDcm p 初步取： 1 130Dmm 油缸压力为时缸体最大应力： py (2-8) 22 1 22 1 0.41.3 y DD p DD 由公式（2-9）得： 22 1 22 1 0.41.3 15.826758.4 y DD pMPaMPa DD 所以,所设计的油缸合理，满足强度和刚度的要求。 式中: D、D1油缸外、内径； Py实验油压，取 1.3 p = 4.29 Mpa； s缸体材料的许用应力，58.4 Mpa； 缸体最大许用应力。 河南科技大学毕业设计（论文） 16 考虑到更为安全的夹紧状态，选用双向作用法兰式小型液压缸：工作行程： l=40mm ；推力：F=1448N ；活塞直径：D=60mm。 3液压缸行程的确定 按照图纸及加工要求，液压缸总行程需为 97mm。 夹紧和松开时液压缸速度：； 1 0.1/vmm s 2 0.1/vmm s 夹紧时间 ： s, （2-9） 3 1 1 97 10 0.97 0.1 l t v 松开时间 ： s （2-10） 3 2 2 97 10 0.97 0.1 l t v 第三章主轴箱设计 我们此次设计的是刚性主轴，刚性主轴有以下特点：刚性主轴的刀具不需要 借助于导向进行加工，主轴和刀杆（或刀盘）是采用刚性连接，这就要求主轴有 较高的刚度，加工质量在很大程度上取决于主轴系统的刚性。如果主轴的刚性不 足，在加工过程中往往产生震动（崩刀） ，即被加工零件难以达到要求的精度和 光洁度，甚至损坏刀具。 因此，在设计刚性主轴时，尽管要考虑的因素很多，但主要的是主轴系统的 设计。所以在这类部件的设计中，一般都是把主要精力放在主轴系统的设计上， 确保主轴系统的精度和足够的刚性。 3.1 主轴箱传动设计 3.1.1 确定各主轴转速 ni。 由前面工艺分析可知，刀具的切削速度为 vi=0.25m/s，则设定各主轴的转速 为 ni=7.58r/s=454.8r/min。式中 v=0.25 m/s，d0=10.5mm。 0 1000v d 3.1.2 确定主运动动力源类型 河南科技大学毕业设计（论文） 17 根据结构设计要求，可以尽量采用电机直接带动的传动方式，这样设计的结 构简单紧凑，并且容易保证传动比，只是可能会引起机床传动的不平稳性。综合 考虑电动机及传动装置的尺寸、重量、价格，分析比较，根据传动所需要的额定 功率和转矩确定选用同步转速为 1500 r/min 的电机。 3.1.3 计算近似传动比 电机同步转速确定后，可根据主轴转速 ni和电机同步转速 n 推算出传动系统 的近似总传动比：i=ni/n=454.8/1500=1：3.3。 3.1.4 确定传动方案 由于 A 面所要加工的孔有 4 个在同一个圆上，另外两个与圆心成对称分布， 所以设计一中间传动轴在圆心位置，使主轴尽可能分布在同一个同心圆上，还可 以保证主轴的强度和刚度。 传动系统总的传动比为 3.3，采用两级减速的方式，在主轴箱内采用齿轮传 动，箱体外采用同步带传动，可有效减少电机轴与中间传动轴连接时出现的不同 轴的问题，而且可以避免摩擦带传动的打滑现象。为使结构紧凑，主轴箱内的齿 轮布置在同一排上，而且齿轮的传动比一般不宜太大。故确定带传动的传动比为 1.6，则齿轮的传动比为 2.08，总传动比误差为： h=0.8%，误差很小，符合要求。 2.08 1.63.3 100% 3.3 主轴箱传动系统图如下： 河南科技大学毕业设计（论文） 18 图 3-1 传动系统简图 3.2 主轴箱动力计算 3.2.1 计算主轴箱传递功率 传动系统确定之后，多轴箱所需要的功率按下列公式计算： （3-1） 111 nnn iii PPPPPPP 切切切切切切切切切切 式中 切削功率，单位为 Kw；P 切切 空转功率，单位为 Kw；P 切 与负荷成正比的功率损失，单位为 Kw。P 切 每根主轴的切削功率，由选定的切削用量按公式计算或查图表获得；每根主 轴的空转功率按组合机床设计简明手册P62 表 4-6 确定；每根主轴上的功率 损失，一般取所传递功率的 1%。 根据机床夹具设计手册功率计算公式得 主轴切削功率： （3-2） 3060 Mv P D 切 式中 M扭矩，单位 Nm； V切削速度,m/s； D钻头直径,mm。 则有 P=0.179 Kw 主轴空转功率： 根据组合机床设计简明手册P62 表 4-6： 转速： n=630r/min ,轴径为 20mm 时：;轴径为 25mm 时：=0.046PKW 切 ；=0.073PKW 切 n=400r/min, 轴径为 20mm 时：；轴径为 25mm 时：=0.03PKW 空 。=0.046PKW 切 而主轴转速为 n=454.8r/min，根据插值法可求得： 因此： =0.034 4+0.052 2=0.24KwP 空z 主轴功率损失： 。所以，=0.24+0.1791%=0.004KwP 失 （） 河南科技大学毕业设计（论文） 19 =0.24+0.179+0.004=0.423KW 111 nnn iii PPPPPPP 多箱切削空失切削空失 3.2.2 选择电动机 依据工作要求，选用一般用途的 Y100L1-4 三相异步电动机，它为卧式封闭结构， 额定功率 2.2Kw，满载转速 1420r/min。 3.2.3 计算实际传动比 1. 传动系统总传动比：i=3.12。 m i n n 1420 454.8 2. 分配各级传动比：i1=1.5，i2=2.08。 3.2.4 计算各轴转速、功率和转矩 1.各轴转速 设定电机轴为 0 轴，中间轴为轴，各主轴统一标记为轴，则各轴转速为 =1420r/min 0 n m n =1420/1.5=946.67 r/min 1 n =946.67/2.08=455 r/minn 2.各轴功率 按电动机额定功率计算各轴功率，即 P0=2.2 Kw P1= P0h=2.20.96=2.112 Kw （3-3） P= P1h=2.1120.96=2.028 Kw 3.各轴转矩 T0=14.8 Nm （3-4） 0 0 2.2 95509550 1420 P n T1= 21.3 Nm 1 1 2.112 95509550 946.67 P n T=42.6 Nm 2 2 2.028 95509550 455 P n 河南科技大学毕业设计（论文） 20 3.2.5 计算各轴最小轴径并校核 电机轴是通用部件，故在此不需设计计算 中间轴： 14.6 mm （3-5） 1 3 3 min0 1 2.112 112 946.67 P dA n 各主轴：18.4 mm 3 3 min0 2.028 112 455 P dA n 按照扭转刚度校核： 中间轴： （3-6） 44 1 114 4 1 21.3 5.73 105.73 100.00340.5 14.6 8.1 10 32 p T GI 各主轴： 44 4 4 42.6 5.73 105.73 100.00270.2 18.4 8.1 10 32 p T GI 故最小轴径的各轴的刚度以满足使用要求。因此可根据轴承承载和其他条件 对轴径适当放大。 3.2.6 带传动和齿轮传动的设计 1.带传动设计 主轴箱传动系统第一级为带传动，电机功率 2.2Kw，转速=1420r/min，传 0 n 动比 i=1.5。 带传动实际计算功率为：Pca=KAP=1.12.2=2.42 Kw，确定带型为同步齿形 带传动，大小轮直径分别为 d1=40mm，d2=60mm 中心距为 380mm。 2.齿轮传动设计 依据各齿轮的转速 ni及其所传递的功率 Ni，初定齿数 Zi=17。按照接触疲劳 强度，查机械设计P209，公式 10-5 有： （3-7） 1 3 2 1 2 FaSa dF Y YKT m Z 公式中： 为载荷系数 AV KKKKK ：使用系数，查机械设计P201 ，表 10-2，取=1.25 A K A K 河南科技大学毕业设计（论文） 21 ：动载系数，查机械设计P202 ，图 10-8，取=1.25 V K V K ：齿间载荷分布系数，查机械设计P203 ，表 10-3，取=1.0KK ：齿间载荷分布系数, 查机械设计P204 ，表 10-4，取K =1.117K T：传递扭矩， T1= 21.3 Nm 因为传递的功率较小，选取， 、查 P209，表 10-50.5 d 0 17Z Fa Y Sa Y 得：， 查 P216，图表 10-20c，=4272.76;1.56 FaSa YY F F 所以 5 3 2 2 1.25 1.25 2.13 102.76 2.56 1.92 0.5 17427 m 由于齿轮模数大小取决于弯曲强度所决定的承载能力。m=21.92，完全满足 疲