机械式主轴定位装置的设计【全套8张CAD图纸+毕业论文】【机械专业原创设计】

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机械式主轴定位装置的设计

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关键词：: 机械式主轴定位装置设计全套 cad 图纸毕业论文机械专业原创

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目录
摘要 4
第一章组合机床简介 4
第二章主轴定位器简介 11
2.1主轴定位器在组合机床中的应用 11
2.2主轴定位器简介 12
第三章主轴定位器工作原理 14
第四章机械式主轴定位装置方案设计 15
第五章机械式主轴定位装置设计与计算 16
5.1电机的选择与计算 16
5.1.1电动机的选择 16
5.1.2电动机功率的选择 16
5.1.3电动机转速的选择 16
5.1.4电动机型号确定 16
5.2 蜗轮及蜗杆的选用与校核 17
5.2.1 选择蜗杆传动类型 17
5. 2. 2 选择材料 17
2.2.3 按齿面接触疲劳强度设计 17
5.3 蜗杆与蜗轮的主要参数与几何尺寸 18
5. 3. 1 蜗杆 18
5. 3. 2 蜗轮 19
5. 3. 3 校核齿根弯曲疲劳强度 20
5.4 轴的校核与计算 21
5.4.1 画出受力简图 21
5. 4. 2 画出扭矩图 21
5. 4. 3 弯矩图 22
5.5 弯矩组合图 22
5.6 根据最大危险截面处的扭矩确定最小轴径 22
5.7 连轴器的选择 23
5.7.1 类型选择 23
5.7.2 载荷计算 23
5.7.3 型号选择 23
5.8 键联接的类型和尺寸 23
5.9 蜗杆上键的选取与校核 24
5.10 轴承的选用 24
5. 10. 1 轴承的类型 24
5. 10. 2 轴承的游隙及轴上零件的调配 25
5. 10. 3 滚动轴承的密封装置 26
5. 10. 4 最终主轴定位装置设计图 27
结论 28
致谢 29
参考文献 30

摘要
组合机床是根据工件加工需要，以大量系列化、标准化的通用部件为基础，配以少量的专用部件，对一种或数种工件按预先确定的工序进行加工的高效专用机床。组合机床能够对工件进行多刀、多轴、多面、多工位同时加工；可完成钻孔、扩孔、镗孔、攻螺纹、铣削、车孔端面等工序，随着组合机床技术的发展，其工艺范围日益扩大，如：焊接、热处理、自动测量和自动装配、清洗等非切削工序。
组合机床广泛应用于大批量生产的行业，如：汽车、拖拉机、电动机、内燃机、阀门、缝纫机等制造业。主要加工箱体类零件，如气缸体、变速箱体、汽缸盖、阀体等。

关键词：组合机床镗孔

Abstract
By analyzing the current development situation of open computer numerical control (CNC) system and architecture component software reuse technology, this paper researches on open CNC system based on this technology. Adopting domain engineering method, a CNC system is always organized with its data communication, which plays a role of key link. Furthermore, from which the reusable architecture of an open CNC system is extracted. Also the architecture is instanced to reusable data communication components, which differs from general architecture. The facet modal sorting, expression, storage and retrieval of CNC system components are introduced. Combined with all useful information as above, the integrated development platform of open CNC system is constructed.

Keywords Software reuse Domain engineering Boring

第一章组合机床简介
组合机床是根据工件加工需要，以大量系列化、标准化的通用部件为基础，配以少量的专用部件，对一种或数种工件按预先确定的工序进行加工的高效专用机床。组合机床能够对工件进行多刀、多轴、多面、多工位同时加工；可完成钻孔、扩孔、镗孔、攻螺纹、铣削、车孔端面等工序，随着组合机床技术的发展，其工艺范围日益扩大，如：焊接、热处理、自动测量和自动装配、清洗等非切削工序。
组合机床广泛应用于大批量生产的行业，如：汽车、拖拉机、电动机、内燃机、阀门、缝纫机等制造业。主要加工箱体类零件，如气缸体、变速箱体、汽缸盖、阀体等；一些重要零件的关键加工工序，虽然生产批量不大，也采用组合机床来保证其加工质量。目前，组合机床的研制正向高效、高精度、高自动化的柔性化方向发展。
本文根据工厂需要,设计能高效得进行上箱体缸体粗镗孔专机上的主轴箱[1]。
1.1 组合机床的概念
组合机床是一种自动化或半自动化的机床。无论是机械电气或电气控制的都能实现自动循环。半自动化的组合机床，工人只要将工件装夹好，按一下按钮，机床既可自动进行加工，加工一个循环停止。自动化的组合机床，工人只要将零件放到料斗或上料架上，机床即可连续不断地进行加工。
组合机床的通用部件和标准件约占70%——80%，这些部件是系列化的，可以进行成批生产。其余20%——30%的专用部件是由被加工零件的形状、轮廓尺寸、工艺和工序来决定，如夹具、主轴箱、刀具和工具等。
1.2 组合机床的发展历史
1.2.1 国外组合机床的发展历史
1911年，美国为了加工汽车零件研制了组合机床。在发展初期，各机床制造厂都执行自己的通用部件标准。为了方便用户使用和维护，提高互换性，1953年美国福特汽车公司和通用汽车公司与美国机床制造厂协定，确定了组合机床通用部件标准化的原则，并规定了部件间联系尺寸。1973年ISO公布了第一批组合机床通用部件标准，使机床制造标准化做了行业性的规定。在刚过去的20世纪中，对机械制造装备进行了多次更新换代。50年代为“规模效益”模式，即少品种大批量生产模式；70年代，是“精益生产”模式，以提高质量，减低成本为标志，80年代较多的采用数控机床、机器人、柔性制造单元和系统等高技术的集成机械制造装备；90年代，机械制造装备普遍具有“柔性化”、“自动化”和“精密化”的特点，适应多品种小批量和经常更新产品的需要。
1.2.2 国内组合机床的发展历史
在改革开放以来，我国机械制造业迅猛发展。已经具备了成套生产加工各种精密的，高度自动化的以及高效率的组合机床和自动生产线，有些机床甚至已经接近世界先进水平。现在我国已经可以研制并生产出六轴五联动的系统，分辨率可以达到1微米，适用于复杂型体的加工。组合机床未来的发展将更多的采用调速电动机和滚珠丝杠等传动，以简化结构、缩短生产节拍；采用数字控制系统和主轴箱、夹具自动更换系统，以提高工艺可调性；以及纳入柔性制造系统等。
1.3 加工对象及用途
零件在批量生产中为了提高生产率，必须注意缩短加工时间和辅助时间，而且尽可能使辅助和加工时间重合，使每个工位安装多个工件同时进行多刀加工，实行工序高度集中，因而广泛采用组合专用机床。组合机床是根据工件加工需要，以大量系列化、标准化的通用部件为基础，配以少量专用部件，对一种或数种工件按预先确定的工序进行加工的高效专用机床。专用机床能够对工件进行多刀、多轴、多面、多工位同时加工；可完成钻孔、扩孔、镗孔、攻螺纹、铣削、车孔端面等工序，随着组合机床技术的发展，其工艺范围日益扩大，如：焊接、热处理、自动测量和自动装配、清洗等非切削工序。组合机床是用已经系列化、标准化的通用部件和少量专用部件组成的多轴、多刀、多工序、多面或多工位同时加工的高效专用机床，生产效率比通用机床高几倍至几十倍。专用机床广泛应用于大批量生产的行业，如：汽车、拖拉机、电动机、内燃机、阀门、缝纫机等制造业。主要加工箱体类零件，如汽缸体、变速箱体、汽缸盖、阀体等；一些重要零件的关键加工工序，虽然生产批量不大，也采用组合机床来保证其加工质量[2]。
1.4 组合机床的组成
组合机床与一般所指的专用机床的最大不同点，在于组合机床是由大量通用部件及少量专用部件所组成。因此，通用部件是组合机床发展的一个很重要的基础及标志。所谓组合机床通用部件，通常是泛指在组合机床及其自动线的设计与使用中，可以相互更换使用的一些专能部件。这些部件是经过试制与试验而最后定型的。因此，相对而言，它的结构较可靠，使用性能是较稳定的。同时还可以组织专业厂进行生产，使用厂可以象买标准设备一样在市场上买到。这样便可以大大缩短设备的设计与制造周期，降低设备的制造成本。通用部件之所以能相互更换使用，这就是由于各种通用部件之间均有着统一的联系尺寸标准。在组合机床的零件总数中，通用零部件所占有的比重是较大的。一般可达60-70%，最高者则可达到90%以上。不仅如此，而且它的种类也是很多种的。大的通用部件可以是个床身、立柱、动力头、动力滑台及冷却系统等，小的通用部件则可以是个电气挡铁、液压元件（如油缸及单向阀）等[3]。
1.5 组合机床通用部件分类
1.5.1 按在组合机床中所起作用分

内容简介：: 组合机床的发展背景组合机床是按系列化标准化设计的通用部件和按被加工零件的形状及加工工艺要求设计的专用部件组成的专用机床。它是随着生产的发展，由万能机床和专用机床发展来的。由于众多企业的产品产量越来越大，精度要求也越来越高，一些零件采用万能机床加工就不能很好的满足要求了。在这种情况下，组合机床就应运而生了。它同时具备专用机床效率高结构简单的特点和万能机床能够重新调整，以适应新工件加工的特点，即根据工件加工的需要，用通用部件配以部分专用部件组成一台组合机床。组合机床及其生产线,是专用于大批量机械产品生产的高效自动化技术设备，是汽车、拖拉机、内燃机等工业不可替代的主要加工设备。近年来随着数控技术、电子技术、计算机技术等的发展，组合机床的机械结构和控制系统也发生了翻天覆地的变化。组合机床呈现出以下优势：u 由于组合机床是由70-90%的通用零部件组成，在需要的时候，它可以部分或全部的进改装，以组成适应新的加工要求的新设备。u 组合机床是按具体加工对象专门设计的，因而可以按最合理的工艺过程进行加工。u 在组合机床上可以同时从几个方向采用多把刀具对几个工件进行加工。u 组合机床常常是多轴对箱体零件一个面上的许多孔同时进行加工，这样就能比较好的保证各孔相互之间的精度要求，提高产品质量。u 由于组合机床大多数零、部件是同类的通用部件，这就简化了机床的维护和修理。u 组合机床的通用部件可以组织专门工厂集中生产。组合机床也存在着如可变性较万能机床低、改装时劳动量比较大、结构较专用机床复杂等缺点。因此组合机床在今后的发展中，将从提高生产率、扩大工艺范围、提高加工精度、提高自动化程度、提高组合机床及其自动线的可靠性等方面得到进一步突破。在组合机床上，有时为了实现某些特定的要求，如主轴定位、加速和减速、分组传动、行程控制、刹车、让刀、调刀、锁紧、过扭保护以及皮带传动的张紧和卸载等，就要求设计能满足上述要求的附加机构，供设计主轴箱时运用。主轴定位器的简介主轴定位的方式，分为自动和手动两种。通常在机床操作比较简单，生产率和自动化要求又不高时，宜采用手动定位。这种结构即简单，使用又可靠。（1）自动主轴定位实现主轴自动定位的方法很多，按其控制方式不同，分为下述几种：u 机械减速定位主轴用机械实现减速定位的，叫做机械减速定位。供机械减速用的机构很多，其结构也各不相同。但是，它们都是由减速和定位两部分组成。T7511主轴定位减速机构和T7511-F21定位钩是已通用化的部件。T7511-F21定位钩可与卧式主轴定位减速机构配合使用，用于卧式主轴箱的主轴定位；T7511-F21定位钩又可与立式主轴定位减速机构配合使用，用于立式主轴箱的主轴定位。机械减速定位中的主轴定位所需的时间大约在1秒左右。u 电气减速定位主轴用电气实现减速和定位的，叫做电气减速定位。最典型的就是使主轴从两个方向快速趋近定位位置而慢速进行定位的一种电气定位方法。电气减速由主电机同时通入交流和直流电来实现，电气定位则由电气定位器来完成。电气定位器主要由三块回转定位挡铁，三触头组合开关及其拉动电磁铁和主轴松位开关等元件组成。这种电气减速定位，最初用在汽车传动叉耳环加工自动线的半精镗主轴箱上。主轴箱电机的功率为5.5千瓦。实践证明，定位效果良好，定位时间平均约3秒左右。u 电气减速磁感应定位主轴由电气实现减速、由磁感应完成定位的，叫做电气减速磁感应定位。这类定位机构的工作特点是保证镗刀加工表面上不留有退刀痕。u 电气减速机械定位主轴用电气实现减速，由机械完成定位的，叫做电气减速机械定位。属于这类减速定位的电气与机械两者的组合形式也颇多，以定位电机通入交流和直流电实现减速。（2）手动主轴定位主轴手动定位时，可以采用手动主轴定位器，也可以采用定位销，作为主轴的定位部件，定位采用手轮。对手轮的要求是，主轴工作回转时，手轮不转。手动定位器要安在便于操作的地方，手轮的直径不宜太小。主轴定位器是主轴箱常用的附加机构，它主要是供镗削主轴定位用的。所谓主轴定位（更确切和直观的来说是镗杆上镗刀的定位），就是使镗削主轴上的镗刀在每次加工结束后都处于规定的方位上，然后再向被加工零件引进或退出。为了减少主轴传动系统惯性的冲击和获得准确定位，目前均采用低速的定位方法。确定镗孔机床结构方案时，由于工件加工部位的特点，常常遇到需要主轴定位的情况，就是要求镗杆不旋转，并使镗刀朝着一定方向，送到工件毛坯中，然后进行加工。加工完了镗杆又停止旋转，慢速将镗刀定在规定方向，再退出工件。需要采用主轴定位方案的有如下几种情况：（1）当被加工零件的加工表面不允许留有退刀痕迹，从生产率来看，又不能采用以工作进给速度退回时，则可采取主轴定位，并使工件“让刀”退出的方案。（2）在加工多层壁箱体同直径同心孔系时，例如汽缸体曲轴轴承孔，为了使镗刀能通过待加工孔，而送到接近各加工部位，须把工件抬起一个高度，镗杆定位，使镗刀朝上，则可送进工件，然后工件落下定位夹压，镗杆旋转进行切削加工。最后，镗杆停止转动，定位退出。（3）当加工内孔直径稍大于外面孔时，为了自动送进镗刀，要采取主轴定位方案。当需要加工的相邻孔很近，或者孔距箱体壁很近，采用转动导向有困难而必须用固定导向，镗刀又需要通过导向的时候，则可在固定导向上开设引刀槽，使镗杆上的镗刀送进后，再转动加工。工作原理：可以用于机械减速定位的机构很多，其结构也各有不同。但是，它们都是由减速和定位两部分组成的。无论是哪种机械减速定位器，其工作原理基本上是一样的。以下结合图介绍其基本原理：（1）机床原位时，镗削主轴处于定位状态；此时，限位开关14和12被松开。（2）机床开始工作循环后，当发出“向前”信号时，主轴便在定位状态下快速向被加工零件引进。快速引进结束后，被加工零件在夹具作用下移到加工位置上，通过电气信号，电磁铁13接电。电磁铁13的衔铁将定位钩11拉离定位盘10，同时限位开关12和14压下，从而镗削主轴解除定位，主电机可以接电旋转。（3）主电机起动旋转后，主轴定位减速机构中的定位盘10、齿轮1、2、3、4和轴5也被带动回转。镗刀开始对被加工零件进行切削加工。（4）加工到终点，通过电气控制系统，主电机被切断，经过制动或延时后，电磁铁13断电，开关14被松开。此时，定位钩11在弹簧作用下其钩端抵到定位盘10上。若钩端未落入定位盘的槽内，则开关12仍处于被压下状态；在此情况下，通过继电作用，定位电机9和电磁离合器15接电。于是，在定位电机的驱动下，通过蜗杆8、蜗轮7、套筒6、电磁离合器15、轴5、齿轮3和4，使镗削主轴作慢速反向回转（切削时，镗削主轴正向回转），同时定位盘以8转/分的速度逆时针方向转动。直到定位钩的钩端落入槽内，即主轴转到要求的定位位置时，开关12才被松开。开关12被松开后，定位电机9和电磁离合器15便断电，至此镗削主轴的定位过程接结束。待被加工零件让位后，镗削主轴便可从中退出。（5）若是电磁铁13断电的瞬时，定位钩8的钩端恰巧落入定位槽内时，也就是恰逢镗削主轴运行到定位位置上就停止时，则无上述定位过程。 1.齿轮 2.齿轮 3.齿轮 4.齿轮 5.轴 6.套筒 7.蜗轮 8.蜗杆 9.定位电极10.定位盘 11.定位钩 12.开关 13.电磁铁 14.开关 15.离合器主轴机械减速定位器的工作原理图主轴定位装置的基本参数：镗削主轴定位的转数，主轴直径4 毕业设计（论文）（2012届）题目机械式主轴定位装置设计说明书系别院校指导老师 2012年月日目录摘要4第一章组合机床简介4第二章主轴定位器简介112.1主轴定位器在组合机床中的应用112.2主轴定位器简介12第三章主轴定位器工作原理14第四章机械式主轴定位装置方案设计15第五章机械式主轴定位装置设计与计算165.1电机的选择与计算165.1.1电动机的选择165.1.2电动机功率的选择165.1.3电动机转速的选择165.1.4电动机型号确定165.2 蜗轮及蜗杆的选用与校核175.2.1 选择蜗杆传动类型175. 2. 2 选择材料172.2.3 按齿面接触疲劳强度设计175.3 蜗杆与蜗轮的主要参数与几何尺寸185. 3. 1 蜗杆185. 3. 2 蜗轮195. 3. 3 校核齿根弯曲疲劳强度205.4 轴的校核与计算215.4.1 画出受力简图215. 4. 2 画出扭矩图215. 4. 3 弯矩图225.5 弯矩组合图225.6 根据最大危险截面处的扭矩确定最小轴径225.7 连轴器的选择235.7.1 类型选择235.7.2 载荷计算235.7.3 型号选择235.8 键联接的类型和尺寸235.9 蜗杆上键的选取与校核245.10 轴承的选用245. 10. 1 轴承的类型245. 10. 2 轴承的游隙及轴上零件的调配255. 10. 3 滚动轴承的密封装置265. 10. 4 最终主轴定位装置设计图27结论28致谢29参考文献30摘要组合机床是根据工件加工需要，以大量系列化、标准化的通用部件为基础，配以少量的专用部件，对一种或数种工件按预先确定的工序进行加工的高效专用机床。组合机床能够对工件进行多刀、多轴、多面、多工位同时加工；可完成钻孔、扩孔、镗孔、攻螺纹、铣削、车孔端面等工序，随着组合机床技术的发展，其工艺范围日益扩大，如：焊接、热处理、自动测量和自动装配、清洗等非切削工序。组合机床广泛应用于大批量生产的行业，如：汽车、拖拉机、电动机、内燃机、阀门、缝纫机等制造业。主要加工箱体类零件，如气缸体、变速箱体、汽缸盖、阀体等。关键词：组合机床镗孔 Abstract By analyzing the current development situation of open computer numerical control (CNC) system and architecture component software reuse technology, this paper researches on open CNC system based on this technology. Adopting domain engineering method, a CNC system is always organized with its data communication, which plays a role of key link. Furthermore, from which the reusable architecture of an open CNC system is extracted. Also the architecture is instanced to reusable data communication components, which differs from general architecture. The facet modal sorting, expression, storage and retrieval of CNC system components are introduced. Combined with all useful information as above, the integrated development platform of open CNC system is constructed. Keywords Software reuse Domain engineering Boring第一章组合机床简介组合机床是根据工件加工需要，以大量系列化、标准化的通用部件为基础，配以少量的专用部件，对一种或数种工件按预先确定的工序进行加工的高效专用机床。组合机床能够对工件进行多刀、多轴、多面、多工位同时加工；可完成钻孔、扩孔、镗孔、攻螺纹、铣削、车孔端面等工序，随着组合机床技术的发展，其工艺范围日益扩大，如：焊接、热处理、自动测量和自动装配、清洗等非切削工序。组合机床广泛应用于大批量生产的行业，如：汽车、拖拉机、电动机、内燃机、阀门、缝纫机等制造业。主要加工箱体类零件，如气缸体、变速箱体、汽缸盖、阀体等；一些重要零件的关键加工工序，虽然生产批量不大，也采用组合机床来保证其加工质量。目前，组合机床的研制正向高效、高精度、高自动化的柔性化方向发展。本文根据工厂需要,设计能高效得进行上箱体缸体粗镗孔专机上的主轴箱1。1.1 组合机床的概念组合机床是一种自动化或半自动化的机床。无论是机械电气或电气控制的都能实现自动循环。半自动化的组合机床，工人只要将工件装夹好，按一下按钮，机床既可自动进行加工，加工一个循环停止。自动化的组合机床，工人只要将零件放到料斗或上料架上，机床即可连续不断地进行加工。组合机床的通用部件和标准件约占70%80%，这些部件是系列化的，可以进行成批生产。其余20%30%的专用部件是由被加工零件的形状、轮廓尺寸、工艺和工序来决定，如夹具、主轴箱、刀具和工具等。1.2 组合机床的发展历史1.2.1 国外组合机床的发展历史1911年，美国为了加工汽车零件研制了组合机床。在发展初期，各机床制造厂都执行自己的通用部件标准。为了方便用户使用和维护，提高互换性，1953年美国福特汽车公司和通用汽车公司与美国机床制造厂协定，确定了组合机床通用部件标准化的原则，并规定了部件间联系尺寸。1973年ISO公布了第一批组合机床通用部件标准，使机床制造标准化做了行业性的规定。在刚过去的20世纪中，对机械制造装备进行了多次更新换代。50年代为“规模效益”模式，即少品种大批量生产模式；70年代，是“精益生产”模式，以提高质量，减低成本为标志，80年代较多的采用数控机床、机器人、柔性制造单元和系统等高技术的集成机械制造装备；90年代，机械制造装备普遍具有“柔性化”、“自动化”和“精密化”的特点，适应多品种小批量和经常更新产品的需要。1.2.2 国内组合机床的发展历史在改革开放以来，我国机械制造业迅猛发展。已经具备了成套生产加工各种精密的，高度自动化的以及高效率的组合机床和自动生产线，有些机床甚至已经接近世界先进水平。现在我国已经可以研制并生产出六轴五联动的系统，分辨率可以达到1微米，适用于复杂型体的加工。组合机床未来的发展将更多的采用调速电动机和滚珠丝杠等传动，以简化结构、缩短生产节拍；采用数字控制系统和主轴箱、夹具自动更换系统，以提高工艺可调性；以及纳入柔性制造系统等。1.3 加工对象及用途零件在批量生产中为了提高生产率，必须注意缩短加工时间和辅助时间，而且尽可能使辅助和加工时间重合，使每个工位安装多个工件同时进行多刀加工，实行工序高度集中，因而广泛采用组合专用机床。组合机床是根据工件加工需要，以大量系列化、标准化的通用部件为基础，配以少量专用部件，对一种或数种工件按预先确定的工序进行加工的高效专用机床。专用机床能够对工件进行多刀、多轴、多面、多工位同时加工；可完成钻孔、扩孔、镗孔、攻螺纹、铣削、车孔端面等工序，随着组合机床技术的发展，其工艺范围日益扩大，如：焊接、热处理、自动测量和自动装配、清洗等非切削工序。组合机床是用已经系列化、标准化的通用部件和少量专用部件组成的多轴、多刀、多工序、多面或多工位同时加工的高效专用机床，生产效率比通用机床高几倍至几十倍。专用机床广泛应用于大批量生产的行业，如：汽车、拖拉机、电动机、内燃机、阀门、缝纫机等制造业。主要加工箱体类零件，如汽缸体、变速箱体、汽缸盖、阀体等；一些重要零件的关键加工工序，虽然生产批量不大，也采用组合机床来保证其加工质量2。1.4 组合机床的组成组合机床与一般所指的专用机床的最大不同点，在于组合机床是由大量通用部件及少量专用部件所组成。因此，通用部件是组合机床发展的一个很重要的基础及标志。所谓组合机床通用部件，通常是泛指在组合机床及其自动线的设计与使用中，可以相互更换使用的一些专能部件。这些部件是经过试制与试验而最后定型的。因此，相对而言，它的结构较可靠，使用性能是较稳定的。同时还可以组织专业厂进行生产，使用厂可以象买标准设备一样在市场上买到。这样便可以大大缩短设备的设计与制造周期，降低设备的制造成本。通用部件之所以能相互更换使用，这就是由于各种通用部件之间均有着统一的联系尺寸标准。在组合机床的零件总数中，通用零部件所占有的比重是较大的。一般可达60-70%，最高者则可达到90%以上。不仅如此，而且它的种类也是很多种的。大的通用部件可以是个床身、立柱、动力头、动力滑台及冷却系统等，小的通用部件则可以是个电气挡铁、液压元件（如油缸及单向阀）等3。1.5 组合机床通用部件分类1.5.1 按在组合机床中所起作用分（1）动力部件例如动力头和动力滑台等。（2）支承部件例如滑台，床身，立柱及中间底座等。（3）输送部件例如回转分度工作台，回转鼓轮，自动线工作回转台及零件输送装置等。（4）控制部件例如液压元件，控制板，按钮台及电气挡铁等。（5）其他部件例如机械扳手，气动扳手，排屑装置及润滑装置等。1.5.2 按动力部件分（1）液压通用部件优点：（a）结构简单、工作可靠；（b）进给量可无级调整（利用节流挑速器）；（c）过载保护装置简单可靠；（d）容易实现较复杂的工作循环。缺点：（a）进给稳定性受油温影响；（b）掌握液压元件的制造比较慢一些；（c）液压系统出现故障，寻找较困难。（2）机械通用部件优点：（a）进给量稳定，不受温度和气候影响；（b）掌握制造较快；（c）发生故障，易于寻找及消除。缺点：（a）不采用先进技术，实现进给量无级调整困难；（b）结构较复杂，使用电机较多。（3）气动液压通用部件。1.5.3 按动力部件实现的进给方式分（1）箱体移动式它是通过动力部件沿床身导轨的移动来实现刀具进给运动的，通常习惯称为大型通用部件。（2）套筒移动式它是通过主轴套筒的移动来实现刀具进给运动的，通常习惯称为小型通用部件。1.6 组合机床的特点和分类1.6.1 镗床组合机床的特点镗床组合机床主要是用镗刀在工件上镗孔的机床，通常，镗刀旋转为主运动，镗刀或工件的移动为进给运动。它的加工精度和表面质量要高于钻床。镗床是大型箱体零件加工的主要设备。镗床系指主要用镗刀在工件上加工已有预制孔的机床。通常，镗刀旋转为主运动，镗刀或工件的移动为进给运动。它主要用于加工高精度孔或一次定位完成多个孔的精加工，此外还可以从事与孔精加工有关的其他加工面的加工。 1.6.2 镗床组合机床的加工特点加工过程中工件不动，让刀具移动，将刀具中心对正孔中心，并使刀具转动(主运动)。 1.6.3 组合机床镗床的分类(1) 卧式镗床我国是镗床中应用最广泛的一种。它主要是孔加工，镗孔精度可达IT7，表面粗糙度Ra值为1.6-0.8um.卧式镗床的主参数为主轴直径。镗轴水平布置并做轴向进给，主轴箱沿前立柱导轨垂直移动，工作台做纵向或横向移动，进行镗削加工。这种机床应用广泛且比较经济，它主要用于箱体(或支架)类零件的孔加工及其与孔有关的其他加工面加工。 (2) 坐标镗床坐标镗床是高精度机床的一种。它的结构特点是有坐标位置的精密测量装置。坐标镗床可分为单柱式坐标镗床、双柱式坐标镗床和卧式坐标镗床。有精密坐标定位装置的镗床，它主要用于镗削尺寸、形状、特别是位置精度要求较高的孔系，也可用于精密坐标测量、样板划线、刻度等工作。单柱式坐标镗床：主轴带动刀具作旋转主运动，主轴套筒沿轴向作进给运动。特点：结构简单，操作方便，特别适宜加工板状零件的精密孔，但它的刚性较差，所以这种结构只适用于中小型坐标镗床。双柱式坐标镗床：主轴上安装刀具作主运动，工件安装在工作台上随工作台沿床身导轨作纵向直线移动。它的刚性较好，目前大型坐标镗床都采用这种结构。双柱式坐标镗床的主参数为工作台面宽度。卧式坐标镗床：工作台能在水平面内做旋转运动，进给运动可以由工作台纵向移动或主轴轴向移动来实现。它的加工精度较高。 (3)金刚镗床特点是以很小的进给量和很高的切削速度进行加工，因而加工的工件具有较高的尺寸精度（IT6），表面粗糙度可达到0.2微米。用金刚石或硬质合金等刀具，进行精密镗孔的镗床。 (4)深孔钻镗床深孔钻镗床本身刚性强，精度保持好，主轴转速范围广，进给系统由交流伺服电机驱动，能适应各种深孔加工工艺的需要。授油器紧固和工件顶紧采用液压装置，仪表显示、安全可靠。可选择下列几种工作形式：1.工件旋转、刀具旋转和往复进给运动，适用于钻孔和小直径镗孔；2.工件旋转、刀具不旋转只作往复运动，适用于镗大直径孔和套料加工；3.工件不旋转、刀具旋转和往复进给运动，适用于复杂工件的钻孔和小直径的钻孔和小直径镗孔。 (5)落地镗床工件安置在落地工作台上，立柱沿床身纵向或横向运动。用于加工大型工件。组合机床一般采用多轴、多刀、多工序、多面、多工位同时加工，是一种工序集中的高效率机床。组合机床加工，刀具是借助于钻摸板和镗模架，精加工机床采用高精度的导向，所以能稳定的保证产品质量4。1.6 组合机床自动线简介为了进一步改善工作条件、提高生产率、减少占地面积、减少操作工人数量、保证产品质量，将几台实现了自动化的组合机床和辅助装置用自动传送装置联系起来，统一控制，按规定的程序和预定的节拍自动完成某个工件的部分或全部工艺过程，加工出符合要求的工件，称为自动生产线，简称自动线13。1.7 组合机床自动线常用的分类方法：1.7.1 按加工对象分类 (1) 转体零件加工自动线用于加工轴、盘、环、套、筒、轮等件。 (2) 箱体和壳体零件加工自动线用于加工箱体类零件和短圆柱体零件。 (3) 杂加加工自动线用于加工阀体、支架、连杆等零件。1.7.2 按工件输送方式分类 (1) 直接输送的自动线这种自动线，工件由输送带直接带动，一次输送到各共位，输送带基面就是工件上的某一表面。可分通过式和非通过式两种。 (2) 带随行夹具的自动线这种自动线是将工件安装在随行夹具上，由输送带将随行夹具依次传送到各共位，随行夹具的返回方式有水平返回、上方返回和返回三种。(3) 悬挂输送和托盘输送的自动线悬挂输送装置设在机床上方，一般用机械手把工件从一个工位送到下一个工位。托盘输送装置固定在输送带上，托盘随输送带将工件从一个工位送到下一个工位的夹具上，然后托盘再返回原位。1.7.3 按自动线中有无贮料装置分类 (1) 刚性连接的自动线这类自动线设有贮料装置，被加工零件由输送装置强制性的从一个工位移送到下一个工位。(2) 柔性连接的自动线这类自动线中没有贮料装置。1.8 组合机床及其自动线调整与维护的重要意义组合机床是一种高效率的专用机床，在生产线上对工件进行大量的切削加工，如果由于组合机床发生故障而产品质量下降，很难用其它通用设备来代替加工，这样的组合机床一出故障就会直接影响生产任务的完成。因此，平日就应该加强对组合机床的调整与维护。随着我国现代化建设的发展，机械工业技术改造的推进，组合机床及其自动线的使用将有较大幅度的增长，并将不断扩大其使用范围。因此，提高使用组合机床及其自动线单位对组合机床的调整，维护和维修知识及水平已是一个急待解决的任务。第二章主轴定位器简介2.1主轴定位器在组合机床中的应用组合机床是按系列化标准化设计的通用部件和按被加工零件的形状及加工工艺要求设计的专用部件组成的专用机床。它是随着生产的发展，由万能机床和专用机床发展来的。由于众多企业的产品产量越来越大，精度要求也越来越高，一些零件采用万能机床加工就不能很好的满足要求了。在这种情况下，组合机床就应运而生了。它同时具备专用机床效率高结构简单的特点和万能机床能够重新调整，以适应新工件加工的特点，即根据工件加工的需要，用通用部件配以部分专用部件组成一台组合机床。组合机床及其生产线,是专用于大批量机械产品生产的高效自动化技术设备，是汽车、拖拉机、内燃机等工业不可替代的主要加工设备。近年来随着数控技术、电子技术、计算机技术等的发展，组合机床的机械结构和控制系统也发生了翻天覆地的变化。组合机床呈现出以下优势：由于组合机床是由70-90%的通用零部件组成，在需要的时候，它可以部分或全部的进改装，以组成适应新的加工要求的新设备。组合机床是按具体加工对象专门设计的，因而可以按最合理的工艺过程进行加工。在组合机床上可以同时从几个方向采用多把刀具对几个工件进行加工。组合机床常常是多轴对箱体零件一个面上的许多孔同时进行加工，这样就能比较好的保证各孔相互之间的精度要求，提高产品质量。由于组合机床大多数零、部件是同类的通用部件，这就简化了机床的维护和修理。组合机床的通用部件可以组织专门工厂集中生产。组合机床也存在着如可变性较万能机床低、改装时劳动量比较大、结构较专用机床复杂等缺点。因此组合机床在今后的发展中，将从提高生产率、扩大工艺范围、提高加工精度、提高自动化程度、提高组合机床及其自动线的可靠性等方面得到进一步突破。在组合机床上，有时为了实现某些特定的要求，如主轴定位、加速和减速、分组传动、行程控制、刹车、让刀、调刀、锁紧、过扭保护以及皮带传动的张紧和卸载等，就要求设计能满足上述要求的附加机构，供设计主轴箱时运用。2.2主轴定位器简介主轴定位的方式，分为自动和手动两种。通常在机床操作比较简单，生产率和自动化要求又不高时，宜采用手动定位。这种结构即简单，使用又可靠。（1）自动主轴定位实现主轴自动定位的方法很多，按其控制方式不同，分为下述几种：机械减速定位主轴用机械实现减速定位的，叫做机械减速定位。供机械减速用的机构很多，其结构也各不相同。但是，它们都是由减速和定位两部分组成。T7511主轴定位减速机构和T7511-F21定位钩是已通用化的部件。T7511-F21定位钩可与卧式主轴定位减速机构配合使用，用于卧式主轴箱的主轴定位；T7511-F21定位钩又可与立式主轴定位减速机构配合使用，用于立式主轴箱的主轴定位。机械减速定位中的主轴定位所需的时间大约在1秒左右。电气减速定位主轴用电气实现减速和定位的，叫做电气减速定位。最典型的就是使主轴从两个方向快速趋近定位位置而慢速进行定位的一种电气定位方法。电气减速由主电机同时通入交流和直流电来实现，电气定位则由电气定位器来完成。电气定位器主要由三块回转定位挡铁，三触头组合开关及其拉动电磁铁和主轴松位开关等元件组成。这种电气减速定位，最初用在汽车传动叉耳环加工自动线的半精镗主轴箱上。主轴箱电机的功率为5.5千瓦。实践证明，定位效果良好，定位时间平均约3秒左右。电气减速磁感应定位主轴由电气实现减速、由磁感应完成定位的，叫做电气减速磁感应定位。这类定位机构的工作特点是保证镗刀加工表面上不留有退刀痕。电气减速机械定位主轴用电气实现减速，由机械完成定位的，叫做电气减速机械定位。属于这类减速定位的电气与机械两者的组合形式也颇多，以定位电机通入交流和直流电实现减速。（2）手动主轴定位主轴手动定位时，可以采用手动主轴定位器，也可以采用定位销，作为主轴的定位部件，定位采用手轮。对手轮的要求是，主轴工作回转时，手轮不转。手动定位器要安在便于操作的地方，手轮的直径不宜太小。主轴定位器是主轴箱常用的附加机构，它主要是供镗削主轴定位用的。所谓主轴定位（更确切和直观的来说是镗杆上镗刀的定位），就是使镗削主轴上的镗刀在每次加工结束后都处于规定的方位上，然后再向被加工零件引进或退出。为了减少主轴传动系统惯性的冲击和获得准确定位，目前均采用低速的定位方法。确定镗孔机床结构方案时，由于工件加工部位的特点，常常遇到需要主轴定位的情况，就是要求镗杆不旋转，并使镗刀朝着一定方向，送到工件毛坯中，然后进行加工。加工完了镗杆又停止旋转，慢速将镗刀定在规定方向，再退出工件。需要采用主轴定位方案的有如下几种情况：（1）当被加工零件的加工表面不允许留有退刀痕迹，从生产率来看，又不能采用以工作进给速度退回时，则可采取主轴定位，并使工件“让刀”退出的方案。（2）在加工多层壁箱体同直径同心孔系时，例如汽缸体曲轴轴承孔，为了使镗刀能通过待加工孔，而送到接近各加工部位，须把工件抬起一个高度，镗杆定位，使镗刀朝上，则可送进工件，然后工件落下定位夹压，镗杆旋转进行切削加工。最后，镗杆停止转动，定位退出。（3）当加工内孔直径稍大于外面孔时，为了自动送进镗刀，要采取主轴定位方案。当需要加工的相邻孔很近，或者孔距箱体壁很近，采用转动导向有困难而必须用固定导向，镗刀又需要通过导向的时候，则可在固定导向上开设引刀槽，使镗杆上的镗刀送进后，再转动加工。第三章主轴定位器工作原理可以用于机械减速定位的机构很多，其结构也各有不同。但是，它们都是由减速和定位两部分组成的。无论是哪种机械减速定位器，其工作原理基本上是一样的。以下结合图介绍其基本原理：（1）机床原位时，镗削主轴处于定位状态；此时，限位开关14和12被松开。（2）机床开始工作循环后，当发出“向前”信号时，主轴便在定位状态下快速向被加工零件引进。快速引进结束后，被加工零件在夹具作用下移到加工位置上，通过电气信号，电磁铁13接电。电磁铁13的衔铁将定位钩11拉离定位盘10，同时限位开关12和14压下，从而镗削主轴解除定位，主电机可以接电旋转。（3）主电机起动旋转后，主轴定位减速机构中的定位盘10、齿轮1、2、3、4和轴5也被带动回转。镗刀开始对被加工零件进行切削加工。（4）加工到终点，通过电气控制系统，主电机被切断，经过制动或延时后，电磁铁13断电，开关14被松开。此时，定位钩11在弹簧作用下其钩端抵到定位盘10上。若钩端未落入定位盘的槽内，则开关12仍处于被压下状态；在此情况下，通过继电作用，定位电机9和电磁离合器15接电。于是，在定位电机的驱动下，通过蜗杆8、蜗轮7、套筒6、电磁离合器15、轴5、齿轮3和4，使镗削主轴作慢速反向回转（切削时，镗削主轴正向回转），同时定位盘以8转/分的速度逆时针方向转动。直到定位钩的钩端落入槽内，即主轴转到要求的定位位置时，开关12才被松开。开关12被松开后，定位电机9和电磁离合器15便断电，至此镗削主轴的定位过程接结束。待被加工零件让位后，镗削主轴便可从中退出。（5）若是电磁铁13断电的瞬时，定位钩8的钩端恰巧落入定位槽内时，也就是恰逢镗削主轴运行到定位位置上就停止时，则无上述定位过程。第4章机械式主轴定位装置方案设计机械式主轴定位装置由：齿轮1 、齿轮2、齿轮3、齿轮4 、轴、套筒、蜗轮、蜗杆、定位电极、定位盘、定位钩、开关、电磁铁、开关、离合器等零部件组成。图4-1: 主轴机械减速定位器的工作原理图第五章机械式主轴定位装置设计与计算5.1电机的选择与计算5.1.1电动机的选择一般机械装置设计中，原动机多选用电动机。电动机输出连续转动，工作时经传动装置调整和转矩，可满足工作机的各种运动和动力要求。5.1.2电动机功率的选择电动机工作环境为连续工作，变化很少，并且载荷稳定的场合。一般PmPr10%所以：Pm1.5kw5.1.3电动机转速的选择此处电动机的转速已经给出 n1410r/min5.1.4电动机型号确定经查表，得同一功率的三相异步电动机有以下三种型号、转速的选择：Y90S-2 2840r/minY90L-4 1400r/minY100L-6 940r/min根据要求，最终选定三相异步电动机的型号是： Y90L-45.2 蜗轮及蜗杆的选用与校核由于前述所选电机可知T=0.1472N.M传动比设定为i=60，效率=0.4工作日安排每年300工作日计，寿命为7年。5.2.1 选择蜗杆传动类型根据GB/T100851988的推荐，采用渐开线蜗杆。5. 2. 2 选择材料开率到蜗杆传动效率不大，速度只是中等，故蜗杆用45号钢；为达到更高的效率和更好的耐磨性，要求蜗杆螺旋齿面淬火，硬度为4555HRC。蜗轮用铸锡磷青铜Zcusn10p1，金属铸造。为了节约贵重的有色金属，仅齿圈用青铜制造，而轮芯用灰铸铁HT100制造。2.2.3 按齿面接触疲劳强度设计根据闭式蜗杆传动的设计准则，先按齿面接触疲劳强度进行设计，在校核齿根弯曲疲劳强度。传动中心距： (3-2)（1）确定作用在蜗轮上的转距T2按Z1=2，估取效率=0.8，则T2=T*i=3.5382N.M (3-3)（2）确定载荷系数K因工作载荷较稳定，故取载荷分布不均系数K=1；由使用系数KA表从而选取KA=1.15；由于转速不高，冲击不大，可取动载系数KV=1.1；则K=KA*K*KV=1*1.15*1.1=1.2651.27(3-4)（3）确定弹性影响系数ZE因选用的铸锡磷青铜蜗轮和蜗杆相配，故（4）确定接触系数Z先假设蜗杆分度圆直径d1和传动中心距a的比值=0.30，从而可查出Z=3.12。（5）确定许用应力H根据蜗轮材料为铸锡磷青铜zcusn10p1，金属模铸造，蜗杆螺旋齿面硬度45HRC，从而可查得蜗轮的基本许用应力H=268MPA。因为电动刀架中蜗轮蜗杆的传动为间隙性的，故初步定位、其寿命系数为KHN=0.92，则H= KHNH=0.92268=246.56247MPA(3-5)（6）计算中心距(3-6) 取中心距a=50mm，m=1.25mm，蜗杆分度圆直径d1=22.4mm，这时=0.448，从而可查得接触系数=2.72，因为Z，因此以上计算结果可用。5.3 蜗杆与蜗轮的主要参数与几何尺寸5. 3. 1 蜗杆直径系数q=17.92；分度圆直径d1=22.4mm，蜗杆头数Z1=1；分度圆导程角=31138蜗杆轴向齿距：PA=3.94mm；(3-7)蜗杆齿顶圆直径：Da1=54mm(3-8)蜗杆齿根圆直径：=50mm(3-9)蜗杆轴向齿厚：=1.97mm(3-10) 图5.3.1 蜗杆零件图5. 3. 2 蜗轮蜗轮齿数：Z2 =62，变位系数=0 验算传动比：i=/=62/1=62(3-11) 这是传动比误差为：（60-62）/60=2/60=0.033=3.3%(3-12) 蜗轮分度圆直径：d2=mz2=251(3-13) 蜗轮喉圆直径：da2=d2+2ha2=241(3-14) 蜗轮齿根圆直径：df2= d2- 2hf2= 237(3-15)(3-16) 蜗轮喉母圆直径rg2=a-1/2 da2 =4(3-17) 图5.3.2 蜗轮零件图5. 3. 3 校核齿根弯曲疲劳强度(3-18)当量齿数 (3-19)根据2=0，ZV2=62，可查得齿形系数=2.31，螺旋角系数Y=1-/140=0.9773；(3-20)许用弯曲应力F= KFN由资料可查得Zcusn10p1制造的蜗轮的基本许用弯曲应力=56MPa，寿命系数 =0.72，则 F=560.72=40.32MPa(3-21)=2.310.9773=4.29MPa(3-22)所以弯曲强度是满足要求的。5.4 轴的校核与计算5.4.1 画出受力简图计算出：R1=46.6N R2=26.2N 图 3-1受力简图 5. 4. 2 画出扭矩图 T=.i.T电机 =0.36600.98 =21.2 N.M （3-33）图3-2扭矩图 5. 4. 3 弯矩图M=72.818010-3 =13.1N. （3-34）图3-3弯矩图5.5 弯矩组合图由此可知轴的最大危险截面所在。组合弯矩（3-35）图3-4弯矩组合图5.6 根据最大危险截面处的扭矩确定最小轴径（3-36）扭转切应力为脉动循环变应力，取=0.6抗弯截面系数W=0.1d3轴的材料为45号钢：=60MPa 带入相关数据可计算得：d5.45mm根据各个零件在轴上的定位和装拆方案确定轴的形状及小5.7 连轴器的选择5.7.1 类型选择为了隔离振动与冲击，选用弹性套柱销连轴器。5.7.2 载荷计算公称转距：T=N。M计算转距：Tca=RA*T=1.250.710.184N。M（3-37）5.7.3 型号选择因其主动端直径为16mm，从动端轴径为18mm。从（GB432384）中查到TL2型弹性套柱销。连轴器的许用转距为16N.M许用最大转速为7600r/min，轴径在1219之间，故合用。所以选择的型号为：TL2连轴器 GB432385.8 键联接的类型和尺寸因其轴上键的作用是传扭矩，应用平键连接即可，经分析，为了传动精确，应用单圆平键。由资料可查出键的截面尺寸为：宽度b=5mm，高度h=5mm，由连轴器的宽度并参与键的长度系列，从而取得键长L=28mm（比连轴器宽度小一些）。校核键连接的强度键、轴和连轴器的材料都是钢，因而可查得许用桥压力P =120150Pma，取其平均值P=135MPa。键的工作长度l=L-b=28-5=23mm。键与连轴器的键槽的接触高度k=0.5h=2.5mm从而可得：p=1.54MPap=135MPa（3-37）可见满足要求。此键的标记为：键C528 GB/T 109619795

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