普通钻床改为多轴钻床(机电论文)

1 J I A N G S U U N I V E R S I T Y 专专 科科 毕毕 业业 论论 文文 普通钻床改为多轴钻床 Ordinary drill assembled a multiple drill 学院名称 专业班级 机电一体化 专科 学生姓名 XXX 指导教师姓名 指导教师职称 2 2010 年 05 月 江江 苏苏 大大 学学 毕业设计任务书毕业设计任务书 课题名称 普通钻床改为多轴钻床 设计时间 2011 年 04 月 30 日至 2011 年 06 月 04 日 姓 名 学 号 专业班级 机电一体化 专科 指导教师 给定任务书日期 2011 年 04 月 30 日 完成设计日期 2011 年 06 月 04 日 3 毕业论文 设计 任务的内容和要求 毕业论文 设计 任务的内容和要求 包括原始数据 技术要求 工作要求 概述 在一批铸铁零件上分别加工 4 孔 在普通立式钻床上7 进行孔加工 通常是一个孔一个孔的钻削 生产效率低 用非标设备 即组合机床加工 生产效率高 但设备投资大 如果把普通话立式单轴 钻床改造成立式多轴钻床 就可以同时完成多个孔的钻削 生产效率高 投资少 生产准备周期短 产品改型时设备损失小 本设计的主要要求是 多轴箱拆装组合灵活 方便 快速 重量 轻 本设计的主要内容是 1 多轴箱齿轮传动方案设计 2 多轴箱 内齿轮设计 3 多轴箱内轴结构设计 4 多轴箱导向装置设计 5 设 计说明书 6 Pro E 实体 本设计的原始参数是 1 工件尺寸为 2 工 高宽长5120140 件硬度 3 4 尺寸精度为 HBSHB240170 7 13IT 任务要求 任务要求 一 设计内容 1 总体方案确定及可行性论证 2 编写设计说明书一份 1 万字左右 3 CAD 绘制整体结构图纸 二 设计要求 1 设计计算 图纸 零件程序应符合国家标准 2 按时独立完成毕业设计任务 4 设设 计计 进进 度度 表表 起止日期起止日期设计相关内容设计相关内容备注备注 2010 年 04 月 30 日 布置毕业设计及毕业有关工作 05 月 1 日 05 月 8 日工厂收集资料 05 月 9 日 05 月 12 日 实验室工作 05 月 13 日 05 月 26 日 设计任务 1 05 月 13 日 05 月 15 日普通 钻床改为多轴钻床 2 05 月 16 日 05 月 18 日多轴 齿轮传动箱的设计 3 05 月 19 日 05 月 20 日多轴 箱的结构设计与零部件图的设 计 4 05 月 21 日 05 月 22 日导向 装置的设计 5 05 月 23 日 05 月 24 日接杆 刀具 6 05 月 25 日 05 月 26 日整体 方案修改及整合 05 月 27 日 06 月 3 日 教 师 批 改 06 月 04 日 答 辩 5 目 录 目录 5 中文摘要 6 ABSTRACT 6 第 1 章 绪纶 7 1 1 多轴加工应 7 1 2 多轴加工的设备 7 1 3 多轴加工的趋势 9 第 2 章 普通钻床改为多轴钻床 10 2 1 生产任务 10 2 2 普通立式钻的选型 10 第 3 章 多轴齿轮传动箱的设计 12 3 1 设计前的准备 12 3 2 传动系统的设计与计算 13 第 4 章 多轴箱的结构设计与零部件图的绘制 19 4 1 箱盖 箱体和中间板结构 19 4 2 多轴箱轴的设计 19 6 第 5 章 导向装置的设计 36 第 6 章 接杆刀具 37 总结 38 致谢 39 参考文献 40 普通钻床改为多轴钻床普通钻床改为多轴钻床 专业班级 机电一体化 专科 学生姓名 马亮权 指导教师 沈冬萍 李春梅 职称 讲师 文中摘要 本设计是关于普通钻床改造为多轴钻床的设计 普通钻床为单轴机床 但 安装上多轴箱就会成为多轴的钻床 改造成多轴钻床后 能大大地缩短加工时间 提 高生产效率 因此本设计的重点是多轴箱的设计 设计内容包括齿轮分布与选用 轴 的设计 多轴箱的选用 导向装置设计等 关键词 多轴钻床 生产效率 多轴箱 Ordinary drill assembled a multiple drill Abstract The design is about reconstructing the ordinary drill to a multiple drill The ordinary drill is a single drill It will improve its productive efficiency shorten its processing time if assembled a multiple spindle case on That so calls 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 7 the multiple spindle heads etc Key words multiple drill productive efficiency multiple spindle heads 8 第 1 章 绪论 1 1 多轴加工应用 据统计 一般在车间中普通机床的平均切削时间很少超过全部工作时间的 15 其余时间是看图 装卸工件 调换刀具 操作机床 测量 以及清除铁屑等等 使用 数控机床虽然能提高 85 但购置费用大 某些情况下 即使生产率高 但加工相同的 零件 其成本不一定比普通机床低 故必须更多地缩短加工时间 不同的加工方法有 不同的特点 就钻削加工而言 多轴加工是一种通过少量投资来提高生产率的有效措 施 1 1 1 多轴加工优势 虽然不可调式多轴头在自动线中早有应用 但只局限于大批量生产 即使采用可 调式多轴头扩大了使用范围 仍然远不能满足批量小 孔型复杂的要求 尤其随着工 业的发展 大型复杂的多轴加工更是引人注目 例如原子能发电站中大型冷凝器水冷 壁管板有 15000 个 20 孔 若以摇臂钻床加工 单单钻孔与锪沉头孔就要 842 5 小时 另外还要划线工时 151 1 小时 但若以数控八轴落地钻床加工 钻锪孔只要 171 6 小 时 划线也简单 只要 1 9 小时 因此 利用数控控制的二个坐标轴 使刀具正确地 对准加工位置 结合多轴加工不但可以扩大加工范围 而且在提高精度的基础上还能 大大地提高工效 迅速地制造出原来不易加工的零件 有人分析大型高速柴油机 30 种 箱形与杆形零件的 2000 多个钻孔操作中 有 40 可以在自动更换主轴箱机床中用二轴 三轴或四轴多轴头加工 平均可减少 20 的加工时间 1975 年法国巴黎机床展览会也 反映了多轴加工的使用愈来愈多这一趋势 1 2 多轴加工的设备 多轴加工是在一次进给中同时加工许多孔或同时在许多相同或不同工件上各加工 一个孔 这不仅缩短切削时间 提高精度 减少装夹或定位时间 并且在数控机床中 不必计算坐标 减少字块数而简化编程 它可以采用以下一些设备进行加工 立钻或 摇臂钻上装多轴头 多轴钻床 多轴组合机床心及自动更换主轴箱机床 甚至可以通 过二个能自动调节轴距的主轴或多轴箱 结合数控工作台纵横二个方向的运动 加工 9 各种圆形或椭圆形孔组的一个或几个工序 现在就这方面的现状作一简介 1 2 1 多轴头 从传动方式来说主要有齿轮传动与万向联轴节传动二种 这是大家所熟悉的 前 者效率较高 结构简单 后者易于调整轴距 从结构来说有不可调式与可调式二种 前者轴距 不能改变 多采用齿轮传动 仅适用于大批量生产 为了扩大其赞许适应 性 发展了可调式多轴头 在一定范围内可调整轴距 它主要装在有万向 二种 1 万向轴式也有二种 具有对准装置的主轴 主轴装在可调支架中 而可调支架能在壳体 的 T 形槽中移动 并能在对准的位置以螺栓固定 2 具有公差的圆柱形主轴套 主 轴套固定在与式件孔型相同的模板中 前一种适用于批量小且孔组是规则分布的工件 如孔组分布在不同直径的圆周上 后一种适用于批量较大式中小批量的轮番生产中 刚性较好 孔距精度亦高 但不同孔型需要不同的模板 多轴头可以装在立钻式摇臂钻床上 按钻床本身所具有的各种功能进行工作 这 种多轴加工方法 由于钻孔效率 加工范围及精度的关系 使用范围有限 1 2 2 多轴箱 也象多轴头那样作为标准部件生产 美国 Secto 公司标准齿轮箱 多轴箱等设计 的不可调式多轴箱 有 32 种规格 加工面积从 300 300 毫米到 600 1050 毫米 工 作轴达 60 根 动力达 22 5 千瓦 Romai 工厂生产的可调多轴箱调整方便 只要先把齿 轮调整到接近孔型的位置 然后把与它联接的可调轴移动到正确的位置 因此 这种 结构只要改变模板 就能在一定范围内容易地改变孔型 并且可以达到比普通多轴箱 更小的孔距 根据成组加工原理使用多轴箱或多轴头的组合机床很适用于大中批量生产 为了 在加工中获得良好的效果 必需考虑以下数点 1 工件装夹简单 有足够的冷却液 冲走铁屑 2 夹具刚性好 加工时不形变 分度定位正确 3 使用二组刀具的可 能性 以便一组使用 另一组刃磨与调整 从而缩短换刀停机时间 4 使用优质刀 具 监视刀具是否变钝 钻头要机磨 5 尺寸超差时能立即发现 1 2 3 多轴钻床 这是一种能满足多轴加工要求的钻床 诸如导向 功率 进给 转速与加工范围 10 等 巴黎展览会中展出的多轴钻床多具液压进给 其整个工作循坏如快进 工进与清 除铁屑等都是自动进行 值得注意的是 多数具有单独的变速机构 这样可以适应某 一组孔中不同孔径的加工需要 1 2 4 自动更换主轴箱机床 为了中小批量生产合理化的需要 最近几年发展了自动更换主轴箱组合机床 1 自动更换主轴机床 自动更换主轴机床顶部是回转式主轴箱库 挂有多个不可调主轴箱 纵横配线盘 予先编好工作程序 使相应的主轴箱进入加工工位 定位紧并与动力联接 然后装有 工件的工作台转动到主轴箱下面 向上移动进行加工 当变更加工对象时 只要调换 悬挂的主轴箱 就能适应不同孔型与不同工序的需要 2 多轴转塔机床 转塔上装置多个不可调或万向联轴节主轴箱 转塔能自动转位 并对夹紧在回转 工作台的工件作进给运动 通过工作台回转 可以加工工件的多个面 因为转塔不宜 过大 故它的工位数一般不超过 4 6 个 且主轴箱也不宜过大 当加工对象的工序较 多 尺寸较大时 就不如自动更换主轴箱机床合适 但它的结构简单 3 自动更换主轴箱组合机床 它由自动线或组合机床中的标准部件组成 不可调多轴箱与动力箱按置在水平底 座上 主轴箱库转动时整个装置紧固在进给系统的溜板上 主轴箱库转动与进给动作 都按标准子程序工作 换主轴箱时间为几秒钟 工件夹紧于液压分度回转工作台 以 便加工工件的各个面 好果回转工作台配以卸料装置 就能合流水生产自动化 在可 变生产系统中采用这种装置 并配以相应的控制器可以获得完整的加工系统 4 数控八轴落地钻床 大型冷凝器的水冷壁管板的孔多达 15000 个 它与支撑板联接在一起加工 孔径 为 20 毫米 孔深 180 毫米 采用具有内冷却管道的麻花钻 5 7 巴压力的冷却液可直 接进入切削区 有利于排屑 钻尖磨成 90 供自动 定心 它比普通麻花钻耐用 且 进给量大 为了缩短加工时间 以 8 轴数控落地加工 1 3 多轴加工趋势 11 多轴加工生产效率高 投资少 生产准备周期短 产品改型时设备损失少 而且 随着我国数控技术的发展 多轴加工的范围一定会愈来愈广 加工效率也会不断提高 第 2 章 普通钻床改为多轴钻床 2 1 生产任务 在一批铸铁连接件上有同一个面上有多个孔加工 在普通立式钻床上进行孔加工 通常是一个孔一个孔的钻削 生产效率低 用非标设备 即组合机床加工 生产效率 高 但设备投资大 但把一批普通立式普通单轴钻床改造为立式多轴钻床 改造后的多轴钻床 可以 同时完成多个孔的钻 扩 铰 等工序 设计程序介绍如下 2 2 普通立式钻床的选型 2 2 1计算所需电机功率 零件图如图 1 所示 12 图 1 为工件零件图 材料 铸铁 HT200 料厚 5mm 硬度 HBS170 240HBS 年产量 1000 万件 4 6 7 尺寸精度 IT13 1 确定四个孔同时加工的轴向力 公式 F FFFFF knVYZdC 0 13 式中 365 9 0 661 1 217 0 361 1 1 F C 0 d 3 10 F Z F Y F n F k 0 35m s 表 15 37 文献 1V 则 FN09 4 1 1361 0 35 0 217 1661 0 10 9 365 3 所需电机功率 KWVFP4 135 0 09 4 2 2 2 立式钻床的确定 根据上面计算所需电机的功率 现选用 Z525 立式钻床 其主要技术参数如表 1 所 示 表 1 Z525 立式钻床主要技术参数 型 号技 术 规 格 Z525 最大钻孔直径 mm 25 主轴端面至工作台距离 mm 0 700 主轴端面至底面距离 mm 750 110 主轴中心至导轨距离 mm 250 主轴行距 mm 175 主轴孔莫氏解锥度3 号 主轴最大扭转力矩 N m 245 25 主轴进给力 N 8829 主轴转速 r mm 97 1360 主轴箱行程 mm 200 进给量 mm r 0 1 0 8 工作台行程 mm 325 工作台工作面积 mm2 500 375 主电动机功率 kw 2 8 多轴齿轮传动箱的设计 14 第 3 章 多轴齿轮传动箱的设计 3 1 设计前的准备 1 大致了解工件上被加工孔为 4 个 10 的孔 毛坯种类为灰铸铁的铸件 由于石 墨的润滑及割裂作用 使灰铸铁很易切削加工 屑片易断 刀具磨损少 故可选用硬 质合金锥柄麻花钻 GB10946 89 文献 2 2 切削用量的确定 根据表 2 7 文献 切削速度 进给量 min 21mVc rmmf 17 0 则切削转速min 998 7 614 3 2110001000 r d V ns 根据 Z525 机床说明书 取min 960rns 故实际切削速度为 min 2 20 1000 9607 614 3 1000 m dn V w c 3 确定加工时的单件工时 一般为 5 10mm 取 10mm 切入 L 文献 3 mmdL 2 108 3 7 6 8 3 3 1 切出 mmL5 加工 加工一个孔所需时间 min15 0 17 0 960 2 25 1 fn LLL t w m 切出加工切入 单件时工时 min6 015 0 44 1 tmtm 15 3 2 传动系统的设计与计算 1 选定齿轮的传动方式 初定为外啮合 2 齿轮分布方案确定 根据分析零件图 多轴箱齿轮分布初定有以下图 3 图 4 两种形式 根据通常采用的经济而又有效的传动是 用一根传动轴带支多根主轴 因此 本设计 中采用了图 3 所示的齿轮分布方案 3 明确主动轴 工作轴和惰轮轴的旋转方向 并计算或选定其轴径大小 因为所选定的 Z535 立式钻床主轴是左旋 所以工作轴也为左旋 而惰轮轴则为右旋 根据表 2 确定工作轴直径 机械制造 8 97 43 表 2 加工孔径与工作轴直径对应表 mm 加工孔径 1212 1616 20 工作轴直径 152025 16 因为加工孔径为 10mm 所以工作轴直径选 15mm 主动轴和惰轮轴的直径在以后的轴设计中确定 4 排出齿轮传动的层次 设计各个齿轮 本设计的齿轮传动为单层次的齿轮外啮合传动 传动分布图如图 4 所示 在设计各个齿轮前首先明确已知条件 电机输入功率 齿轮 转速KWP8 2 1 齿轮 转速 假设齿轮 的传动比均为min 1360 1 rn min 960 3 rn i 0 84 即齿轮比 u 1 2 工作寿命 15 年 每年工作 300 天 两班制 选定齿轮类型 精度等级 材料及齿数 选用直齿轮圆柱齿轮传动 多轴箱为一般工作机器 速度不高 故选用 7 级精度 GB10095 88 材料选择 由表 10 1 文献 4 选择齿轮 材料为 40Cr 调质 硬度为 280HBS 齿轮 材料为 45 调质 硬度为 240HBS 齿轮 材料为 45 常化 硬度 210HBS 选齿轮 齿数 齿轮 齿数 取 24 1 Z 8 282 124 12 uZZ29 2 Z 按齿面接触强度设计 由设计计算公式进行试算 3 2 1 1 1 32 2 H E d t t Z u uTK d 确定公式内的各计算数值 1 试选载荷系数 3 1 t K 2 计算齿轮 传递的转矩 mmNnPT 45 11 5 1 10966 1 1360 8 210 5 95 10 5 95 3 由表 10 7 文献 4 选取齿宽系数 0 5 d 4 由表 10 6 文献 4 查得材料的弹性影响系数 2 1 8 189 MPaZE 17 5 由表 10 21d 文献 4 按齿面硬度查得齿轮 的接触疲劳强度极限 MPa H 600 1lim 齿轮 的接触疲劳强度极限 MPa H 550 2lim 6 由表 10 13 文献 4 计算应力循环次数 9 11 10875 5 1530082113606060 h jLnN 99 2 10896 4 2 1 10875 5 N 7 由表 10 19 文献 4 查得接触疲劳寿命系数 90 0 1 HN K95 0 2 HN K 8 计算接触疲劳许用应力 取失效概率为 1 安全系数 由式 10 12 文献 4 得 1 S MPa S K HH H 540 1 6009 0 1lim1lim 1 MPa S K HHN H 5 522 1 55095 0 2lim2 2 计算 1 试算小齿轮分度圆直径 代入中较小的值 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 计算圆周速度 V sm nd V t 81 3 100060 1360649 5314 3 100060 11 3 计算齿b mmdb Hd 82 26649 535 0 4 计算齿宽与齿高之比hb 模数 mmzdm tt 235 2 24 649 53 11 齿高 029 5 235 2 25 2 25 2 t mh 18 3 5029 5 649 53 hb 5 计算载荷系数 根据 v 3 81m s 7 级精度 由图 10 8 文献 4 查得动载系数 Kv 1 14 直齿轮 假设 由表 10 3 文献 4 查得 mmNbFK ta 100 2 1 FH KK 由表 10 2 文献 4 查得使用系数 1 A K 由表 10 4 文献 4 查得 7 级精度齿轮 相对支承非对称布置时 bK ddH 3 22 1023 0 6 0118 0 12 1 将数据代入后得 182 1 649 531023 0 116 0118 0 12 1 322 H K 由 查图 10 13 文献 4 得 182 1 3 5 H Khb15 1 F K 故载荷系数574 1 182 1 2 111 1 1 HHVA KKKKK 6 按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径 由式 10 10a 文献 4 得 53 649x 57 18mm t dd 11 3 KtK 3 3 1 574 1 7 计算模数 m m d1 Z1 57 18 24 2 4mm 圆整为 m 25mm 按齿根弯曲强度设计 由式 10 5 文献 4 得弯曲强度的设计公式为 m 3 2 1 1 2 F SaFa d YY z kT 确定公式内的各计算数值 1 由图 10 20 文献 4 查得齿轮 的弯曲疲劳极限 500Mpa 1FE 齿轮 的弯曲疲劳强度极限 380Mpa 2FE 2 由图 10 18 文献 4 查得弯曲疲劳寿命系数 88 0 85 0 21 FNFN KK 3 计算弯曲疲劳许用应力 19 取弯曲疲劳安全系数 S 1 4 由式 10 12 文献 4 得 1 303 57Mpa F S K FEFN11 4 1 50085 0 238 86MPa 2 F S K FEFN22 4 1 38088 0 4 计算载荷系数 532 1 15 1 2 111 1 1 FFVA KKKKK 5 查取齿形系数 由表 10 5 文献 4 查得53 2 65 2 21 FaFa YY 6 查取应力校正系数 由表 10 5 文献 4 查得62 1 58 1 21 sasa YY 7 计算齿轮 的并加以比较 F SaFaY Y 0 01379 1 11 F SaFaY Y 57 303 58 1 65 2 0 01716 2 22 F SaFa YY 86 238 62 1 53 2 齿轮 的数值大 设计计算 m 3 2 4 01716 0 245 0 10966 1 532 1 2 5 1 mm 对比计算结果 由齿面接触疲劳强度计算的模数 m 大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模 数 由于齿轮模数 m 的大小主要取决于弯曲强度所决定的承载能力 而齿面接触疲劳 强度所决定的承载能力 仅与齿轮直径 即模数与齿数的乘积 有关 可取由弯曲强 度算得的模数 1 5 在零件图中可知 主动轴与惰轮轴的中心距为 51mm 即齿轮 完全啮合的中心距 得 20 m 51 2 21 ZZ 1 5x 51 2 2 1 11 ZZ Z1 31 Z2 37 惰轮轴与工作轴的中心距为 61 5mm 即齿轮 与齿轮 完全啮合时中心距 即 m 61 5 2 31 ZZ 1 5 61 5 2 37 3 Z Z3 45 几何尺寸计算 计算分度圆直径 d1 Z1 m 31x1 5 46 5mm d2 Z2 m 37x1 5 55 5mm d3 Z3 m 45x1 5 67 5mm 计算中心中距 a 51mm a 61 5mm 计算齿轮齿宽 mmdb d 75 33 5 675 0 1 取mmBmmBmmB25 30 35 323 验算 Ft 819 2N 1 1 2 d T 0 48 10966 1 2 4 35 66N mm 100N mm 合格 b FK tA 25 2 8191 21 第 4 章 多轴箱的结构设计与零部件的绘制 多轴箱的传动方式为外啮合 齿轮传动的排列层次为一层 4 1 箱盖 箱体和中间板结构 1 箱体选用 240mmx200mm 长方形箱体 箱盖与之匹配 箱体材料为 HT20 40 箱盖为 HT15 33 2 中间板的作用 箱内部分是轴承的支承座 伸出箱外的部分是导向装置中的滑套支 承座 为便于设计人员选用 已将中间板规范为 23mm 和 28mm 两种厚度的标准 现选 用 23mm 厚的中间板 材料为 HT15 33 4 2 多轴箱轴的设计 1 主动轴的设计 轴材料的选择 表 15 3 文献 4 轴材料选用 45 钢 调质处理 轴径的确定 根据公式 d A0 15 2 文献 4 3 n P 式中 A0 查表 15 3 文献 4 A0取 110 2 0 9550000 T d 110 x 13 9mm 取 d 25mm 3 1360 8 2 轴结构设计 22 选择滚动轴承 因为轴承同时受有径向载荷及轴向载荷 故前 后端均选用单列向心球轴承 由表 1 14 文献 3 选用 7204c 轴承 轴上各段直径 长度如图 5 所示 键的确定 因为齿轮宽为 35mm 所以选用 8x7x22 平键 表 6 1 文献 4 确定轴上圆角和倒角尺寸 参考表 15 2 文献 4 取轴端倒角 2x450 各轴肩的圆角半径为 R 1 0mm 按弯扭合成校核轴的强度 作出轴的计算简图 轴上扭转力矩为 23 M 9549x 9549x 19 7 n P 1360 8 2 mmN 周向力为 Py 1970N d M2 3 1020 7 192 径向力为 Pz 0 48 Py 0 48x1970 945 6N 根据轴的计算简图 分别作出轴的扭矩图 垂直图的弯矩 My 图和水平平面内的弯矩 Mz 图 如图 7 所示 从图中可知 截面 E 为危险截面 在截面 E 上 扭矩 T 和合成弯矩 M 分别为 T 19 7 mN M 39 3 22 zy MM 22 4 3517 mN 轴材料选用 45 钢 355Mpa 许用应力 文献 5 为许用应力安全系数 取 s s s n s 1 5 则 237Mpa s 5 1 355 按第三强度理论进行强度校核 公式 W 1 22 TM W 为轴的抗弯截面系数 W 表 15 4 文献 4 32 3 d d tdbt 2 2 24 W 1533 2 105 8 1427 4 252 22525 32 2514 3 2 3 W 1 22 TM 2 3 2 3 10 7 1910 3 39 4 1427 1 30 8MpaS 1 5 故安全 22 SS SS 22 6 351 7 6 351 7 截面 E 右侧面校核 抗弯截面系数 W 为 W 0 1d3 0 1x203 800mm3 抗扭截面系数 WT为 WT 0 2d3 0 2x203 1600mm3 弯矩 M 及弯曲应力为 M 39300 x 35496 8 5 77 5 7 5 77 mmN 44 4Mpa b W M 800 8 35496 扭矩 T3及扭转应力为 T3 19700 T mmN 12 3Mpa T T W T3 1600 19700 截面上由于轴肩而形成的理论应力集中系数 a 及 a 按附表 3 2 查取 文献 4 因 d r 0 05 1 25 经插值后可查得 a a 20 0 1 d D 20 25 33 2 66 1 又由附图 3 1 文献 可得轴提材料的敏性系数为 q q75 0 81 0 故有效应力集中系数按式 附 3 4 文献 4 为 k 2133 2 75 0 111 aq k 53 1 166 1 81 0 111 aq 26 由附图 3 2 文献 4 得尺寸系数1 由附图 3 3 文献 4 得扭转尺寸系数97 0 轴按磨削加工 由附图 3 4 文献 4 得表面质量系数为 0 92 轴未经表面强化处理 即 则按式 3 12 及 3 12 文献 4 得综合系数值1 q 为 K 1 2 09 1 1 2 1 92 0 1 K 1 1 67 1 97 0 53 1 1 92 0 1 计算安全系数 S 2 96 ma K 1 01 0 4 4409 2 275 S 14 7 ma K 1 2 3 12 05 0 2 3 12 67 1 155 Sca 2 9 S 1 5 22 SS SS 22 7 1496 2 7 1496 2 故该轴在截面右侧面是安全的 又因为轴无大的瞬时过载及严重的应力循环不对称性 故可略去静强度校核 轴承的校核 机床一般传动轴的滚动轴承失效形式 主要是疲劳破坏 故应进行疲劳寿命计算 滚动轴承疲劳寿命计算公式 10 5 文献 4 P C n Lh 60 106 式中 hLh额定寿命 min rn转速 27 表 3 8 50 文献 6 nC额定动载荷 动载荷 P 3 因为所受的轴向力太小 所以忽略不计 Fa 0 所受径向力 Fr 945 6 2 472 8N 表 3 8 50 文献 6 P 0 41Fr 0 87Pa 0 41x472 8 193 8 30000h 表 13 3 文献 6 hLh641098 8 193 14500 136060 10 3 6 h L 轴承安全 2 惰轴的设计 轴材料的选择 表 15 3 文献 4 轴材料选用 45 钢 调质处理 轴径的确定 根据公式 d A0 15 2 文献 4 3 n P 110 取 d 20mm 8 14 84 0 1360 998 2 3 轴的结构设计 选择滚动轴承 因为轴承同时受有径向载荷及轴向载荷 选用单列向心球轴承 由表 1 14 文献 3 选用 28 7002c 轴承 轴上各段直径 长度如图 8 所示 键的确定 因为齿轮宽为 30mm 所以选用 6x6x18 平键 表 6 1 文献 4 轴上圆角和倒角尺寸 参考表 15 2 文献 4 取轴端倒角 2x450 各轴肩的圆角半径为 R 1 0mm 扭合成校核轴的强度 作出轴的计算简图 轴上扭转力矩为 M 9549x 9549x 23 2 n P 84 0 1360 998 2 mN 周向力为 Py 2320N d M2 3 1020 2 232 径向力为 Pz 0 48 Py 0 48x2320 1113 6N 29 根据轴的计算简图 分别作出轴的扭矩图 垂直图的弯矩 My 图和水平平面内的弯矩 Mz 图 如图 10 所示 从图中可知 截面 E 为危险截面 在截面 E 上 扭矩 T 和合成弯矩 M 分别为 T 23 2 mN M 32 8 22 zy MM 22 2 32 4 15 mN 按第三强度理论进行强度校核 文献 5 公式 W 1 22 TM W 为轴的抗弯截面系数 W 表 15 4 文献 4 32 3 d d tdbt 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 故安全 22 SS SS 22 8 18 6 8 18 6 截面 E 右侧面校核 抗弯截面系数 W 为 W 0 1d3 0 1x153 337 5mm3 抗扭截面系数 WT为 WT 0 2d3 0 2x153 675mm3 弯矩 M 及弯曲应力为 M 32800 x 22707 7 39 1239 mmN 67 3Mpa b W M 5 337 7 22707 31 扭矩 T3及扭转应力为 T3 23200 T mmN 34 4Mpa T T W T3 675 23200 截面上由于轴肩而形成的理论应力集中系数 a 及 a 按附表 3 2 查取 文献 4 因 d r 0 07 1 33 经插值后可查得 a a 15 0 1 d D 15 20 12 2 60 1 又由附图 3 1 文献 可得轴提材料的敏性系数为 q q75 0 81 0 故有效应力集中系数按式 附 3 4 文献 4 为 k 84 1 112 2 75 0 111 aq k 49 1 160 181 0111 aq 由附图 3 2 文献 4 得尺寸系数1 由附图 3 3 文献 4 得扭转尺寸系数0 1 轴按磨削加工 由附图 3 4 文献 4 得表面质量系数为 0 92 轴未经表面强化处理 即 则按式 3 12 及 3 12 文献 4 得综合系数值1 q 为 K 1 1 93 1 1 84 1 1 92 0 1 K 1 1 58 1 1 49 1 1 92 0 1 计算安全系数 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 32 Sca 1 99 S 1 5 22 SS SS 22 53 5 12 2 53 5 12 2 故该轴在截面右侧面是安全的 又因为轴无大的瞬时过载及严重的应力循环不对称性 故可略去静强度校核 轴承的校核 因为所受的轴向力太小 所以忽略不计 Fa 0 所受径向力 Fr 1113 6 2 556 8n P 0 41Fr 0 87Pa 0 41x556 8 228 3N 7002c 向心球轴承校核 30000h 表 13 3 文献 6 hLh348604 3 228 6600 84 0 136060 10 3 6 h L 轴承安全 3 工作轴的设计 轴材料的选择 表 15 3 文献 4 轴材料选用 45 钢 调质处理 轴径的确定 在传动系统的设计与计算中已的工作轴的直径定为 d 15mm 轴的结构设计 择滚动轴承 33 因为轴承同时受有径向载荷及轴向载荷 故前 后端均选用单列向心球轴承 又因工 作轴用于钻削 在后端加单向推力球轴承 由表 1 14 文献 3 单列向心球轴承选用 102 轴承 后端单向推力球轴承选用 8102 轴承 各段直径 长度如图 11 所示 键的确定 因为齿轮宽为 25mm 所以选用 5x5x20 平键 表 6 1 文献 4 轴上圆角和倒角尺寸 参考表 15 2 文献 4 取轴端倒角 2x450 各轴肩的圆角半径为 R 0 8mm 扭合成校核轴的强度 作出轴的计算简图 轴上扭转力矩为 M 9549x 9549x 27 3 n P 960 99 998 2 mN 周向力为 Py 3640N d M2 3 1015 3 272 径向力为 Pz 0 48 Py 0 48x3640 1754 5N 根据轴的计算简图 分别作出轴的扭矩图 垂直图的弯矩 My 图和水平平面内的弯矩 Mz 图 如图 13 所示 从图中可知 截面 E 为危险截面 在截面 E 上 扭矩 T 和合成弯矩 34 M 分别为 T 27 3 mN M 54 6 22 zy MM 22 2 49 7 23 mN 按第三强度理论进行强度校核 文献 5 公式 W 1 22 TM W 为轴的抗弯截面系数 W 表 15 4 文献 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 故安全 22 SS SS 22 48 4 85 1 48 4 85 1 截面 E 左侧面校核 抗弯截面系数 W 为 W 0 1d3 0 1x153 337 5mm3 抗扭截面系数 WT为 WT 0 2d3 0 2x153 675mm3 弯矩 M 及弯曲应力为 M 54600mmN 36 161 8Mpa b W M 5 337 54600 扭矩 T3及扭转应力为 T3 27300 T mmN 40 4Mpa T T W T3 675 27300 在附表 3 4 文献 4 用插入法求得轴上键槽处的有效应力集中系数 k k0 54 1 由附图 3 2 文献 4 得尺寸系数88 0 由附图 3 3 文献 4 得扭转尺寸1 轴按磨削加工 由附图 3 4 文献 4 得表面质量系数为 0 92 轴未经表面强化处理 即 则按式 3 12 及 3 12 文献 4 得综合系数值1 q 为 K 1 0 0 09 1 1 92 0 1 K 1 1 63 1 1 54 1 1 92 0 1 计算安全系数 S 18 89 ma K 1 01 0 8 16109 0 275 S 4 57 ma K 1 2 4 40 05 0 2 4 40 63 1 155 Sca 4 4 S 1 5 22 SS SS 22 57 4 89 18 57 4 89 18 故该轴在截面右侧面是安全的 又因为轴无大的瞬时过载及严重的应力循环不对称性 故可略去 静强度校核 轴承的校核 37 机床一般传动轴的滚动轴承失效形式 主要是疲劳破坏 故应进行疲劳寿命计算 1 36102 向心球轴承校核 由第一章可知主动轴的轴向力 Fa 4 091N 所受径向力 Fr 1754 5 2 877 25N 表 3 8 50 文献 6 P 0 41Fr 0 87Pa 0 41x877 25 0 87x4 091 363 2N 30000h 表 13 3 文献 6 hLh883839 2 363 6250 96060 10 3 6 h L 轴承安全 2 8102 推力球轴承校核 P Fa 表 3 8 54 jj P 4 091N 30000h 表 13 3 文献 6 3 6 091 4 10500 96060 10 h L h L 轴承安全 38 第 5 章 导向装置的设计 5 1 导向装置组成 导向装置主要由导柱 导套 弹簧组成 导柱的上端与多轴箱中间板上的导套滑动配 合 下端安装在夹具的钻模板上 1 选择弹簧 用四根弹簧支撑整个多轴箱 粗略估算多轴箱重量 NG 9 4978 9105058200240108 9 93 每根弹簧负荷 F 124 5N 选圆柱螺旋压缩弹簧 表 12 文献 7 弹簧中径 节距 弹簧mmD0 16 2 mmt640 6 丝直径 工作圈数 自由高度 mmd8 1 30 nmmHo140 3 导柱 导套的选择 导柱材料为直径 16mm 长 303mm 15 r Gc 导套材料为 20 号钢 39 第 6 章 接杆刀具 接杆一端为梯形螺纹 与主动轴的内孔滑动配合 通过键传递扭矩 在梯