专用立式钻床设计.doc

专用钻床设计摘 要 当今，在市场需求的不断扩展和技术不断更新的条件下，世界各国对机械产品的精度和质量要求也在不断的提高，因此数控机床、专用机床已经成为不可阻挡的趋势，并且一些发达国家在这方面已经取得了卓越的成就，而我国在这方面的发展与西方发达国家相比还有不小的差距，因此要提高我国在机械行业的竞争力，已经成为我们不可推卸的责任和义务，而作为一名大学生也必须肩负起这样的责任。这次我们组设计的任务是八缸泵的下体的大批量加工，生产纲领：万件/年。我的具体任务就是钻个8的螺纹底孔。油泵箱体的零件图， 精度要求比较高。为了保证加工要求，经过对零件的分析，我们拟订出工艺规程路线。根据加工要求，本道工序采用专用立式钻床进行加工。在夹具设计中，对零件图进行分析，采用“一面两销”定位原理；主轴箱的设计中，以提高主轴的刚度，采用刚性主轴，由于我所设计的是立式钻床，主要承受的是轴向力，所以主轴采用两个止推轴承外加两个深沟球轴承组合支撑，从而降低径向跳动和轴向窜动，以保证主轴的平稳性，另外考虑到实际机床的安装问题，采用步进电机经一级减速传给主轴以达到加工目的；而机床总体设计中，各部件的设计，要以有利于操作者操作为设计方向，从而达到进一步提高劳动生产效率,降低生产成本的最终目的。关键词：专用立式钻床，主轴箱设计，刚性主轴，一面两销定位原理，！所有下载了本文的注意：本论文附有CAD图纸和完整版说明书，凡下载了本文的读者请留下你的联系方式（QQ邮箱），或加我百度用户名QQ，我把图纸发给你。最后，希望此文能够帮到你！SPECIAL-PURPOSE DRILL DESIGNABSTRACTToday, exclusive vertical drilling design brief, the market needs to continue to expand and update the technical conditions, the world of mechanical precision products and quality requirements are also ongoing to improve, CNC machine tools, Special Machine has become an irresistible trend, and some developed countries in this respect has achieved a remarkable success China, in the development in this area when compared with Western developed countries, there is still a small gap, Therefore, in order to improve the machinery industrys competitiveness, has become an able responsibility and obligation As a university student must also shoulder the responsibility. We designed this task group is the eight-cylinder pump to the lower body mass processing, production program: 100,000 / year. My specific task is to drill eight 8 bottom of the thread. Box pump parts map, the accuracy requirements are relatively high. In order to ensure processing demand, parts of the analysis, we developed a point of order out of line. According to the processing requirements of the exclusive use of a process of vertical drilling machine processing. In fixture design, the right parts chart analysis, a two sales, positioning principle; Spindle box design, Spindle to improve the stiffness using rigid spindle, because I designed the vertical drilling, the bear is the main thrust, So spindle using two thrust bearings plus two deep groove ball bearing assembly support, thereby reducing the radial and axial movement of beating to ensure the smooth spindle, the other taking into account the actual machine installation problems, Stepper motors used by a slowdown pass spindle to achieve processing; and machine design, the design of the various components, to help operators design direction for the operation, so as to achieve further improve labor productivity. Lowering production costs ultimate goal. KEY WORDS: dedicated vertical drilling, spindle box design, rigid spindle, a marketing positioning two principles. 目 录前 言1第1章 零件的工艺设计31.1 确定毛坯的制造形式31.2 零件的工艺分析31.3工艺规程的设计41.3.1 基面的选择41.3.2 工艺路线的制定51.3.3 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定8第2章 切削要素的选择与计算112.1.刀具的选择112.2.切削用量的选取112.2.1切削用量的选择112.2.2 切削要素的计算11第3章 夹具设计143.1 夹紧方案确定143.2 夹紧力的受力分析17第4章主轴箱设计184.1传动的选择和设计184.2 主轴组件的设计194.2.1主轴组件的设计194.2.2齿轮的设计194.3 主轴参数204.4 主轴支承系统的设计22第5章机床总体设计235.1 机床联系尺寸图的绘制23结 论25参考文献26致谢27前 言毕业设计是我们在学完了大学全部基础课、专业课之后进行的一次系统的、全方位的综合性训练，也是搭建从学校到工作岗位非常重要的“桥梁”。在这次毕业设计中，我应用到了我在大学所学的知识探索并解决设计中遇到的问题，是我从一名普通大学生跨入到设计者行列之中不可缺少的一步，在这次设计中我初步了解了正确的设计方法，也使我具具有了初步的提出问题、分析问题、解决问题的能力，可以说这次毕业设计为我以后成为一名优秀的设计者打下了坚实的基础。第1章 零件的工艺设计1.1 确定毛坯的制造形式毛坯影响零件机械加工的工序数量，材料消耗，加工劳动量，所以正确选择毛坯具有重要的经济意义。对于所给的零件的材料是铸铝（HT90），因为是铸造毛坯。工件形状不是很复杂，不是薄壁型工件，而且是大批量生产，所以采用金属铸造。金属型铸造件适合批量生产，内部组织致密，机械性能高。1.2 零件的工艺分析题目给定的零件是八缸油泵的下体（如图11）其加工工序有：底面两面孔及四个螺纹孔的加工；顶面、两侧面及前面四个面的加工；凸轮轴孔的加工；端面钻孔及攻丝；顶面钻孔及攻丝；八个柱塞孔的加工。由于给定的生产纲领为10万件/年，为保证加工精度并提高生产效率，降低生产成本，我们尽量采用当前的先进设备。从基准先行、基准重合、先粗后精，先面后孔，粗基准只用一次等原则，制定工艺路线如下：铣底面及两销孔（工艺孔）及螺纹孔（设备：立式加工中心，先铣后钻，对所有底面及孔进行一次装夹加工成型）；铣两端面（设备：专用卧式双面铣床）；铣顶面（设备：专用立式双面铣床，粗精铣各一次）；铣前面（设备：立式加工中心，螺纹孔及32孔一次加工完成）；镗8个柱塞孔（设备：专用立式镗床）；粗镗凸轮轴孔（设备：专用卧式镗床）；精镗凸轮轴孔（设备：专用卧式专用镗床）；端面攻丝（设备：专用攻丝机床两台）；顶面钻孔（设备：专用立式钻床两台）；顶面攻丝（设备：专用立式攻丝机床两台）。 图1-1泵下体主视图 1.3工艺规程的设计1.3.1 基面的选择 图1-2 泵下体左视图基面的选取是工艺设计中的重要工作之一。其选择准确与否，直接关系着工件的加工质量的好坏及生产率的能否提高，而最重要的基准选取不当的话，还会造成零件的大批量报废，最终关系着工件的生产成本的高低。所以，在基准的选取方面，我们也做了大量的分析工作。一、 粗基准的选择对于一般零件而言，以一个面作为粗基准来加工其他面是完全合理的。按照粗基准的选择原则：即当零件有不加工表面时，应该以这些不加工表面作为粗基准；若零件有若干个不加工表面时，则应以与加工面要求相对位置精度高的不加工表面作为粗。对于本零件来说，在铣底面时，应以顶面作为主要基准来消除三个自由度，在以前面放置定位块限制两个自由度，然后是侧面放置支撑钉消除一个自由度，从而达到完全定位。二、 精基准的选择主要考虑基准重合的问题。它与工件装夹方便与否及工件的加工精度有关。它应遵循以下几条原则:a)用设计基准作为精基准,以消除基准不重合误差.即“基准重合”原则；b)加工应尽可能在多数工序中采用此组精基准定位,即“基准统一”原则；c）当精加工要求余量尽量小而均匀时应选择加工表面本身作为精基准，即“自为基准”原则；d)遵循“互为基准”原则。对此零件的分析可知，该零件的设计基准为地底面（如图1-2）和凸轮轴孔中心线。为了保证加工精度要求，选用底面为主要基准面，再根据加工的位置的不同，来选择第二基准来完全定位，即两个销孔。在后续的加工过程中，全部使用底面的一面两销定位，一面限制了三个自由度（X轴旋转、Y轴旋转、Z轴移动），两销限制了三个自由度（Z轴转动、Y轴移动、X轴移动），从而达到完全定位。1.3.2 工艺路线的制定制定工艺路线的出发点，应当使零件的集合形状、尺寸精度、位置精度等技术要求得到保证。在生产纲领是大批量的情况下，最好采用专用机床和专用夹具，并尽量使工序集中来提高生产率。除此之外还要考虑经济效益，以便使生产成本尽量降低。.工艺方案一10 铣底面、钻孔及攻丝20 铣两侧面30 铣顶面40 铣前面及加工螺纹孔45 中检50 镗8个柱塞孔60 粗镗凸轮轴孔及钻15孔70 精镗凸轮轴孔及钻15孔80 端面攻丝90 钻顶面孔及攻丝100 钻顶面孔及攻丝110 去毛刺、清洗120 终检.工艺方案二10 铣底面20 铣顶面30 铣前面35 钻底面螺纹孔及销孔40 铣两侧面45 中检50 钻侧面孔及攻丝60 粗镗凸轮轴孔70 精镗凸轮轴孔80 镗八个柱塞孔90 钻顶面孔及攻丝100 钻顶面孔及攻丝105 端面攻丝110 去毛刺、清洗120 终检. 工艺方案的分析与比较上述两个工艺方案的特点分别是：方案一，先加工底面及底面上的定位销孔,这样,精基准就被加工出来了,以后的工序全部用底面及定位销孔定位，减少了工件的装夹次数,保证了加工精度,而且粗基准(即顶面)仅使用了一次,布置合理，工序较第二种方案集中合理；而方案二，先加工零件的底面，然后以此为基准加工面上的孔，虽也遵循了先面后孔的原则，但在此基础上，粗基准就使用了两次，势必影响零件的加工精度，而且工序不够集中，安装次数增多，两道工序本可以一次装夹完成加工，但由于工序安排的不合理造成不得不重复装夹加工，这不仅降低了加工精度，还使的生产效率严重降低。而除此之外，方案二采用的设备多为普通机床，也不利于大批量生产，最终都将造成生产成本的大幅度提高；而在方案一中，不仅采用了加工中心等先进设备，而且其它工序也都采用在专用机床上进行加工，这就不仅保证了加工精度，而且还大幅度的提高了生产效率，使得生产成本也大大的降低。如；凸轮轴孔及15孔同时加工，采用卧式双面镗，柱塞孔的粗精镗同时加工；与此相仿，在面加工时，两侧面及顶面同时加工，采用卧式三面铣床等，这些方法都大大提高了加工效率。所以较之以上两种方案，我们最终选取了第一个方案作为我们的设计方案。其最终的加工方案如下:10 铣底面及两销孔（工艺孔）及螺纹孔（立铣，限制顶面三个自由度，前面两个自由度，左侧面一个自由度。设备：立式加工中心，先铣 后钻，对所有底面及孔进行一次加工成型）20 铣两端面（端铣刀，设备专用：卧式双面铣床）30 铣顶面（端铣刀，分两次走刀，从右至左铣，设备：专用立式铣床，粗精铣各一次）40 铣前面（指状或棒状铣刀，设备：立式加工中心，螺纹孔及32孔可装夹一次加工完成）50 镗8个柱塞孔（分两个工位加工，1、3、5、7孔先加工，2、4、6、8孔在第二工位加工，粗、精镗刀及倒角刀安装在一把镗刀杆上，粗、精及倒角一次加工，设备：专用立式镗床）60 粗镗凸轮轴孔（端面15孔的钻削与凸轮轴孔用同一台设备时加工，设备：卧式专用镗床）70 精镗凸轮轴孔（端面15孔的钻削与凸轮轴孔用一台设备同一次装夹进行加工，设备：卧式专用镗床）80 端面钻孔（设备；卧式双面钻床）90 端面攻丝（设备；两台卧式双面攻丝机）100 顶面钻孔（设备：两台钻床）110 顶面攻丝（设备：两台专用立式攻丝机）有以上可知，工艺路线有多种方案，但考虑到几何形状、尺寸精度、位置精度等技术要求的保证，并且要以提高生产率，降低成本为最终目的，我们必须进行方案的比较分析，从而拟定出最佳的工艺方案。1.3.3 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定泵下体零件材料为铸铝，HT90，b=180MP，生产类型为大批量生产，采用金属模铸造。根据上述原始材料的机加工工艺，分别确定各加工表面的加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸如下：由于本设计生产纲领为大批量生产，应该采用调整法加工。因此在求最大、最小加工余量时，应按调整法加工来确定。根据表2.2-308公差等级CT=79级，取CT=8，又根据表2.2-508加工余量等级MA=F。 图1-3 零件底视图1. 底面（288mm75mm） 此表面的公差为自由尺寸公差，但表面粗糙度为Ra=1.6 m。需进行粗、精加工，但由于本道工序采用加工中心粗、精一次加工，所以加工余量定为2mm。毛坯的公差为：0.8mm（表2-6008），故毛坯尺寸为1340.8mm（图1-3）。2. 端面(130mm75mm) 此表面的的公差为自由公差但表面粗糙度为Ra=1.6m。需进行粗、精加工，此时机械粗加工余量为2.0mm（单边），精加工余量为0.5mm，故毛坯尺寸为292.5mm（图1-4）。3. 前面（288mm120mm） 此表面的的公差为自由公差但表面粗糙度为Ra=1.6m。需进行粗、精加工，此时机械加工余量为2.0mm（单边），故毛坯尺寸为132mm（图1-5）。 图1-4零件左视图4. 顶面（288mm75mm） 此表面的的公差为自由公差但表面粗糙度为Ra=1.6m。需进行粗、精加工，此时机械粗加工余量为2.0mm（单边），精加工余量为0.5mm，故毛坯尺寸为132.5mm（图1-6）。5. 柱塞孔面（26mm） 毛坯有铸造孔，只需镗削加工，公差为0.025mm，此表面的的公差为垂直度公差要求不大于0.15mm，表面粗糙度为Ra=0.8m。需进行粗、精镗加工，此时机械粗加工余量为1.2mm（单边），精加工余量为0.3mm，故毛坯尺寸为23mm。粗镗单边余量：1.2mm。精精镗单边余量：0.3mm。6. 凸轮轴孔面（58mm） 毛坯有铸造孔，只需镗削加工，公差为0.025mm，此表面的的公差要求同轴度不大于0.04mm，表面粗糙度为Ra=6.4m。需进行粗、精镗加工才能满足要求，此时机械粗加工余量为1.2mm（单边）（表2-6008），精加工余量为0.3mm，故毛坯尺寸为55mm（图1-6）。粗镗单边余量：1.2mm。精镗单边余量：0.3mm。图1-5零件前视图图1-6零件顶视图第2章 切削要素的选择与计算切削要素选择合适与否对加工也有着有很大的影响，在选择过程中要本着提高生产效率、降低生产成本为方向进行选取。我所加工的是(工序100)：顶面钻孔。加工材料：HT90，b=180MP，铸铝件工件尺寸：8个M8的螺纹底孔2.1.刀具的选择加工的M8的螺纹底孔故选刀具：锥柄麻花钻头。公称直径d=6.7mm。 -机械加工工艺手册2刀具材料：高速钢。 -机械加工工艺手册22.2.切削用量的选取2.2.1切削用量的选择1.切削深度的确定 由于是钻削，所以这个不必考虑。 2. 进给量的确定f= 0.360.44mm/r，取f=0.4 mm/r 由于是多轴加工,取其 70以增加刀具寿命，则f=0.28 mm/r。3. 选择刀具磨钝标准级寿命 钻头后刀面最大磨损量0.50.8取0.6，刀具寿命:T=35min.2.2.2 切削要素的计算1. 确定切削速度： m/min = m/min70上述公式中的参数如下：=40.7 =0 =0.25 =0.4 =0.125 =0.7569 将其代入上式中-与加工材料有关的系数-与钻孔深度有关的系数-与刀具耐用度有关的系数-与钻头刃磨形状有关的系数则钻头切削速度： m/min考虑到属群钻加工取其70以增加刀具寿命,则切削速度： m/min则主轴转速： m/min由于我加工时用的是立钻,轴向力对加工工件来说也属夹紧力的一部分，其对工件夹紧是有利的，所以在此不必计算。2. 扭矩的计算（每个钻头） 上述公式中的参数如下： =0.117 =6.7 =2.0 =0.8又=0.83-钻孔条件改变时扭矩的修正系数-与钻头刃磨形状有关的系数-与刀具磨钝有关的系数将其代入公式上式中，则每个钻头的扭矩： 1.6 Nm3. 切削功率的计算主轴的切削功率：=0.29 kW =2.8 kW第3章 夹具设计以确保工件在加工过程中不发生位置变化，从而保证加工出的表面达到规定的技术要求（尺寸、形状和位置精度），这个过程叫装夹。工件在机床上的装夹方法主要有两种：用找正法装夹工件、用夹具装夹工件。夹具工作原理的要点有：（1） 工件在装夹中占有准确的加工位置。这是通过工件各定位面与夹具的相应定位元件的定位工作面（定位元件上起定位作用的表面）接触、配合或对准来实现的。（2） 使刀具相对有关的定位元件的工作面调整到准确位置，这就保证了刀具在工件上加工出的表面对工件定位基准的位置尺寸。（3） 具对于机床应先保证有准确的相对位置，而夹具结构又保证定位元件的定位工作面对夹具与机床相连接的表面之间的相对准确位置，这就保证了夹具定位工作面对机床切削运动形成表面的准确几何位置，也就达到了工件加工面对定位基准的相互位置精度要求。夹具是机械加工中不可缺少的一种工艺装备，应用十分广泛。它能起到下列作用：（1） 保证稳定可靠地达到各项加工精度要求；（2） 缩短加工工时，提高劳动生产率；（3） 降低生产成本；（4） 减轻工人劳动强度；夹具的主要组成部分有：定位元件、夹紧装置、对刀元件、导引元件、其他装置、连接元件和连接表面、夹具体。要提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动强度，实现大批量生产，设计一套专用夹具是必不可少的。3.1 夹紧方案确定首先，根据加工工件的形状、生产批量、零件的加工工艺规程等来确定工件的夹紧方案，然后进一步设计出符合加工要求的夹具。在夹具的设计方案中要注意很多问题，特别要保证加工的工件符合加工的技术要求及夹具夹紧后的安全性问题，还要使得工件装卸起来容易，另外夹紧力要适中，夹具体零件的制造工艺性等问题也是要考虑的。在我所设计的这道工序中（顶面钻孔及攻丝中的钻孔），其夹具设计主要是要考虑两个定位销的位置关系以及销孔于所钻孔的位置关系。根据对零件的分析，下底面和两个定位销孔是设计基准，为了使设计基准和工艺基准重合：选用下底面和两个定位销孔为定位基准，因为加工孔对上表面有垂直度要求：0.015mm。由第一章的分析可知，后面所有的加工都以工件的底面和两销孔定位，这样既能保证工件的加工要求，又可以所以实现基准统一，从而提高加工质量，简化夹具结构。平面为第一定位基准，一个定位孔为第二定位基准，另一个工艺孔为第三定位基准，究竟那个工艺孔为第二定位基准，应从工件的加工要求进行分析和确定。定位设计时，采用一组支承板和工件的平面基准接触，限制三个自由度。若再采用两个短圆柱销与两个工艺定位孔接触定位时，由于工件上两个工艺孔的中心距和夹具上两定位销的中心距之间的误差，可能形成定位不相容的现象，从而出现了重复定位现象。为了避免重复定位现象，就必须采取措施，来消除这种现象，目前最常用的就是采用：圆柱销和削边销相结合的发法。这样圆柱销限定了两个自由度，削边销限定一个自由度，从而消除了重复定位现象。两定位销采用固定式定位销进行定位，这种定位销的好处可以提高定位精度，简化夹具结构。采用固定式定位销时，为了使工件定位基面能很好地与支承元件相接触，除采用圆柱销和菱形销结合的定位方法以补偿孔间距离的误差外，还必须采用适当的定位销高度，以补偿定位孔与定位基面的不垂直误差。对菱形销采用可靠的防转措施。此箱体的生产纲领属于大批量生产，为了提高生产效率，减轻工人劳动强度，采用液动夹紧，即以液体的压力为动力源。此外，在夹具设计过程中还应考虑夹紧力的方向、作用点和夹紧力的大小：夹紧力的方向应垂直主要定位基准面；夹紧力的作用点应能保证工件定位稳定，不致引起工件产生位移或偏移；夹紧力的方向应有利于减小夹紧力；夹紧力的作用点应使被夹紧工件的夹紧变形尽可能小；夹紧力作用点应尽可能靠近切削部位，以提高夹紧的可靠性，若切削部位刚性不足，可采用辅助支承；夹紧力的大小必须适当，夹紧力过小，工件在夹具中的位置可能在加工过程中产生变动，破坏原有的定位；另一方面，若夹紧力过大，不但会使工件和夹具产生过大的变形，对加工质量不利，而且还将造成人力、物力和财力的浪费。图3-1 夹紧点选择夹紧点的选取在设计的过程中也是十分的重要，如下图(3-1)所示：其中可以作为夹紧的面有A 面，1面，2面跟4面组合，这三种都能用于作为夹紧面，但究竟谁做夹紧面最合适呢，我们可以分析一下：图3-2 夹紧点选择首先就A面来说，虽然可以用来夹紧，但由于钻孔加工工序比较靠后，顶面(A面)已经加工过了，若用来作为夹紧面，就势必要破坏顶面，所以来说这一方案不可取；再看一面，虽然不存在上面所说的问体，但由于是大批量生产，若采用这一方案，工件的装夹不方便，所以也不能采用；最后看2面跟4面组合的方案，只需要调脚夹紧就可以了，这中方案既不存在加工表面怕被讯坏的问题，并且装夹也很方便。如图（3-2）。3.2 夹紧力的受力分析计算夹紧力必须首先对夹具进行受力分析。计算夹紧力时，通常把夹具和工件看成一个刚性系统来简化计算，然后根据工件受切削力、夹紧力（大工件还应考虑重力，高速运动的工件还应考虑惯性力等）后处于静力平衡状态，计算出理论夹紧力W，然后再乘于安全系数K，作为实际夹紧力。由生产经验知，一般K=1.53，粗加工K=2.53，精加工K=1.52。夹紧工件所需夹紧力的大小，不仅与切削力的大小有关外，而且还与切削力对定位支承的作用力方向有关。由生产经验知，一般K=1.53，粗加工K=2.53，精加工K=1.52。夹紧工件所需夹紧力的大小，不仅与切削力的大小有关外，而且还与切削力对定位支承的作用力方向有关。钻床可取K=1.5。钻床的夹紧力主要克服扭矩，扭矩又是靠摩擦力来抵消的，所以夹具的夹紧力是通过扭矩来计算的，即: N有以上受力分析知: N为了保证安全性可适当的增加液压缸的拉力，取： mm（ ）则液压缸的内径： 活塞杆直径取：第4章 主轴箱设计在组合机床及自动线上，当采用标准结构的主轴箱不能满足加工的要求（如大直径深孔加工、平面加工等），或者难以保证精度时，就应设计专用主轴箱。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。4.1传动的选择和设计根据结构设计要求，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促，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。在第二章已经求得电机功率： 2.8 kw主轴的转速:查表，选用电机如下： 电机型号 额定功率 满载转速 同步转速 传动比： =1760：2870=1：1.6由于传动比不大，可以采用电机直接传动的方式进行传动。4.2 主轴组件的设计 4.2.1主轴组件的设计 主轴组件是机床重要的一部分。通常有主轴，轴承和安装在主轴上的传动件等组成。其工作性能对加工质量和机床生产效率有重要影响。一般对主轴组件有五个方面的要求： （1）旋转精度、指主轴前端安装工件或刀具部位的径向和轴向跳动值 （2）静刚度、或简称刚度，反映了机床或部、组、零件抵抗静态外载荷的能力。 （3）抗震性 （4）热变形、由于受热的膨胀是材料固有的性质，因此高精度机床要进一步提高加工精度，往往受到热变形的限制。 （5）耐磨性4.2.2齿轮的设计 已求得主轴的转速，齿轮的破坏形式主要是齿面点蚀，所以只需要按齿轮的接触疲劳强度进行计算就能满足设计要求。设计齿轮（最小齿轮）的最小模数（按接触疲劳强度设计），用以下公式进行设计： (4-1) N：小齿轮的传递功率(N=0.29)； n：小齿轮的转速（）；：传动比（主轴与传动轴按传动）；z：小齿轮的齿数（按最小齿数17计算）；：齿宽系数，齿宽/模数，取6-10 (在此取=10)；：许用接触应力，单位；采用的是 40钢=650；代入(4-1)得： 为了使齿轮能够更好的克服点蚀的破坏，所以在实际设计中可取m=1.5或m=2mm。4.3 主轴参数设计刚性主轴的主要内容之一是选择主轴参数。主轴参数确定的正确与否，对主轴的刚性将有很大的影响。在设计刚性主轴时，往往因为主轴参数选择不合理，使主轴刚性不足，造成切削时主轴的振动，使加工零件达不到要求的精度和光洁度。所以设计刚性主轴箱时，首先要根据实际工作条件来确定主轴的各参数。1主轴的主要参数（如图4-1所示）图4-1 主轴示意图D主轴最小轴径L主轴支撑距离；a主轴的悬伸长；d空心主轴的内孔；L/a主轴的悬伸比；d/D主轴直径比。2. 主轴参数的确定确定主轴的各主要参数，通常是按照主轴的实际工作条件，参考有关经验数据，从多方面进行分析比较来确定。也可借助于公式进行计算。但是，由于公式和图表大多受条件限制，对主轴的实际工作条件不一定适宜，所以单凭计算的来的数据，有时不能满足刚性主轴的工作要求。（1）主轴悬伸长a 从提高主轴刚性的观点出发，希望主轴的前支承尽量靠近刀具（即使得主轴的悬伸尽量小）。（2）支承距和主轴的悬伸比L/a 在确定支承距时，通常引出一个悬伸比的概念，即支承距和悬伸之比。这个数值直接影响主轴的刚度。悬伸比选择过小，主轴受力后产生的挠度和支承处的倾角就会增大，影响主轴的工作性能。所以选择合理的悬伸比是十分重要的，一般的，在专用机床刚性主轴的设计中，通常推荐的悬伸比L/a=1.52.5。（3）主轴最小轴径D 最小轴径D决定主轴刚度的重要因素。在刚性主轴的设计中，确定主轴直径，目前尚无一成熟的方法，如有的采用比较法，即根据使用中类似的刚性主轴与所设计的主轴从其工作条件上加一对比，然后进行选取轴径，选好后再作些简单的验算。但也有的是根据主轴传递的扭矩，按下式作初步估算： （mm） (4-2)式中： M主轴传递的扭矩M：Nmm挠度（度/m） 主轴轴径0.2 中间轴径0.5由第二章已经求得钻削时主轴所传递的扭矩： 1.6 Nm将其代入(4-2)得最小轴径： （4）主轴内孔直径d 在有些刚性主轴的设计中，主轴常采用空心的，主轴内孔直径d应选择适当，否则会影响主轴的刚度，通常推荐主轴的直径比即d/D0.5。实际表明，d/D值增大将使主轴的刚度减弱，d/D0.5时，对主轴的刚度影响不大，但是，当d/D0.7时，空心主轴刚度比实心主轴刚度要降低25，而当d/D0.7时，主轴的刚度将会显著降低。4.4 主轴支承系统的设计影响刚性主轴工作性能的因素很多，除与主轴本身的刚度有关外，与主轴支承系统的刚性也有很大关系，由于支承刚性不足，往往严重地影响着主轴的工作性能，有对刚性主轴的刚度实验表明，由于主轴本身的刚性不足引起的变形，占总变形的5070%；由于支承刚性的不足，引起的变形占总变形的3050%。这说明支承系统的刚性，在刚性主轴设计中是不可忽视的一环。 目前在刚性主轴设计中对滑动轴承和滚动轴承都有采用，但多数情况下是采用滚动轴承，因为滚动轴承具有尺寸小、转速高寿命长、装配简单，而且可以直接从样本中选用等优点。但是，因为滑动轴承抗振性好，工作平稳，径向尺寸小，所以在刚性主轴中也常被采用。经分析，就我所设计的钻床来说，其主轴由于主要是承受轴向力，所以主轴的前支承可以采用圆柱滚子轴承加两个单向推力球轴承（成对使用的，以两个外圈的宽端面相对着，为增大接触角，并带有预紧）组合支承，后面采用短圆柱滚子轴承支承，这样既可以通过止推轴承来提供轴向力，又可以通过前后两个短圆柱滚子轴承来消除径向力。另外两个短圆柱滚子轴承也可以用两个深沟球轴承代替。在设计中，虽然短圆柱滚子轴承相对于深沟球轴承来说能够承受更大的径向力，但由于用短圆柱滚子轴承的话，传动轴的轴承同主轴的轴承无法排下，考虑到是钻床，其径向力不大，所以用深沟球轴承也可以满足要求。 第5章 机床总体设计 5.1 机床联系尺寸图的绘制机床联系尺寸图是决定各部件的轮廓尺寸及相互间联系关系的，是开展各专用部件实际和确定机床最大占地面积的指导图纸。绘制机床联系尺寸图应考虑的主要问题：1. 机床装料高度的确定在确定机床装料高度时，要考虑车间运送工件的滚道高度、工件最低孔的位置、主轴箱最低主轴高度和通用部件尺寸的限制。根据我国具体情况，为了便于操纵和省力，对于一般的专用机床装料高度定为8001000毫米。2. 夹具轮廓尺寸的确定夹具是用于定位和夹紧工件的，所以工件的轮廓尺寸和形状是确定夹具轮廓尺寸的依据。3. 夹具底座高度的确定夹具底座的高度应视夹具的大小而定，既要保证有足够的刚性，又要考虑工件的装料高度。为了便于布置定位元件，一般夹具底座的高度不小于240毫米。4. 主轴箱轮廓尺寸的确定在确定主轴箱的轮廓尺寸时，应力求小巧紧凑，节省金属。在联系尺寸图上还必须明确表明运动部件的终点和原位状态，以及运动过程中的情况；标明工件、夹具及动力头的中心线之间的关系。特别当工件上加工部位对于工件中心不对称时，动力部件对于夹具和中间底座也就不对称，这时应注明动力头中心线相对夹具中心线的偏移距离。机床联系尺寸图绘制后，在机床各部件的具体设计过程中，可能发现某些尺寸定得不合理，甚至不能实现，则可按需要返过来修改尺寸图，加以调整。这时机床联系尺寸图就成了调整各部件相互之间正确尺寸联系的依据。为了避免设计工作的混乱和造成错误，为了有节奏有秩序地开展工作，必须及时地，全面地修改联系尺寸图。机床的联系尺寸图，主要应针对各部件之间的联系尺寸进行标注，各部件只画出必要的轮廓形状即可，尽量减少不必要的线条和尺寸。各部件应严格按同一比例绘制。结 论参考文献1.大连组合机床研究所.组合机床设计M (第一册).北京:机械工业出版社,1973.2.2.徐觐.机械设计手册M（1-5）.北京:机械工业出版社,1993.3.孙恒，陈作模主编.组合机床设计简明手册M (第六版).北京：高等教育出版社，2001.4.谢家瀛.组合机床设计简明手册M.北京:机械工业出版社,1992.5 .乐兑谦.金属切削刀具M.北京:机械工业出版社,1997.6.大连组合机床研究所.组合机床设计参考图册M.北京:机械工业出版社,1975.11.7.孟少农.机械加工工艺手册2M. 北京:机械工业出版社，1992.9.8.东北重型机械学院，洛阳工学院，第一汽车制造厂职工大学.机床夹具设计手册M.上海:上海科技技术出版社.9.沈阳工业大学，大连铁道学院，吉林工学院.组合机床设计M. 上海:上海科技技术出版社，1985.9.10. 组合机床编写小组.组合机床讲义M.北京:国防工业出版社，1975.11.陈于萍.互换性与测量技术基础M.北京:机械工业出版社，2002.9.12.吴宗泽.机械设计实用手册M.北京:化学工业出版社.2000.6.13.王旭华，刘德仿.基于知识的组合机床总体方案CAD系统的研究M.组合机床与自动化加工技术，2002.14.张洁.组合机床总体方案CAD系统M. 组合机床与自动化加工技术，1996.9.15.张满国，曹新国.组合机床总体方案CAD系统的设计与实现M.河北工业大学学报，1999，8. 致谢4外文资料译文外文资料译文数字控制和计算机数字控制系统整个60年代所生产的数控系统是采用以数字电路技术为基础的电子硬件。70年代早期所引入的计算机数字控制系统采用小型或微型计算机来控制机床，并在控制柜中尽可能地取消了附加的硬件电路。摆脱以硬件为基础的数控系统，转为以软件为基础的设备成为一种趋势，这种趋势使得系统更加柔性化，并提高了通过计算机数字控制系统来修改零件程序的可能性。在以硬件为基础的数控系统中，数字控制器采用电压脉冲。每一个脉冲会使得相应轴运动一个单位长度。在这些系统中，一个脉冲等于一个单位长度，脉冲恒等于单位长度。在开环控制系统中，这些脉冲能够启动步进电机，或在闭环控制系统中，这些脉冲能够启动直流伺服电机。传送到每个轴上的脉冲数量等于所需的运动增量，而这些脉冲频率代表轴的速度。在计算机中，信息以二进制字的形式排列、调节和存储。每个字有许多固定的位组成，最常用的是八位字和十六位字。在计算机数字控制系统中，每一位（二进制数）代表一个长度，位恒等于单位长度。计算机数字控制系统按不同配置进行设计。最简单的锥形设计，表明了采用参考脉冲法，也与以硬件为基础的数字控制传送输出脉冲形成了对比。数控系统与计算机数控系统之间运行的主要差别是穿孔纸带的读取方式不同。在数空系统中，每完成一部分切削，就向前移动并读取一个程序块纸带。在每部分生产期间，都要反复读取纸带。在大多数计算机数空系统中，切削开始前，只需一次读取全部纸带并存储在计算机存储器中即可。在加工过程中，计算机数控系统的控制程序应用存储的零件程序给机床发出指令。采取这种方法，计算机数控系统可取消纸带读取错误。计算机化的数字控制计算机化的数字控制概念 在20世纪70年代处出现的数控机床，其理念上的一个重要进步是在数控系统中不用控制器单元，而代之以计算机。这便产生了计算机数字控制系统和直接数字控制系统。计算机数字控制系统是单一机床的自控制数控系统，它含有一台由存储指令所控制的专用小型计算机，可实现若干或全部基本数控功能。使用直接数字控制系统，几台机床则由一个中央计算机直接控制。由于数控系统具有灵活性且投资少，因而它在制造控制系统中得到了更为广泛的应用。计算机数控系统的一个目的是尽可能多地用软件取代常规的数控系统硬件，并简化保留的硬件。计算机数字控制系统的软件至少由三个主要程序组成：零件程序、服务程序和控制程序。零件程序包括几何图形的描述。服务程序用来检查、编辑和修改零件程序。控制程序把零件程序作为输入数据并产生信号驱动运动轴。计算机数字控制的优点由于小型计算机不仅价格下降，而且性能迅速改善，计算机数字控制系统的开发已经取得了进展，这两点的结合就使得把标准计算机用于数控系统极具吸引力。