【JD025】数控深孔镗床的设计[2A0]【机电一体化毕业设计论文】【优秀】【通过答辩】
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山东大学 毕业设计（论文） 题 目： 数控深孔镗床的设计 专 业： 机电一体化工程 学 生： 准考证号： 指导老师： 毕业设计（论文）时间： 年 月 日 年 月 日 山山 东东 大大 学学 本本 科科 毕毕 业业 设设 计计 （ 论论 文文 ） 摘 要 随着数控机床的普遍使用和发展，自动化程度的不断提高，主轴及其组件设计是否合理已成为影响数控精度、制约数控发展的一个重要方面。因此提出了此次设计理念。本设计是以 控镗床授油器主轴部件为主要内容。对数控镗床授油器主轴进行进一步的探讨和研究。 首先对 行了总体设计方案论证，镗床的各个部件及其功用也做了阐述和分析，主轴部分主要由结构设计和技术要求组成，对主轴各部位进行了精确的分析和计算，在连接件设计中选用了轴承类型及型号，与授油器工作及其相关的鼓形卡盘也做了分析设计，并提出了改进 方案，完成主轴及连接件的设计后对其精度也做了详尽论述，保证其能具备良好的加工精度，液压缸的设计中，对授油器工作时起支撑作用的液压缸及其液压系统做了设计和计算，并对右端螺栓连接件进行了仔细的设计，授油器辅助器件中润滑密封和冷却系统对其工作性能有很大的影响，在此都做了详尽研究。在论文中还对部件进行了改进和创新，对授油器驱动装置做了进一步的设计和改进。旨在设计出合理的主轴及其部件。在论文的最后对数控系统进行了设计，从而使 控深孔镗床的功能更加完善。 关键词： 主轴结构 刚度 强度 精度 液压缸 部件改进 山山 东东 大大 学学 本本 科科 毕毕 业业 设设 计计 （ 论论 文文 ） NC of of a on C, NC of an we C as NC to to of as a of on of by of of of a of of of a a of at a in to do of of of of a of a In of to to to do to a so of 山 东东 大大 学学 本本 科科 毕毕 业业 设设 计计 （ 论论 文文 ） 目 录 引言 1第一章 绪论 2 文研究背景和意义 2 控机床国内外发展现状 2 文主要研究内容 3 第二章 数控镗床总体及部分总体设计 4 控深孔镗床总体设计 4 查研究 4 案拟定 4 部件总体设计 5 油器总体设计 6 油器参数 6 作原理 6 油器设计规划 7 第三章 主轴设计 8 的结构设计 8 上零件定位 9 肩定位 9 进轴强度 9 轴段直径和长度的确定 10 轴平均直径确定 10 轴支撑跨距的确定 11 段精确直径长度 13 在设计中的技术要求 14 校核 14 山山 东东 大大 学学 本本 科科 毕毕 业业 设设 计计 （ 论论 文文 ） 弯距合成强度计算 14 校核轴的强度 16 重要部位校核 17 第四章 主轴连接件设计 18 轴承的计算 18 力球轴承选用 19 形卡盘设计 21 及其配件的拟改进方案 21 向键选择 21 向套 21 第五章 主轴及连接件的精度 23 限 23 部位极限选择 23 体选用方法 24 差带选择 24 部件的公差带 24 与轴承的公差带 25 形状公差和位置公差 26 授油器部件表面粗糙度选择 26 第六章 授油器液压系统设计 27 压缸设计 27 栓 设计 28 第七章 系统辅助部件设计 31 滑 31 封 31 却系统 31 却系统设计 31 山山 东东 大大 学学 本本 科科 毕毕 业业 设设 计计 （ 论论 文文 ） 削液的选择 31 第八章 部件改进创新 33 油器驱动装置 33 齿轮传动 33 拟液压控制方案 35 承装配方案 36 第九章 机床的电气设计 37 算机数控系统 37 统的组成 37 统的功能 37 床控制系统的单片机设计 38 片机简介 38 片机在机电一体化中的应用 38 片机系统简介及设计 39 结论 40 致谢 41 参考文献 42 附录 43 山东大学 本科 毕业设计（论文） 1 引 言 数控技术及数控机床在当今机械制造业中的重要地位和巨大效益，显示了其在国家基础工业现代化中的战略性作用，并已成为传统机械制造工业提升改造和实现自动化、柔性化、集成化生产的重要手段和标志。数控技术及数控机床的广泛应用，给机械制造业的产业结构、产品种类和档次以及生产方式带来了革命性的变化。数控机床是现代加工车间最重要的装备。它的发展是信息技术 (1T)与制造技术 (合发展的结果。现代的 捷制造和智能制造技术，都是建立在数控技术之上的。掌握现代数控技术知识是现代机电类专 业学生必不可少的。 随着机械工程的发展，越来越多的大型工件走进了机械制造领域，同时也为作为工作“母机”的机床提出了更高的要求，尤其大型管件的运用，为镗床的加工带来了很大的难度，因此提出了 设计理念，进一步的设计中授油器成为制约镗床加工精度的瓶颈，大型工件精度的保证很大程度上集中于授油器的工作性能。集支撑、顶紧、冷却、润滑于一体的授油器成为设计中的重中之重。 在论文中从各个方面从理论和方案设计上都做了详细的论证和计算，从主轴的设计到计算校核都从不同的方案中比较选择，尽量选择出最优的设计，部件的选 择中，遵循国标，基于互换性的原则，来进一步设计出完善的部件。在论文的最后对数控系统进行了设计，从而使 由于时间和自身水平等原因，论文中存在许多不足之处，望大家多多督促，在以后的学习和工作中，我一定会努力改正。 山东大学 本科 毕业设计（论文） 2 第一章 绪论 数控技术装备工业的技术水平和现代化程度决定着整个国民经济的水平和现代化程度，数控技术及装备是发展新兴高新技术产业和尖端工业（如信息技术及其产业、生物技术及其产业、航空、航天等国防工业产业）的使能技术和最 基本的装备。马克思曾经说过“各种经济时代的区别，不在于生产什么，而在于怎样生产，用什么劳动资料生产”。制造技术和装备就是人类生产活动的最基本的生产资料，而数控技术又是当今先进制造技术和装备最核心的技术。当今世界各国制造业广泛采用数控技术，以提高制造能力和水平，提高对动态多变市场的适应能力和竞争能力。此外世界上各工业发达国家还将数控技术及数控装备列为国家的战略物资，不仅采取重大措施来发展自己的数控技术及其产业，而且在“高精尖”数控关键技术和装备方面对我国实行封锁和限制政策。总之，大力发展以数控技术为核心的先进 制造技术已成为世界各发达国家加速经济发展、提高综合国力和国家地位的重要途径。专家们预言 : 二十一世纪机械制造业的竞争，其实质是数控技术的竞争。加入世贸组织后，中国正在逐步变成“世界制造中心”。为了增强竞争力，中国制造业已经开始广泛推广先进的数控技术。 随着计算机技术和微电子技术的发展，数控机床的性能日臻完善。同时，为了满足制造业向更高层次发展，为柔性制造单元、柔性制造系统和计算机集成系统提供基础设备，数控机床正朝着高精度、高速度、高可靠性、多功能、智能化、开放化等方向发展。随着 先进的数控技术的应用，我国世界制造业加工中心地位的形成，数控技术的提高和发展已经成为中国机械制造业的瓶颈， “十五”期间，是我国机床工具行业发展最快的五年，通过引进技术合作生产等形式，在新产品研发方面取得较大进展。在高速、高精、多轴、复合等方面都有较大突破，尤其是车削加工中心和数控镗铣床更为突出。镗床类产品技术含量普遍较低，数控机床产业化程度仍然不高，这便要求更进一步的提高数控技术，加强技术含量在机床设计中的比重。 山东大学 本科 毕业设计（论文） 3 床是加工圆柱形深孔零件的专用机床，它可以镗削通孔、阶梯 孔，也可以进行光整滚压加工。 此次设计的目的是为了更进一步 的学习了解镗床内部组件构成、原理，工作性能，以及对现行镗削加工的改进。经过对 床整体设计和授油器主轴及其部件的设计进一步探讨对于主轴工作性能及影响其工作负何的相关因素，力求提高整体加工精度。 授油器是镗床中保证加工精度，调整车床的主要部件。其主要功用是与主轴箱卡紧工件，支承镗杆镗削。授油器的工作状况，将直接影响镗床加工精度。授油器的主要工作原理在正文中将具体讲述。授油器主轴较车床主轴承受的扭矩较小，主要为卡紧、调整功用，其主轴精度将直接影 响加工性能。世界先进制造技术的不断兴起，超高速切削、超精密加工等技术的应用，柔性制造系统的迅速发展和计算机集成系统的不断成熟，对数控加工技术提出了更高的要求。但是在镗床加工方面仍然是刚刚开始数控历程，镗削加工的改进后高速度、高精度化，智能化， 控系统小型化仍然是问题。所以必须加强研究关于数控镗床各结构组件的工作性能。 在主轴设计中改进主轴结构，调整部件的装配尺寸，配合，都能够从相应的部分提高主轴的精度，便于镗削加工。进而提高授油器工作性能，改进 山东大学 本科 毕业设计（论文） 4 第二章 数控镗床总体及部件的总体设计 控深孔镗床总体设计 查研究 在设计镗床之前对供需市场进行调查，在大规模镗削中，直径较大的管件难以加工，需要专门化机床对大型工件进行镗削，而国内市场中存在极少型号的大型镗床，数控化专用镗床领域仍然是刚刚触及，所以提出了此次对数控深孔镗床设计的理念，旨在解决深孔镗床镗削大型工件的不足之处。 案拟定 本机床是加工圆柱形深孔零件的专用机床，它可以镗削通孔、阶梯孔，也可以进行光整滚压加工。拟定镗床各部分位置及功能分 配。 床身 床身导轨宽度 1000 身长度 12000 轴箱 主轴头号： 工件安装方式 锥度顶紧 主轴通孔直径 100 轴孔前端锥 度 公制 140 主轴转速范围 20 300转 /分 两档无级调速 20 96 转 /分 96 300转 /分 动力系统 主轴电动机型号 变频电机 25 37 4 功率 37 功率调速范围 1： 4 进给电机型号 交流伺服电机 40/3000i 山东大学 本科 毕业设计（论文） 5 功率 额定转矩 38 却系统电机功率 22 速 1450 r/滑泵电机功率 转速 1450 r/ 各部件总体设计 主轴箱 主轴箱为一全封闭箱体，主轴的旋转是由固定在底座上的变频主电动机带动弹性联轴器，经过各级齿轮传递至主轴，可在两档内无级调速，全部调速通过操纵数控系统或操作面板上的按钮实现。主轴的轴向力是由主轴前端的 2344 型双向 推力角接触轴承来承受，避免整根主轴在全长上受力，并通过主轴箱前部的压板紧扣在床身的台阶侧面上，使主轴箱固定牢固可靠，不会因顶紧工件受力而变形错位。 床身 床身采用宽矩型导轨，布置了纵横交叉的加强筋结构，稳定性好，刚性好，床身导轨面进行中频淬火磨削加工，相配的床鞍导轨及授油器底座均粘贴聚四氟乙烯软带，具有较高的刚性并减少了磨损。床身两边的侧面固定了高精度的齿条，与床鞍上的驱动装置组成齿轮齿条传动副，驱动床鞍及刀架运动。铁屑及冷却油除大部分集屑箱带走外，另一小部分也可从床身中部的空隙而落入地基的槽子中，这对于 机床周围的清洁以及对铁屑的消除方面都是十分有利的。床身下部两边的油槽是相通的，后部的油槽通过油管使油回至冷却油箱。 床鞍 床鞍与床身导轨配合的导轨上粘贴聚四氟乙烯软带，减少磨损，床鞍上还固定着镗杆箱，是镗刀架移动的支撑底座。床鞍靠伺服电机通过减速后带动床身两侧的齿轮齿条啮合驱动。伺服电机通过能够调整传递扭矩的无侧隙弹性联轴器与传动轴相连，经一级减速后又通过可调扭矩联轴器分与两侧减速箱，经再次减速后驱动齿轮齿条啮合而使床鞍移动。床鞍的正常工作进给与快进快退是靠数控系统或手动操作设定。 授油器 授油器安装于 底座上，底座与床身配合的导轨上粘贴有聚四氟乙烯软带，减少磨损。授山东大学 本科 毕业设计（论文） 6 油器主要用于支撑工件。授油器前面应装有与刀架相符的衬套，并带有锥面，其锥面与工件锥面一致，起密封冷却液作用。后面装有与镗杆相符的衬套，中间为冷却液进油口。授油器在使用时必须可靠锁紧。其锁紧装置是利用固定在床身两侧的齿条，用反向齿条齿与齿相咬合而达到固定锁紧的。在床身两侧布置了四套锁紧装置，一般只利用前边的两套即可。 授油器上边布置了一套机动调整工件的装置。当工件太大，装夹时需要转动工件进行调整时，用人力转动工件太困难。这时可利用机动调整装置，放 下压杆，调整齿轮互相啮合，启动电机即可。在授油器的底座下留有安装推拉油缸的固定座，同时在床身的相应位置也留有油缸固定位置，液压站上备有油路接口，相应电路也已设计，用户可自行安装液压移动授油器的油缸，也可按合同要求为用户配备此液压缸。 镗杆支架 镗杆用中心架用以导向和支撑带有刀头的镗杆，其上放置着可更换的衬套，可按不同的镗杆直径而更换，衬套的润滑油是用支架上的油池供给。镗杆中心架的移动是通过一对齿轮和固定在床身上的齿条啮合来实现的，工作时镗杆中心架的移动是利用镗杆箱的推力来实现也可用手摇动固定在其上的驱动装 置，通过齿轮齿条啮合移动中心支撑授油器。 油器总体设计 油器参数 授油器顶紧油缸最大行程 110 油器对工件的最大顶紧力 120 紧方式 齿条锁紧 镗孔最大直径 400 孔最大深度 3000 心高度（从导轨平面至主轴中心） 650 轴最大扭矩 11042(最大工件直径 600 工作原理 授油器安装于底座上，底座与床身配合的导轨上粘贴有聚四氟乙烯软带，减少磨损。授油器主要用于支撑工件。授油器前面应装有与 刀架相符的衬套，并带有锥面，其锥面与工件锥面一致，起密封冷却液作用。后面装有与镗杆相符的衬套，中间为冷却液进油口。 山东大学 本科 毕业设计（论文） 7 工件顶紧由液压装置控制。首先是启动液压站油泵，接通二位四通电磁阀，推动授油器上油缸。其油缸行程为 110 毫米，可顶紧或松开工件。授油器油缸活塞面积为 67180 平方毫米，可通过调节液压系统压力调整顶紧力大小。一般油缸油压不超过 授油器在使用时必须可靠锁紧。其锁紧装置是利用固定在床身两侧的齿条，用反向齿条齿与齿相咬合而达到固定锁紧的。在床身两侧布置了四套锁紧装置，一般只利用前边的两套即 可。 授油器上边布置了一套机动调整工件的装置。当工件太大，装夹时需要转动工件进行调整时，用人力转动工件太困难。这时可利用机动调整装置，放下压杆，调整齿轮互相啮合，启动电机即可。在授油器的底座下留有安装推拉油缸的固定座，同时在床身的相应位置也留有油缸固定位置，液压站上备有油路接口，用以安装液压移动授油器的油缸。 油器设计规划 在设计中首先对授油器主轴结构、轴上零件的定位进行设计，从主轴箱主轴处类比出授油器主轴的大概直径，计算出轴的总体长度，再进一步设计出轴的各段直径。在设计的最后提出了主轴的技术 要求，然后对轴的强度进行校核，确定轴的设计方案后对轴上部件进行设计和校核，在轴承的比较选用中对轴承的装配方案也提出了改进措施。 在结构设计后对轴系的总体都进行了改进方案的初步尝试。在设计的最后对轴及主要部位的公差精度配合都做了相关的探讨和描述。力争在现有的方案上进一步的改进其性能和精度。 在轴的设计中，首先对轴的总体结构初拟，对于轴上零件的定位经过比较确定轴的初步方案，经过计算后确定出最小直径，逐步进行设计，确定出两套方案进行比较。在轴承的选用设计中，首先经过分析载荷情况确定其类型，在国标中初选型号再进行寿 命计算，最后经过比较确定所选轴承型号。关于螺栓的设计进行了反复的比较和验证，液压缸的螺栓强度关系整个授油器顶紧工件力及支撑镗杆的精度，螺栓的选择非常重要，经过各种方案的比较确定最优的方案。在方案改进中对现行方案做了初步的比较和验证，尤其轴承的装配问题，对轴系的受力取得了很大的改善。对系统精度的论述做为初步的描述和选用，精度的选择在轴与轴承的装配中及轴与衬套的配合中显的尤为重要，在此一并做了论述，设计的最后对液压系统做了初步的校核计算，并在润滑、冷却方面也做了方案选择和比较。 山东大学 本科 毕业设计（论文） 8 第三章 主轴设计 油器主轴设计包括两部分：结构设计和工作能力设计两方面。结构设计是根据轴上零件安装，定位以及轴的制造工艺等方面的要求，合理的确定轴的结构形式和尺寸。工作能力设计是关于轴的强度刚度振动稳定性的设计。 在结构设计中轴的总体设计是由轴在机器中的安装位置，轴上卡盘 1、 2、挡圈、 2 个球轴承、挡块和推力球轴承左端拆卸，套筒 3、杯套由中间阶梯固定。右三个杯套 7、 8、 9 由螺栓相继固定，右端拆卸。 图 3授油器主体结构图 1 前锥套 2、主轴前套 3、轴承 4、齿轮 5、导向键 6、主轴 7、固 定套 8、法兰盘 9、后锥套 10、授油器体 11、授油器底座 12、冷却液入口 13、导向压板 14、调整镶条 15、授油器移动油缸连接支架。 在前锥套上分布有连接螺纹孔，在加工不同直径工件时，还可加装锥套。镗杆导向套靠螺钉紧固在主轴上，刀杆不同时应更换导向套。后锥套可适量调节直径大小，以调整刀杆的准确位置。镶条用以调整授油器在移动时的导向精度，使用一段时间后应检查调整。 山东大学 本科 毕业设计（论文） 9 图 3 衬套方案比较 方案 A 采用轴直接支承镗杆而省去镗杆导向套，减少装配，但在支承处易摩擦，损坏后无法更换，不及图中 ，可以运用导向套来调整镗杆，精度达不到要求后可以及时更换，所以， 上零件定位 肩定位 为了放置轴上零件并进行轴向定位，轴在受力时保证平稳，保证准确的工作位置。与此同时能发生沿周向或轴向的相对运动，轴上零件除了由游动或空转的要求外，都必进 图 3轴轴肩定位示意图 行轴向定位，如图所示，深沟 球轴承由左端弹簧挡圈及 1 处轴阶固定，推力球轴承由左挡块右轴环固定，左旋转盘由螺栓固定在轴外套齿轮上，中镗杆衬套由螺栓组与 3 轴阶固定，固定套、法兰盘、后锥套由螺栓固定。在固定中，尽量采用了轴肩，轴环定位，定位可靠，构造简单，在轴肩定位时，过渡圆角半径 R 必须小于与之相配的零件，毂孔端面的圆角半径和倒角尺寸 C。弹性挡圈在定位时只能承受很小的轴向力，因主轴装夹加工工件过程中，主要承受单向轴向力，所以在另一侧可以用轴环固定。 进轴强度 山东大学 本科 毕业设计（论文） 10 在轴的设计中，运用以下方法提高轴的强度： 轴在截面尺寸发生突变时产生应力集中，轴的疲劳破坏也易发生于此，可在轴肩处采用较大的过渡圆角半径 R 来减低应力集中，并在定位轴肩处采用凹角。具体各处参数在图纸中标出。 其在过渡处对轴的截面削弱较为平缓，应力集中小，便于提高轴的强度。 以轴的表面越粗糙，疲劳强度也就越低，采用热处理的方法来消除应力进而提高抗疲劳强度能力，对主轴采用去应力退火。 轴端直径和长度的确定 轴平均直径设计 授油器主轴大 概直径由主轴箱主轴的直径类比得到 ,初选 500 主轴内径主要用来通过镗杆，确定孔径 d 的主要原则是为了减轻主轴重量，减小主轴转动惯量，在满足空心轴径的要求及不削弱主轴刚度的要求下，应尽量取大值。 主轴本身的刚度 41KI D 空 空实 实由此得主轴孔径 山东大学 本科 毕业设计（论文） 11 图 3径对刚度的影响 D 主轴平均直径 K 实 的实心轴刚度 K 空 ,孔径为 取 d = 420 主轴悬伸量 主轴前端面到支承径向反力作用中点的距离 a 为主轴的悬伸量，其主要取决于主轴端面结构和尺寸、前支承的轴及配置、密封装置等，悬伸量对主轴的性能影响很大，在满足结构要求前提下尽可能取小值，在此次设计中采用短锥法兰式主轴端部结构将推力轴承配置在径向轴承内侧，运用向心推力轴承代替向心轴承。 轴支承跨距的确定 支承跨距是主轴相邻两支承的支承反力作用点之间的距 离，主轴端部受力时的总位移 y,由主轴弯曲变形引起位置变形 轴弯曲变形引起的轴端位移 轴支承变形引起的轴端位移 山东大学 本科 毕业设计（论文） 12 图 3授油器主轴为不承受传动力的二支撑主轴部件 其最佳跨距 131 220 1 116 0 . 5 7 4 1 7 d 0 1600ll m m （ 3 4 4 464l d m m 主轴跨距部分平均值 当 l 造成了主轴部件的刚度损失 : 山东大学 本科 毕业设计（论文） 13 图 3度对刚度的影响 当 1.5 认为合理跨度，主轴部件设计中通常都采用支承跨度 l 除了结构设计以外，从主轴精度而言，当 D， 承的径向跳动对主轴前端的径向跳动影响越小，从抗振性来说，加大主轴跨度易使主轴部件卡盘工件的重心落在跨距中，可减少振动。因此设计主轴长度 为 610合主轴性能要求。 段精确直径长度 轴的形状确定后，各轴端的直径与轴上的载荷相关。主轴初拟定是心轴，只承受弯矩，不受转矩，主轴最小直径由工作需求初拟后校核，看是否符合工作要求。 轴的左端装配轴承，应首先参考轴承国标代号选择精确的主轴的直径，经查得初选 550小径为 560 618/560 的轴承，确定轴小径，两组深沟球轴承后装配推力轴承，选择轴肩定位，加大轴径，与此同时，选择推力轴承中的国标，拟定 511/600 型号，则第二段轴径确定，宽度由推力轴承的宽 度确定 85力轴承定位仍然选择轴肩定位，设置一轴环定位，加大轴径 40初拟 60径继续为推力轴承处的轴径，便于加工，选用 600向键键槽在轴段进入箱体后即可开键槽，由于授油器行程 110行程外加游动间隙，设为 220键槽，在主轴的中部设进油孔，定位 520孔。因为轴必须有段预留距离，设计至此，从右段装配精度要求较高位置开始设计轴，轴的右端需要螺栓固定，固定卡盘，使其在下面加衬套后固定镗杆，初步设定螺栓孔中心线 520径设为 558液压缸，精度要求较高，在 轴段上开密封圈 2处，设一轴肩，便于活塞固定，加大轴径 10轴由于带动大重量的工件，需要设计为中空，另外，授油器第二大功用的实现也要求主轴为中空且能够带衬套。经计算选内径 480主轴中部定位 130装配衬套的轴段，至此，主轴的主要功用已经全部设计，确定轴的总长度，在 1600间，调整轴段取210定主轴长度 圆角，退刀槽。确定主轴能够首先完成其功能，其次方案尽可能合理。 拟定主轴结构方案： 山东大学 本科 毕业设计（论文） 14 图 3授油器主轴设计 （注：安装标准 件处的轴滚动轴承，联轴器，密封圈处的轴径，取为相应的国标） 轴在设计中的技术要求 1、 主轴前后轴颈中心的连线，是主轴工作时的回转中心线，因此要求两个轴颈的同轴度，以一个轴颈对另一个轴颈的跳动度表示，查表得 :小于 、 对卡盘的定心轴颈及其定位轴肩应该提出精度要求，用以保证卡盘、工件的安装精度：定心轴颈的配合类型和配合精度应该在 6 级过渡配合。定心轴颈对前后轴承的轴颈中心径向跳动度为 定位轴肩对主轴前后轴颈中心线的跳动度应该在 轴校核 弯矩合成强度条件计 算 通过轴的结构设计，轴的主要结构尺寸，轴上零件的定位，以及外载荷和支反力的作用位置已经确定，轴上载荷可以进一步求得，因而可按弯矩合成强度条件对轴进行强度校核计算。 力学模型 镗床加工工件拟 10吨 山东大学 本科 毕业设计（论文） 15 图 3件受力分析 将支承力分解： 0000N 0000N 由工作要求授油器顶紧力 20 3件受力模型 X=0 X=0 Y=0 2=0 G*580+70=0 解方程组可得： 7532N 学模型 : 山东大学 本科 毕业设计（论文） 16 图 3工件受力图 图 3主轴轴力图 图 3轴弯矩图 核轴的强度 根据所求出轴的弯矩，由强度理论校核危险截面， =M/W 轴的抗弯截面系数计算： 1 ) (31 490/558= (3所以可得 34* ( 1 0 . 8 7 8 ) 7 0 4 3 4 6 4 . 7W 山东大学 本科 毕业设计（论文） 17 222 2 12 W (3式中： 轴的计算应力 M 轴所受的弯矩 N 轴所受的转矩 N W 轴的抗弯截面系数 3带入数据的 661 0 1 6 8 . 5 6 1 . 4 4 3 * 1 07 0 4 3 * 1 0 M P (3 计算应力 1 (3重要部位校核 校核在轴环处是否压溃： 图 3环受力分析 6221 2 0 * 1 0 1 . 53 4 0 3 0 0F K N M P (3因为 所以在阶梯处安全 东大学 本科 毕业设计（论文） 18 第四章 主轴连接件设计 轴承的计算 深沟球轴承 4深沟球轴承示意图 由轴承的轴向力和径向力的比： r=1200 （ 4 r 不适合运用角接触轴承。轴向力太大，必须使用推力轴承承受轴向载荷，此处可以认为深沟球轴承不承受轴向力，仅承受径向力 表 4轴承表示格式 表示方法 轴承小径 以内径尺寸被整除得的商表示 200径尺寸 10 12 15 17 代号 00 01 02 03 山东大学 本科 毕业设计（论文） 19 表 4轴承初选 按照加工工件的要求以及传统镗床的轴承参数初设轴承的小径为 560为系统以轴向力和径 向力分开承受，选用深沟球轴承承受径向力，推力球轴承承受径向力，同时，球轴承的构造简单，价格较底。 求当量动载荷 于轴承型号未确定， ，必须试算：试选 d=618/560 （宽度系列代号： 1；直径代号： 8；）球轴承： X=1 Y=0； 中等冲击，中等惯性冲击，运用于机床组件 ) 由 小时的机器 2000 20000h （附录 A） P=1*35443N+0)= （ 4 由式轴承应有的基本额定动载荷值： 50额定静载荷： 208表得 fm= 0 . 4 8 1 * 1 6 5 0 0 0 0 3 . 2P r 1 * 1 . 5 6 3 7 9 7 . 4f C rf 由 6500h 轴承符合使用要求，能够选用。 推力轴承 轴向当量动载荷： a ; （ 4 轴向当量静载荷： a ; （ 4 基本尺寸 基本额定载荷 极限转速 轴承代号 基本尺寸 d B D D2 00 78 670 445 808 630 619 500 22 648 560 100 720 650 1208 560 600 560 580 560 725 山东大学 本科 毕业设计（论文） 20 最小轴向载荷： 2m )1000a （ 4 式中： n 转速 r/301设计中采用轴向径向力分别计算负载的功能，轴向 力采用单向推力球轴承即满足使用要求。 n=300r/ 2000 20 试选 ： 511/530 因 r 查得 P= 301 95 570式 ： m f f(4查得各参数 ： 0000h P=(595=当量动载荷求得轴向力 ： + 301320 300式 ： m f f (4查得各参数 ： 0000h P=(1320=当量动载荷求得轴向力： 山东大学 本科 毕业设计（论文） 21 120a 511/630轴承能选用 ; 表 4承初选 形卡盘设计 鼓形卡盘是一个过渡卡盘，用螺钉紧固于主轴箱主轴上，它是用来夹紧工件及传递扭距的。在鼓形卡盘上开有窗口，作为加工到头时攫取刀具用。鼓形卡盘前锥用于顶紧工件，靠更换其中的衬套顶紧不同直径尺寸的工件。一般来说，其前锥角度采用 30 度 (半角为 15 度 )或不超过 90 度的锥角 (半角为 45 度 )。采用稍小些的锥角顶紧工件更有利于提 高机床的使用寿命。 及其配件的拟改进方案 向键选择 可以为专用件，也能选用国标，主要功能为防止主轴旋转，导向作用。导向平键097 靠侧面传递转矩，对中性良好，装拆方便，但不能实现轴上零件的固定，键与毂槽为动配合，轴上零件能做轴向移动，为了拆卸方便，没有起槽螺孔，用于轴上零件轴向移动量不大的场合，在原设计中导向键是专用件，损坏后不易修复，易选用标准件，采用盘铣刀加工键槽，减轻轴截面应力集中。 向套 基本尺寸 /本额定载荷 最小载荷常数 极限转速 r/量承代号 其他尺寸 d D T 脂 油 W 5100型 130 640 85 708 4000 60 380 11/530 534 635 3 630 850 175 1320 9300 481 100 160 252 512/630 635 845 6 山东大学 本科 毕业设计（论文） 22 图 4套方案设计 拟方案改进： 在授油器右端的固定套、法兰盘 、后锥套作用是对镗杆的支承作用，若改为此固定套，可以减少装配次数，提高装配精度，采用一次装配完成主轴装配，但是由于不能更换锥套，当锥套受损后不能修复，再者由于加工工件的不同，镗杆也需要调整，所以此方案行不通 . 山东大学 本科 毕业设计（论文） 23 第五章 主轴及连接件的精 度 在授油器主轴与轴承的配合中，轴承为标准件，采用基孔制，选取轴段上标准公差数值表（ 轴支撑轴承选用 6级公差，对于无相对转动的零件，通常选用 为一般的定位配合，由优先数系基准孔制，选用 H7/于衬套选用 +0），平均起来为稍有间隙的配合，要求间隙比 允许略有过盈的定位配合，用木棰装配。 部位极限选择 镗床能否保证加工 3000件的精度，授油器是极为关键的部件，而主轴的作用便不言而喻，主轴在支撑工件 的同时，支承着镗杆，镗杆在镗削时的加工强度的保证都由中衬套和后衬套来保证。 选用原则基于下表： 在主轴轴颈与轴承配合的部位采用 6级精度。 左衬套因要求顶紧工件镗削，加工精度要求较高，用 6级精度。 镗杆导向套是保证镗杆加工精度的重要部件，外部选用 6级精度，内孔加工不便，选用 7级精度。 后衬套与主轴配合是支承镗杆的重要部位，外部采用 6级精度，内孔采用 7级精度。 法兰盘配合精度要求较高，外部选用 6级，内孔 7级精度。 主轴为固定心轴，与箱体配合要求不高，选用 8级即可。 表 5度等级选用场合 精 度等级 应用场合 泛运用于机械制造中的重要场合，配合表面有较高均匀性要求的场合 6级相似，精度稍低，在一般的机械制造中运用广泛 山东大学 本科 毕业设计（论文） 24 机械制造中属于中等等级，在钟表、仪表制造中由于基本尺寸较小确定性要求不高的场合运用 体选用部位 主轴中衬套精度 图 5套精度选择 镶片材料为铜，由于支承镗杆为滑动摩擦，为了节省材料，采用过盈配合将其固定，而且在摩擦时间久后可以拆换镶片，衬套继续使用。 在 1 处需要导圆角，使得镶片 2 能与 1 容易配合，衬套与镶片配合选用基孔制， 过盈配合，压入衬套内。 差带选择 部件的公差带 对于卡盘与衬套的定位配合，因加工不同的工件需要拆换，采用 6 的配合， 6配合间隙较小，能较好的对准中心，一般多用于常拆卸或在调整时需要移动或转动的连接处。 轴与轴承套的配合采用过渡配合，起定位作用 H7/松的一种过渡配合，用于频繁拆卸、同心度要求不高的场合。 铜套与镗杆导向套的配合采用过盈配合，压入导向套中 H7/铜套磨损后易于拆山东大学 本科 毕业设计（论文） 25 卸，才用此种配合提高定位精度。 镗杆导向套与轴孔配合 6，配合间隙较 小，能较好的对准中心，一般用于常拆卸或在调整时需要移动或转动的联接处。 在一般配合中，都采用 6配合，因为配合间隙较小，能较好的对准中心，一般用于常拆或在调整时易转动的场合。 表 5差选用 公差带 选用场合 f 多用于 的一般转动配合，被广泛运用于普通润滑油润滑轴承的支承 g 配合间隙很小，制造成本高，除精密安装配置外，不推荐使用转动配合 h 多用于 11级，广泛运用于无相对转动的零件，作为一般的定位配合 完全对称偏差（ ） 平均起来，稍有间隙 的配合 与轴承的公差带 1、公差与配合的选用 基准的选用： 选择基准时，首先要考虑加工工艺及测量经济性，其次结构形式的合理性，选用原则如下：优先选用基孔制，以减少孔的尺寸和定位刀具，获得显著的经济效益。一轴配多孔且各处松紧要求不同的配合，由公差带来保证。精度不高且需要经常装拆的情况允许采用非基准制。在授油器主轴与轴承的装配中，轴承为标准件，所以采用基孔制。 2、公差等级的选用 公差等级的高低直接影响产品使用性能和加工的经济性，等级过低，产品质量得不到保证，等级过高，将使制造成本增多。 选用原则：满足使用原则经济性好 一般选用方法：类比法 山东大学 本科 毕业设计（论文） 26 在一般配合中选用： 、 配合选用 配合类别的选用 标准中规定间隙，过渡和过盈配合。因为授油器需要传递一定弯矩和转矩，选择过渡配合。 配合代号 确定配合制度和标准等级后，根据使用要求确定与基准件配合的轴或者孔的基本偏差代号 : H7/ 状公差和位置公差 主轴一方面支承镗杆，还需要顶紧工件，便要求主轴左端、右端的同轴度，对于导向套的中心孔线与 准共同的同轴度来保证镗杆轴向的精度。经查表得：同轴度控制在 对主轴右端面与衬套连接，衬套内装卡盘支承镗杆，要求有跳动度来保证，确定装配后授油器主轴与衬套要求同轴度 授油器部件表面粗糙度选择 轴的粗糙度将影响其寿命、机床的耐磨性、配合稳定性、疲劳强度、抗腐蚀性。因此对于表面粗糙度的选择，便显得尤为重要，通常按如下原则进行选择： 1工作表面的表面粗糙度参数值应比非工作表面小 2相对运动速度高，单位面积压力大的摩擦表面的表面粗糙度值应该小 3承受变应力的零件、易产生应力集中、圆角、沟槽表面粗糙度要小 4对于箱体 ，可选用表面粗糙度很大的值，半精度加工的面、支架、箱体、离合器、带轮侧面、轴和孔的退刀槽选用 20授油器的主轴箱座和箱盖的结合面，中等尺寸带轮的工作面，衬套低速转动的轴径 活塞的活塞销孔，要求气密的表面和支撑面取 缸内表面取 山东大学 本科 毕业设计（论文） 27 第六章 授油器液压系统设计 授油器液压缸在加工中主要起顶紧作用，由于轴向力过大，使得液压系统成为授油器主轴部件中极为重要的部件。在液压系统的设计中要求该液压系统主要有三种作用：（ 1）控制授油器的前进和后退；（ 2）控 制授油器顶紧油缸的顶紧和松开；（ 3）控制换挡油缸的换挡。由此工作性能来设计液压系统。 液压缸工作性能要求参数： 1、液压系统额定压力： 2、液压系统总流量： 3、大泵流量： 50ml/r；小泵流量： 10ml/r。 4、大泵工作压力 泵工作压力 5、液压电机功率 960 由主轴尺寸确定油缸大致尺寸， 6000程系列参选国标 110 作压力： 222 4p p 用耐油橡胶密封圈取 2226 3 0 5 5 86 . 3 0 . 9 5 4 0 14P p k g f 作用时间： 2 51 0 (6山东大学 本科 毕业设计（论文） 28 2 51 . 5 6 3 0 1 1 0 1 0 3 460 栓设计 工作台承受 120 右端盖 紧固螺栓 ,螺栓承受轴向力 120 因紧固连接，选用普通粗牙螺纹（牙型为等边三角形）试选螺纹： 表 6螺纹型号 螺栓组连接结构设计： 1、连接结合面的几何形状要合理，设计为轴对称的形状，且接合面要合 理，便于加工制造 2、螺栓组的形心与接合面形心重合。 3、螺栓的位置应合理，且使螺栓靠近接合面边缘，进而减少螺栓受力。 4、同一组的螺栓直径、长度相同。 5、尽量避免螺栓受附加弯矩。 6、载荷垂直于连接的接合面，其合理通过螺栓组截面形心。 工作要求： 螺栓应预紧，受载后保证密封性。 当各螺栓截面直径一样时，各螺栓均受等拉力： (6 预紧力 0*P (6 螺纹型号螺距 P 径 20 24 3 东大学 本科 毕业设计（论文） 29 按最大应力设计： (6 (6 n= 6初选材料的强度 钢号 热处理 s ( b 235 375255 255 410195 195 3155 正火920度 225 375 20 正火 +回火 195 3205 正火 +回火 225 3900 正火 +回火 295 490 45 调质 430 650 N=6时： 20/6=20
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