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辽宁省高等教育自学考试 数控技术专业(本科段)毕 业 设 计 (论 文)设计题目: 曲轴钻孔组合机床总体及传动装置设计 助学单位 大连职业技术学院 姓 名 李婷婷 准考证号 020107101143 指导教师 2009 年 9 月 25 日目录第一章第一章 绪论绪论 .3 31.1 研究的目的和意义.3 31.2 关于组合机床.3 31.3 国内外发展和研究的状况.4 41.4 研究内容和方法.5 5第二章第二章 组合机床的总体设计组合机床的总体设计.6 62.1 本机床加工内容.6 62.2 组合机床总体设计 .7 7第三章第三章 组合机床传动装置设计组合机床传动装置设计 .12123.1 传动方案分析和选择 .12123.2 动力电机选择.13133.3 V 带具体设计：.14143.4 皮带轮设计.16163.5 皮带张紧装置的设计：.19193.6 花键轴的结构设计和校核：.19193.7 空心轴的结构设计和校核： .21213.8 平键连接校核：.22223.9 大皮带轮处螺栓校核：.2323第四章第四章 机床电控部分设计说明机床电控部分设计说明 .2424第五章第五章 结论和总结结论和总结 .2525致谢致谢 .2 26 6参考文献参考文献 .2 27 7附表：附表： .2 28 8- 1 -摘摘 要要组合机床产业为制造业提供装备，对发展国民经济，提高生产效率，提高产品的质量有着很重要的意义。本次毕业设计主要是设计专门从事曲轴斜油孔加工的组合机床的总体和部分传动装置。在本次设计过程中，我查阅了有关组合机床的资料，从经济性和通用性对组合机床总体通用部件进行了选择和部分加工的设计；从曲轴斜油孔的加工工艺和加工的动力性能出发设计了传动装置。通过组合机床总体的设计，有效的降低了加工零件时的准备时间，提高了效率和加工精度。通过传动装置的设计，大大提高了刚性主轴头的使用寿命，并且保证了加工的质量。关键词关键词：机床，组合机床，斜油孔，传动装置 - 2 -AbstractCombination machine tool industry to provide equipment for the manufacturing industry to the development of the national economy, improve production efficiency and product quality has very important significance. The graduation project is mainly designed to skew specializes in crankshaft oil hole machining a combination of machine and part of the overall transmission. In this design process, I have access to information about the combination of machine tools, from the economy and versatility of the combination of the overall general-purpose machine tools and some parts of the selection process of the design; from the crankshaft oblique hole processing technology and processing of dynamic performance Departure designed gear. By combining the overall machine design, effectively reduce the processing time to prepare when parts, improve efficiency and precision. Through the transmission device design, greatly increased the service life of rigid spindle head and to ensure the machining quality. Key words: machine tool, combination tool, oblique hole, transmission东北大学毕业论文 (设计) 3第一章第一章 绪论绪论1.11.1 研究的目的和意义研究的目的和意义机床是用于加工机械的机械，在行业内被称作为母机。其可以分为通用机床和专用机床两大部分。在加工曲轴斜油孔时如果采用通用机床对其进行加工，则效率低下，并且由于多次装夹，容易造成定位不准确，而造成精度低的问题。如果采用专用机床对其进行加工，虽然可以解决前面提到的问题，但是由于机床的造价比较高，并且只要曲轴的尺寸稍微有些变化，整个机床都不能再使用。可变通性比较差，也就不是非常实用。组合机床可以有效的在两者之间找到平衡：即高效率、高精度、高性价比。世界上第一台组合机床于1908年在美国问世，30年代后组合机床在世界各国得到迅速发展。至今，它已成为现代制造工程（尤其是箱体零件加工）的关键设备之一。组合机床是根据工件的加工要求，以大量独立的通用部件为基础，配以少量的按被加工零件的特殊要求而设计的专用部件组成的一种高效专用机床。它既具有专用机床结构简单、生产率和自动化程度较高的特点，又具有一定的重新调整的能力，以适应工件变化的需求。组合机床能够对工件进行多刀、多轴、多面、多工位同时加工，可以完成钻孔、扩孔、铰孔、攻丝、镗孔、车削、铣削、磨削及滚压等工序。组合机床是高效自动化设备，它在国民经济中占有较重要的地位尤其是汽车 、拖拉机、军工等大批量生产的行业，正面临着产品的更新换代和企业改造任务，这些行业又都是组合机床及自动线的主要用户,它们需要组合机床及自动线的数量较大。组合机床设计是一次性设计，它根据用户提供的被加工零件的加工特点、精度和技术要求、定位夹压情况以及生产率的要求等制定总体方案，然后进行技术设计和工作设计。换句话说,对于千变万化的被加工零件来说，组合机床的“组合”是变化的，没有产品定型的过程，根据用户要求，加工一类零件就要设计一台组合机床，因而迫切需要采用CAD技术,以达到缩短设计周期，提高产品质量的目的。组合机床的研究对于提高生产效率，提高产品的质量有着很重要的意义，组合机床产业为制造业提供装备，对发展国民经济，增强综合国力和国家安全有着重要的作用。本次毕业设计主要负责这么一台组合机床的总体和刚性主轴头的动力传动装置部分。东北大学毕业论文 (设计) 41.21.2 关于组合机床关于组合机床组合机床是用按系列化标准化设计的通用部件和按照被加工零件的性长和加工工艺要求设计的专用部件组成的专用机床。组合机床是随着生产的发展，由万能机床和专用机床发展来的。在十年以前，我国的机械加工行业大多使用通用机床，也就是万能机床进行生产加工。但是随着产品的种类不断花样翻新，以及产品产量的不断加大，精度要求越来越高，原有的通用机床在加工这一类零件的时候显得力不从心。于是专用机床又诞生了，它是专门为加工一种特定的零件而专门设计的机床。虽然有着高效率、高精度的优点，但是企业的前期对设备的投入过大，并且只要这个特定的零件稍微有一个小小的变动，这原来的整个的专用机床就再没有大用处了。所以专用机床无法跟的上快速发展的产品要求。将机床上带动刀具对工件产生切削运动的部分以及床身、立柱、工作台、滑台等设计制造成通用的独立的部件，再根据工件加工要求，用这些通用部件配以部分专用部件而组成组合机床。当被加工零件改变时，还是仍然用这些通用部件，只需要将一部分专用的部件进行改装就有可以组成一台新的适合新工件的组合机床。1.31.3 国内外发展和研究的状况国内外发展和研究的状况80 年代以来, 国外组合机床技术在满足精度和效率要求的基础上, 正朝着综合成套和具备柔性的方向发展。组合机床的加工精度、多品种加工的柔性以及机床配置的灵活多样方面均有新的突破性进展, 实现了机床工作程序软件化、工序高度集中、高效短节拍和多种功能的自动监控。组合机床技术的发展趋势是:(1) 广泛应用数控技术国外主要的组合机床生产厂家都有自己的系列化完整的数控组合机床通用部件, 在组合机床上不仅一般动力部件应用数控技术, 而且夹具的转位或转角、换箱装置的自动分度与定位也都应用数控技术, 从而进一步提高了组合机床的工作可靠性和加工精度。(2) 发展柔性技术80 年代以来, 国外对中大批量生产, 多品种加工装备采取了一系列的可调、可变、可换措施, 使加工装备具有了一定的柔性。这种结构的变化, 既可以实现多品种加工要求的调整变化快速灵敏, 又可以使机床配置更加灵活多样。(3) 发展综合自动化技术汽车工业的大发展, 对自动化制造技术提出了许多新的需求, 大批量生产的高效率,要求制造系统不仅能完成一般的机械加工工序, 而且能完成零件从毛坯进线到成品下线的全部工序, 以及下线后的自动码垛、装箱等。(4) 进一步提高工序集中程度国外为了减少机床数量, 节省占地面积,对组合机床这种工序集中程度高的产品, 东北大学毕业论文 (设计) 5继续采取各种措施, 进一步提高工序集中程度。如采用十字滑台、多坐标通用部件、移动主轴箱、双头镗孔车端面头等组成机床或在夹具部位设置刀库, 通过换刀加工实现工序集中,从而可最大限度地发挥设备的效能, 获取更好的经济效益。随着我国装备制造业的大幅度发展，各个厂家生产的产品的创新，市场占有速度的要求不断加快，下游厂家对机床的要求也有了比较大的变化。这些行业所需要的生产设备组合机床及其自动线就有了以下一些发展变化：1.3.11.3.1 组合机床智能化组合机床智能化传统意义上的组合机床是属于刚性自动线和生产线，如今，由于下游厂家的产品的复杂化也要求机床具有了一定的柔性。组合机床柔性化在国际上发展较为迅速。日本在 19881992 年间，组合机床的数控化率已达 32%39%。德国在同时间内组合机床及自动线的数控化率为 18%62%。从前几年开始，我国也开展了数控组合机床的研究，一些组合通用部件生产厂家已经开发出一维数控滑台、二维数控十字滑台和数控回转台。1.3.21.3.2 加工高速度化加工高速度化工作台快进速度高达 90120mmin。顺应机床高速化的潮流，组合机床的速度也越来越高。例如德国大众汽车厂在加工铝合金缸盖燃烧室侧面时，采用 PCD 铣刀，铣削速度高达 3 075mmin，进给速度达 3 600mmmin，而采用安装有 CBN 刀片的新型镗刀加工灰铸铁时， 切削速度达 800mmin，进给速度达 1500 mmmin 。1.3.31.3.3 高精度化高精度化随着装备制造业的不断发展，其制造产品所需要的精度要求也越来越苛刻。高精度的机床得到更多的重视和发展。目前国外已经在这方面有了很大的突破。例如意大利 MANDELLI 公司生产的 Thunder500 型加工中心，X、Y、Z 轴的定位精度均为0.008mm，重复定位精度为 0.O03mm。1.41.4 研究内容和方法研究内容和方法为完成本课题，需要通过查阅相关手册以及被加工零件的工艺规程完成机床的总体设计。确定加工的需要的动力，并由此应用机械设计以及机械原理知识设计组合机床的传动装置并校合其强度。应用电气控制知识设计组合机床的加工斜油孔时的进给电机及主轴电动机的电气控制。组合机床的总体设计步骤东北大学毕业论文 (设计) 6（1）制定工艺方案 了解被加工零件的加工特点、精度和技术要求、定位夹压情况以及生产率的要求等。（2）机床结构方案的分析和确定 根据工艺方案确定机床的型式和总体布局。选择机床配置型式时，要考虑工艺方案和保证加工精度、技术要求和生产效率。又要考虑机床操作、维护、修理是否方便，排屑是否良好，还要注意生产批量，以便设计的组合机床符合多、快、好、省的要求。（3）组合机床总体设计 确定机床各部件间的相互关系，选择通用部件和刀具的导向，计算切削用量和生产率。绘制机床的总联系尺寸图及加工示意图等。（4）组合机床的部件设计和施工设计 制定组合机床流水线方法。第二章第二章 组合机床总体设计组合机床总体设计组合机床是根据工件的加工要求，以大量独立的通用部件为基础，配以少量的按被加工零件的特殊要求而设计的专用部件组成的一种高效专用机床。它既具有专用机床结构简单、生产率和自动化程度较高的特点，又具有一定的重新调整的能力，以适应工件变化的需求。组合机床能够对工件进行多刀、多轴、多面、多工位同时加工，可以完成钻孔、扩孔、铰孔、攻丝、镗孔、车削、铣削、磨削及滚压等工序。组合机床分为通用部件和专用部件两大部分。在组合机床的总体设计中，通用部件是根据现有的资料和图册，针对加工零件的大体加工方向来选择的。在选择好了通用部件的基本组合方案之后，要根据具体要求，制定通用部件的待加工设计。因为，虽然这些部件都是通用的，但是在一些特定的情况下，其中的一些通用部件还是需要某些修改加工，例如：机床的底座和车间地面的联接需要保证接触良好且固定。这就需要采用一些如在机床的床身和底座上钻孔并用螺栓固定等类似的方法来保证机床的良好使用性能。在总体设计中，要充分考虑到加工零件的工艺性以保证最佳的加工方案，并且还要保证组合机床通用部件选择的合理性；需要保证组合机床的工序集中程度，还要合理的恰当的选择组合机床的通用部件形式。通用部件包括：（1）动力部件：动力头、动力滑台和动力箱。 （2）工件运送部分：回转工作台、移动工作台。 （3）支撑部件：立柱、床身、底座和滑座等。 （4）控制系统：液压传动装置、电器柜、操纵台。2.12.1 本机床加工内容本机床加工内容本次毕业设计是曲轴钻孔组合机床总体及传动装置设计：本机床总共需要加工钻削曲轴的 4 个斜油孔。它们分布在曲轴的连杆轴颈和主轴颈上，并从连杆轴进入到主轴颈终止。4 个孔呈两两分布，其分布的角度分别为 180和 0上，成一个平东北大学毕业论文 (设计) 7面。加工的孔直径分为 7.5mm 和 7.4mm 两个阶段。加工的孔的深度为 105mm，其中孔径为 7.5mm 部分的深度为 60mm，剩余部分深度的孔径为 7.4mm。本次毕业设计课题研究目的在于熟练的用 CAD 绘图软件，掌握基本的设计方法和能力，为以后的工作和学习打下一定基础。2.22.2 组合机床总体设计组合机床总体设计在组合机床设计中工需要三张大图纸：001 号图纸为组合机床总图。002 号图纸为机床所加工零件的加工零件工序图。003 号图纸为机床加工零件的加工示意图。在这三张图纸中，002 号图纸中的零件加工部分尺寸为客户要求。在设计时需要对其进行加工的工艺方案进行研究。003 号图纸为根据 002 号图纸所确定的加工工序步骤。001 号图纸需要根据 002 和 003 号图纸，并且经过简单计算确定和完成。这张图是组合机床设计中的重点，它直接反映了组合机床的科技含量，并且也决定着这个组合机床的性能。下面对其进行具体分析：2.2.12.2.1 组合机床配置形式选择组合机床配置形式选择考虑到曲轴斜油孔的角度分布在 0到 180上，无法达到一次加工完成，所以被分为两个工位进行分别加工。由于加工的曲轴斜油孔的长径比很大，也就是属于深孔钻削加工，切削不容易排除。为了尽量排除切削过程中产生的铁削，本机床的加工方案采用卧式加工。且由于曲轴的孔的角度为左右对称，我们采用了从两面对称的对工件同时进行加工。综上所述，机床的整体配制形式被定为：卧式双面双工位移动工作台组合机床。这样设计的好处是：具有比较高的工序集中程度。具体如图所示：东北大学毕业论文 (设计) 8图 2-1 组合机床基本配置形式图当工件在 I 工位加工完毕 0的油孔之后，工件通过液压滑台移动到 II 工位，对 180油孔进行加工。2.2.22.2.2 被加工零件工序图被加工零件工序图被加工零件图是根据选定的工艺方案表示在同一机床上或者同一条自动线上完成的加工内容、加工部位的尺寸以及精度、技术要求、加工用定位基准、夹具加紧部位、以及被加工零件的材料、硬度和在本机床加工前的毛坯情况的图纸它是在原来的工件图的基础上以突出本机床的加工内容并且加以必要的说明。它是组合机床设计的主要依据，也是制造使用的时候调整机床、检查精度的重要技术文件。组合机床工艺方案是设计组合机床最重要的依据之一。工艺方案制定的正确与否将决定机床能否达到“重量轻、体积小、结构简单、使用方便、效率高、质量好”的要求。被加工零件的加工工艺方案是由厂家事先指定好的，它能够帮助我们来确定机床的基本尺寸等一些重要的数据。东北大学毕业论文 (设计) 9图 2-2 被加工零件工序图在这里的主要内容包括：被加工零件的形状，尺寸；被加工零件的基准平面，以及夹具的位置和方向，以便于依照此进行夹具的支撑，定位和夹具系统的设计；加工表面的尺寸，精度、表面粗糙度、位置尺寸和精度等等。从被加工零件工序图中可以看到，零件的总长度是 530mm，曲轴的四个斜油孔和连杆颈的中心线分别依次在 98.71mm，206.61mm，314.51mm 和 422.41mm 处相交，并且油孔中心线和水平主轴颈的中心线成 34角度，加工的斜油孔的孔直径为7.5mm。在定位方面要求选择夹具为顶尖和 V 形铁的组合。主要定位为端面和轴颈侧面。在这样的定位方案中，顶尖卡住曲轴的中心孔保证了工件在 Y 轴方向和 Z 轴方东北大学毕业论文 (设计) 10向上的定位不发生移动。端面的定位保证了曲轴在 X 轴方向上不会发生移动。用 V形铁夹住曲轴的轴颈保证了曲轴在加工过程中不会发生以主轴颈的轴心转动的现象。2.2.32.2.3 加工示意图加工示意图加工示意图是组合机床设计的重要图纸之一，在机床总体中占据很重要的地位。钻孔是组合机床常用的加工也是高效率的加工方法。钻孔一般有钻普通孔和钻深孔两种情况。在钻深孔时，为了防止切屑堵塞而引起钻头的折断，要采用分级进给的办法，即在加工过程中钻头定期退出以排除切屑。另外，在工艺学上，当钻孔深度过大时容易造成刀具冷却困难；钻孔轴线容易歪斜等问题。加工的长径比越大，这些问题就也越严重。根据试验表明：当孔直径在 610 毫米以下时，无论是在铸铁还是在钢件上加工，一次深度不应该大于610 倍直径。在本图中主要用于反映机床的加工过程和加工方法。并决定浮动夹头或者连杆的尺寸，刀具种类以及数量、刀具长度和加工尺寸，主轴的尺寸，刀具和工作零件之间的关系尺寸。在下图中，为便于表达加工方式，省略了加工中有关的大部分尺寸。由于曲轴斜油孔分布在 0180，所以采用双工位作为加工方法。在 I 工位加工 0上的斜油孔，在工位时加工 180上的斜油孔。又由于两个工位的加工零件的材质没有发生变化，并且加工部分的性质没有改变，所以两个工位我们选择了同样的切削用量。东北大学毕业论文 (设计) 11图 2-3 加工示意图本次毕业设计是加工直径在 7.5mm 左右，孔深度为 105.5mm。长径比大于10，所以需要采用分级进给的方法对孔进行钻削加工。这样钻头在加工过程中，定期退出，既能够尽可量的把切屑排除干净，又能够定期的对钻头喷射冷却液，冲洗干净钻头上的切屑，并对刀具进行冷却，从而使钻 深孔加工能够可靠进行。 组合机床切削用量的选择组合机床切削用量的选择：在组合机床的加工中，正确选择切削用量，能够使得组合机床减少停车损失，并且以最高的生产效率，最长的刀具使用寿命和最好的加工质量，即多快好省的生产加工。为了使组合机床能够正常工作，不经常停车换刀，而达到比较高的生产效率，组合机床的选取的切削用量比一般的通用机床单刀要低一些。也就是说：在多轴加工的组合机床上不适宜采用最大的切削用量。但是，如果进给量太小，钻头就会加速磨损，这样钻头的寿命就会大大的降低，而耗费功率却加大。根据有关资料表示：多轴加工的切削用量比一般的通用机床单刀加工的切削用量大约降低 30%左右。在以前，就有人根据大量的生产实际经验和数据资料总结和绘制了组合机床金属加工的切削用量参照表。从被加工零件分析得到：曲轴零件的材料是：球墨铸铁 QT880-5。它的硬度是HB250300。在钻孔加工时，用高速钢刀具钻头进行钻削。在选择切削用量的时候，参照附表 1:钻孔切削用量表，选择切削用量如下：切削速度： V = 10.7217.15mm/min 每转进给量： = 0.099mm/r0S刀具转速： n = 450r/min进给速度： Sm n45mm/min 0S2.2.42.2.4 机床通用配件的选择情况机床通用配件的选择情况1.由于采用双面同时加工，所以，选择了两个侧底座和一个中间底座的对称结构；2.由于曲轴斜油孔存在 34的角度，所以我们选择 2 个侧床身并且需要被加工东北大学毕业论文 (设计) 12成一定角度；3.由于采用的是双面且双工位加工，所以 41 组传动装置和 70 组的刚性主轴头都需要 4 个。4.图中 20 组夹具、60 组刀具、61 组辅具、51 组液压管路、80 组润滑系统和81 组冷却系统由其他专门人员设计。5.需要考虑组装问题，所以通用部件部分需要进行加工，例如斜床身和侧底座之间的固定问题需要加螺栓固定；侧底座和地面之间也需要加螺栓固定等问题。具体加工部分见图纸：图 2-4 组合机床通用配件图第三章第三章 组合机床传动装置设计组合机床传动装置设计3.13.1 传动方案分析传动方案分析和选择和选择本毕业设计的机械传动方案主要解决的是刚性主轴头的动力问题。将动力从电机传送到刚性主轴头，有多种传动方式可以达到这个目的：齿轮传动、皮带传动、东北大学毕业论文 (设计) 13链传动等等。三种传动方式应用于本课题时分别有以下特点：齿轮传动：优点：效率高；结构紧凑；工作可靠、稳定。缺点：制造、安装的精度要求高，造价相对带传动比较高。皮带传动：优点：1.能够吸收和缓冲震动；2.传动平稳，燥声小；3.过载时，皮带将在带轮上打滑，可以有效防止其他零件的损坏；4 结构简单，成本低廉。缺点：1.不能完全保证定比传动；2.同等条件下，传动的尺寸和轴向力比啮合传动大。3.效率比较低，皮带寿命短。链传动：优点：1.没有打滑，平均定比传动；2.效率高；结构紧凑；3.轴向载荷小。缺点：1.瞬间传动比不定；2.只能平行轴传动；3.噪声大，费用高；4.磨损后不稳定。整体看来，啮合传动是很理想的传动方案。但是啮合传动有一个很致命的缺点：当出现过载时，传动装置缺乏过载保护，非常容易造成钻头或者其他零部件损坏。而皮带传动却能够很好的解决这个问题。虽然皮带传动有着一些缺点，但是这些缺点基本上不会对设计和使用产生很大的影响。所以本课题应该采用皮带传动方式。由于考虑到动力装置的可移植性和方便实用性，在大皮带轮和刚性主轴头连接处并未采用以往通用的平键和键槽式连接，而是用一个固定在箱体上的空心轴来支撑轴承，再用轴承来直接支撑特殊加工的大皮带轮，大皮带轮通过螺钉把扭矩传递给花键轴，最后再传给刚性主轴头。这样设计虽然看似麻烦，但是在动力装置移植安装的时候只需要把刚性主轴头直接插到花键轴的孔里，再用螺栓固定箱体就可以了，而不需要再打开箱体。并且这样设计，箱体的结构也得到大大东北大学毕业论文 (设计) 14的简化。 图 3-1 传动装置方案图 在皮带传动中有 V 带传动和平带传动的两种方式。如果采用平带传动方案，那么传动效率将进一步降低，并且平带传动的皮带轮最低中心距很大，不适合本毕业设计这样小的空间。所以在皮带传动中，选择了普通的 V 带传动。3.23.2 动力电机选择动力电机选择每一种规格的传动装置都有一定的功率范围，根据所选择的切削用量计算在加工零件时切削功率的需要，并且考虑到外界不可避免的有着各种各样的干扰因素，为了避免出现功率不足的现象适当提高切削功率的可能性。已知该曲轴斜油孔的直径为 7.5mm，曲轴的材料为球墨铸铁，它的硬度在HB250300 之间，在此取中间值 HB275。查附表高速钢钻头加工铸铁的切削用量得到切削用量为：加工的切削速度：v=17.1510.72m/min；加工的每转进给量：S0=0.099mm/r计算电动机功率：根据公式： M = D1.9S0HB0.6=7.50.099275=210.1nmm 最大扭矩： Mmax 221.1 nmm 。功率： Pmax = Mv/(716.21.36)=0.1653KW 。 在上面的几个式子中：加工零件所需要的扭矩，nmm；加工孔的直径，mm；Pmax能够完成加工需要的最小的功率，KW 。从已经确定的初步传动机构可以分析在功率传递过程中，在刚性主轴头中有两个滚动轴承,空心轴上有深沟球轴承一个，V 型皮带传动副一个。它们的传动效率分别为：刚性主轴头中滚动轴承 2 个 效率的和为 0.980.98；空心轴上深沟球轴承 1 个 效率为 0.99；V 带传动 个 效率是 0.95。所以这个系统的总效率为：总=1 2 3n=0.980.980.990.95=0.9032那么实际上如果刚性主轴头能够正常工作，那么需要电机的输出功率最小值为东北大学毕业论文 (设计) 15Pdmax=Pmax总=0.1773KW为了保证机器能够正常运转，适当增大这个功率的要求值，取 Pdmax =0.2KW在选择电机的时候，考虑到组合机床的通用性，避免在改装时出现功率不足的现象，尽量选择功率比较大的且合适的电机功率。查附表 2 电动机型号和数据（节选） 选择了 Y90L-6 电机类型，其具体数据如下：P=1.1KW ， n =910r/min3.33.3 V V 带具体设计：带具体设计：根据以往资料，设计 V 带需要确定：带型、皮带长度、皮带根数、带轮的中心距、带轮宽度、直径、皮带传动轴向力大小、实际传动比等数据。皮带传动的设计功率皮带传动的设计功率： Pd=KAP 查附表 3 取工作状况系数：KA=1.1（按照工作 10 小时计算，载荷变动小）Pd =1.10.1653 KW=0.1818 KW皮带类型的选择皮带类型的选择：根据 Pd=0.1818 KW n=960r/min由图取得 d1取 5071mm 带型选择 Z 型。传动比的确定传动比的确定 ： i=n1/n2=910/450=2小带轮基准直径：小带轮基准直径：查表机械设计表 6-7 V 带最小基准直径dd1取 5080mm，=34在实际中，为了提高皮带的使用寿命，在条件允许的情况下，皮带轮的直径尺寸应该尽可量的大一些，在这里取 63mm。大皮带轮的直径大皮带轮的直径： dd2=i dd1=263 =126mm 查表机械设计表 6-10 V 带轮基准直径系列：dd2取 125mm皮带速度皮带速度： v= ( dd1 n)/601000=3m/s初步确定中心距：在此 a0取 205mm 。东北大学毕业论文 (设计) 16皮带基准长度皮带基准长度： L0=2a0+(dd1+dd2)/2+9(dd1-dd2)2/4a0=709.85mm查表机械设计表 6-5V 带基准长度系列取 L0、=710mm 。确定中心距确定中心距： aa0（L0L0）/2205mm皮带调紧过程中，中心距的可调节变动范围为：（a0.015Ld）（a0.015Ld）即 194.35mma215.65mm计算主动轮上包角：计算主动轮上包角： a1180（dd1dd2）/a 57.3162.7确定皮带根数：确定皮带根数： Z=Pd/（P0+P0）KaKl =0.928 取整数为 1 。本式中：Ka包角系数。查表机械设计表 6-11 得：Ka =0.95Kl长度系数。查表机械设计表 6-5：Kl =1.03P0单根 V 带所能传递功率。查表机械设计表 6-8： P0=0.18P0单根 V 带在 i1 时的功率增量。查表机械设计表 6-8：P0=0.02在这里，虽然设计的时候，已经得到 1 根 V 带，足够满足加工的功率要求，但是考虑到传动装置的可移植性增加了皮带根数。这样，即使在移植到其他机床或者加工其他零件的时候也能够保证传动装置可以充分的，可靠的完成任务。确定皮带传动的张紧力：确定皮带传动的张紧力： F0=500（2.5/Ka1）Pd /Zvmv2=500（2.50.951）0.0181813+0.0632=495.11N式子中 mV 带单位长度质量。m=0.06传送带作用在轴上的力传送带作用在轴上的力：Fv=2ZF0sin（1/2）=294.4N Fvmax=3ZF0sin（1/2）=441.6N把所有数据总结如下表东北大学毕业论文 (设计) 17传动功率传动比小带轮直径大带轮直径皮带速度皮带基准长度中心距主动轮包角皮带根数皮带张紧力作用在轴上的力0.1818 KW263mm124.11mm3m/s710mm205mm162.73495.11N294.4N最大441.6N皮带传动设计数据3.43.4 皮带轮设计皮带轮设计项目（符号）基准宽度（）db基准线上槽深（）minah基准线下槽深（）minfh第一槽对称面到端面的距离（f）带轮宽度（B）轮槽角数值8.538108334皮带轮的基本数据小皮带轮结构分析：小皮带轮结构分析： 在结构上，在皮带轮的中心位置钻一个轴径为 12 的通孔，固定螺栓从中穿过并电机轴拧紧，可以保证皮带轮和电机轴的紧密联接。在皮带轮的轴径部位钻 M6X14 螺纹孔，以便采用一个圆柱紧定进一步的保证皮带轮在电机轴上不会沿着径向移动。在设计时为了保证皮带轮轴颈部位的强度，钻的 M6X14 螺纹孔没有和键槽在同一个平面上，而是呈 90 度角。东北大学毕业论文 (设计) 18图 3-2 小皮带结构示意图在形状位置公差选择上，要求宽度为 6 的键槽中心平面必须位于距离为 0.04mm并且相对于基准轴线 A 对称配置的两平行平面之间。还有要求电机轴孔的端面必须位于距离为公差值 0.08 且垂直于基准轴线 B 的两个平行的平面之间。大皮带轮结构分析：大皮带轮结构分析：东北大学毕业论文 (设计) 19图 3-3 大皮带轮结构尺寸示意图大皮带轮的右端面钻 M6 的螺纹孔。大皮带轮的内缘和轴承的外缘配合，所以需要该圆柱面任意正截面上的圆周必须位于半径公差值 0.04 的两个同心圆之间。轴承的左端定位是依靠大皮带轮内缘的突起部位定位，所以要求突起部分的右端面必须位于距离为公差值 0.01 且垂直于基准轴线 A 的两个平行的平面之间。大皮带轮的其余的部分尺寸是根据小皮带轮的要求是一一对应的，例如一个皮带轮的两个轮槽之间的距离和另一个带轮是相等的，在皮带轮的右侧的面需要和花键轴相互连接，所以这个接触面必须位于距离为公差值 0.03 且垂直于基准轴线 B 的两个平行的平面之间在实际生产中 V 型皮带轮的材料大多选择铸铁 HT150 或者 HT2003.53.5 皮带张紧装置的设计：皮带张紧装置的设计：由于材料的 V 带都不是完全的弹性体，因此 V 带在张紧力的作用下，经过一定时间的运转后就会由于塑性变形（伸长）而松弛，使张紧力减小，传递的动力的0F能力降低。因此，皮带传动必须设计张紧装置。常见的张紧装置有定期张紧装置和东北大学毕业论文 (设计) 20自动张紧装置两类。3.5.13.5.1 定期张紧装置：定期张紧装置：当中心距可以调节时，采用定期改进中心距的方法来调节皮带的张紧力。再水平或者倾斜不大的传动中，可以采用滑轨式定期张紧装置，将装有皮带轮的电机安装在有滑动轨道的基板上。当需要调节带的张紧力的时候 ，松开基板上的定紧螺栓，把电机向外推移到合适的位置，然后在拧紧定紧螺栓。这样就保证了皮带中心距始终保持在合适的大小。3.5.23.5.2 自动张紧装置自动张紧装置 将带有带轮的电机安装在浮动的摆架上，利用电动机的自身重量拉紧皮带，可以自动保持皮带的张紧力。3.5.33.5.3 本设计中的皮带张紧装置本设计中的皮带张紧装置在本设计中，动力装置需要随滑台不停的移动，如果采用自动张紧装置，那么电机的稳定性能将会降低，不利于保证加工的精度。所以在这里采用了定期张紧装置来保证皮带传动的张紧力。也就是采用滑轨的方式来保证皮带的张紧力。具体如右图，在箱体和带皮带轮的电机连接的部分开 4 个槽用来安装紧定螺栓。紧定螺栓在滑轨中滑动就可以调节两个皮带轮之间的距离了。为了避免箱体和电动机轴发生干涉，也需要把电动机轴伸进箱体的孔按照滑轨的比例进行拉伸。于是就形成了右侧的箱体。 图 3-4 皮带张紧装置示意图3.63.6 花键轴的结构设计和校核：花键轴的结构设计和校核：在这里，花键主要用来把皮带轮传递过来的扭矩再传递给刚性主轴头。 为了保证轴承的定位，在零件的端部突出一个长 10mm，厚 3.5mm 外径 90 的薄壁圆，这样可以保证轴承的固定不动。东北大学毕业论文 (设计) 21图 3-5 花键轴结构尺寸示意图在花键大端和大皮带轮连接处，为了保证连接的紧密，所以要求该面必须位于距离为公差值 0.01 且垂直于基准轴线 B 的两个平行的平面之间。花键键槽选择相键槽中心平面必须位于距离为 0.04mm 并且相对于基准轴线 A 对称配置的两平行平面之间，并且中心线必须位于距离公差值为 0.01 并平行于基准轴线的两个平行的平面内。假设工作时应力沿着接触面分布均匀：按照压溃进行校核，保证键受到的应力小于该材料的许用应力。p=2T/(zdmlh)p在本式中：T花键传递转矩，T=221.1Nmm；花键齿数；z=6 齿；z载荷分配不均系数， =0.70.8；dm花键平均直径， dm =32.51mm；h花键齿侧面工作高度，5mm；l花键工作长度，10mm。p=2221.1/0.75632.51105=60.4MPa本花键为静连接，并且齿面经过热处理，工作条件良好。那么它的许用正压力东北大学毕业论文 (设计) 22在 120 MP 200MP 之间。所以，ppaa 这个花键轴的花键强度符合标准。3.73.7 空心轴的结构设计和校核：空心轴的结构设计和校核：在这里，空心轴的作用是用来支撑轴承并且刚性主轴头从其空心部分和花键轴联接。图 3-6 空心轴结构尺寸示意图空心轴在这里的主要工作面是和轴承的内径接触的配合面，所以选择了 JS6 的配合。为了让轴承能够顺利的装到轴上，要求该圆柱面的任意正截面上的圆周必须位于半径公差为 0.03 的两个同心圆之间。空心轴的最大的外缘是和箱体接触的，所以要保证 120 的圆柱面必须位于直径为公差值 0.1mm 且与基准轴线 A 同轴线的圆柱面内。并且需要一定的配合，选择 H9/h9 的基孔制间隙配合。这样零件可以自由的拆装，并且工作的时候基本保证相对静止不动。为了保证空心轴和箱体的绝对静止不动，还需要用螺栓对其固定，所以钻 9的通孔，并且在工艺上的考虑钻 14 的沉头孔。轴承的右侧的定位采用了挡圈定位，所以在定位处加工出一个深 2mm 宽 2.5mm 的环行槽。空心轴的内径和外径的比为 4/5。那么它的抗扭转截面系数就是：东北大学毕业论文 (设计) 23Wp=D3(14)/16=D3/16（9/25）它的横截面的惯性矩就是：Ip=D4(14)/32=(D4/32)（9/25）在工作时，空心轴所承受的扭矩产生的应力为：（该材料为 45 钢） 16Tmax0.45MP3a41 那么按照刚度条件可以确定最小的外直径为： 316T16 221.1 10max3D47.783mm343.14 0.59 401 下面按照刚度条件进行校核确定的最小外直径为： 所以在工作时，当空心轴承受max 的扭矩，且内外径的比为 0.8 时，轴的外径应该大于 47.783mm 并且内径应该大于 38.24mm。而该轴的设计时的外直径为 65mm；内直径为 53mm。所以该空心轴能够承受皮带传动带来的扭矩。空心轴部分校核完毕。3.83.8 平键连接校核：平键连接校核：由于普通平键组成静联接在受到转矩的作用的时候，普通平键与键槽的侧面受到挤压 。那么普通平键的失效形式就是工作面被挤压崩溃，或者平键受到剪切应力过大而被剪断。对于按照标准选择的普通平键来说，工作表面的压溃是主要的失效形式。因此，在这里只需要对工作表面的挤压强度进行计算校核对于静联接，假设载荷在键普通平键的工作面上均匀分布，那么普通平键的联接强度条件为：dhlTp4p式中：T为传递的转矩（Nmm） ；东北大学毕业论文 (设计) 24d为轴的直径（mm） ；h为键的高度（mm） ；l为键的工作长度（mm） ；为键联接的许用挤压应力（MPa） ，计算时应取联接中较弱材料的值。p那么：p=4T/dhl=4221.1(19226)=0.353MPa平键连接属于静联接，并且机床的使用情况应该是良好的，载荷没有太大冲击可以选择轻微冲击，平键的材料按照国家标准 GB1095 选择 45 钢。那么查附表 2-4 得到该普通平键的许用应力p= 100120，p 远远小于p，所以这里选择的普通平键符合强度要求。3.93.9 大皮带轮处螺栓校核：大皮带轮处螺栓校核：在工作的时候，螺栓杆在联接的结合面只处受到剪切应力的作用。螺栓杆和螺纹孔壁只相互挤压。联接损坏的可能形式为螺栓被剪断，或者螺栓杆以及螺纹孔壁被压溃。假设螺栓所受到的工作剪力为 Fs，那么螺栓杆的抗剪切强度条件就是 2014sFd m=s/s在式子中：d0螺栓抗剪切面的直径，mmm螺栓抗剪切面的数目；螺栓的允许用应力，MPa s螺栓的屈服强度，s=180s安全系数s取 3.55 在此取 5 20203144/4 221.1 10973.14 6 6 10.758 sFd mTRd m=s/s=180/5=36MPa东北大学毕业论文 (设计) 25 所以螺栓是符合标准的，可以承受这么大的转矩。至此在本设计中需要校核的部分都已经校核完毕。第四章第四章 机床电控部分设计说明机床电控部分设计说明在本次毕业设计中，共用到六台电动机，其中包括两台进给电动机，四台主轴电动机。主电路部分如下图所示：其中 M1、M2、M4、M5 为主轴电动机，M3 和 M6 为进给电动机。其中M1、M2 两台电机同时工作，M4、M5 两台电机同时工作，由于两面不能同时加工，为了避免撞刀，M3 和 M6 两台进给电机要相互控制，相互制约，利用电气互锁原理来达到避免钻头互撞的后果。根据以上要求控制电路如下：东北大学毕业论文 (设计) 26两台进给电动机要求互锁，避免主轴互相碰撞，该处采用了电气互锁原理。第五章第五章 结论和总结结论和总结本次毕业设计主要设计了曲轴钻孔组合机床的总体，即选择了组合机床的通用部件和机床的工作加工方案，并且设计了通用部件的被加工面的结构和尺寸。另外，还设计了组合机床的刚性主轴头动力传动装置。该传动装置采用 V 带传动，皮带传动的过载保护功能大大地提高了工具的安全性能。在这一部分主要设计东北大学毕业论文 (设计) 27了 V 带的类型，中心距、传动装置的结构等。在传动装置的零件方面，设计了大小皮带轮、花键轴、空心轴的结构和尺寸。本毕业设计的卧式双工位双面组合机床采用一次装夹将四缸曲轴的两排斜油孔一次直接加工完成，其生产效率比通用机床的单面单工位加工有很大提高，并且位置精度和尺寸精度都得到了保证。现如今，节能增效已经成为了装备制造业发展的一个先期要求。在生产加工方面，高效率的组合机床也受到越来越多的重视。本毕业设计所设计的内容都是组合机床的设计中的基础部分。它直接影响到组合机床的生产效率和加工的精度。本毕业设计所设计的机床相对当今的新型组合机床来说，它的科技含量很低，柔性化程度比较低，但是后续的所有工作无不是以此为基础的。在后续的设计中，需要增加更加具有科技含量的技术，例如更具有柔性化、智能化的操作控制系统等。东北大学毕业设计（论文） 28致谢致谢经过十周的忙碌和工作，本次毕业设计已经接近尾声，作为一个本科生的毕业设计，由于经验的匮乏，难免有许多考虑不周全的地方，如果没有导师的督促指导，以及一起工作的同学们的支持，想要完成这个设计是难以想象的。 在这里首先要感谢我的导师何义老师。何义老师平日里工作繁多，但在我做毕业设计的每个阶段，从外出实习到查阅资料，设计草案的确定和修改，中期检查，后期详细设计，装配草图等整个过程中都给予了我悉心的指导。我的设计较为复杂烦琐，但是何老师仍然细心地纠正图纸中的错误。除了敬何老师的专业水平外，他的治学严谨和科学研究的精神也是我永远学习的榜样，并将积极影响我今后的学习和工作。然后还要感谢大学里所有的老师，是他们为我打下机械专业知识的基础，同时还要感谢所有的同学们，正是因为有了你们的支持和鼓励。此次毕业设计才会顺利完成。 在论文即将完成之际，我的心情无法平静，从开始进入课题到论文的顺利完成，有多少可敬的师长、同学、朋友给了我无言的帮助，在这里请接受我诚挚的谢意!我还要感谢阅读这篇毕业设计（论文）的人们，感谢您们抽出宝贵的时间来阅读这篇毕业设计（论文） 。最后，我要特别感谢我的家人，在学习和生活上，他们一直都很支持我，使我能全身心地投入到学习中，没有他们的支持，就没有今天的我。愿把我的幸福和快乐都送给关心和支持过我的人，也愿他们一切如意。东北大学毕业论文 (设计) 29参考文献参考文
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