【组合机床主轴箱及夹具设计7100字（论文）】

[6]。使用伺服电机来控制这台机床的轴向运动，使用电动机给主轴提供钻孔的旋转动力。本机床控制系统如下图所示：图2.1机床系统控制（3）机床防护部分在生产的加工车间，不免会发生一些安全事故。其中有操作工人不遵循安全操作规程或一时疏忽等其他的因素，也可能有机床本身出现故障的原因。不管如何，为了安全第一，机床都应该有防护部分。加工过程中，由于机床快速运转，存在许多危险措施。为了更好的去减少机床运行过程中出现的危险，比如飞屑，或者刀具崩坏飞出伤人等等事故，为了更好的保证操作人员的安全，降低事故出现的次数，所设计的机床的安全防护部分就是非常重要的，他可以更好的保护工人的安全，是工人更加放心的操控机床。（4）机床辅助部分为了能让机床更好的完成加工过程，需要给机床做一些辅助装置，特别机床刀具在高速运转的时候温度一定很高，就需要冷却液来冷却等，在加工一段时间之后会有很多的费屑，就需要排屑部分等等。总而言之，辅助部分能让机床更好的完成工作。2.2机床技术参数数控凸轮轴四工位销孔机参数如下表所示：表2.1机床主要参数表序号名称参变量单位1机床所加工工件长度300～1000Mm2机床各主轴转速600～2800Mm3钻刀盘直径φ63～φ160Mm4夹具可以夹住工件直径φ20～φ100Mm5机床导轨面与主轴中心距离250Mm6各个主轴之间的距离182～224Mm7Z轴行程550Mm8X轴行程240Mm9Z轴定位精度/再次定位精度0.08/0.012Mm10X轴定位精度/再次定位精度0.08/0.012Mm11机床净重6500Kg12机床总功率～33Kva13主电动机功率7.5Kw第三章机床主轴箱设计数控凸轮轴四工位销孔机有一个特别重要的部件就是主轴箱，并且机床的用来加工凸轮轴的四根主轴和带动主轴加工传动的齿轮就分布在主轴箱内。齿轮得传动是用来转换电动机动力的，他可以把电动机的动力变成加工过程中所需要的动力。主轴箱内每一根主轴都会有齿轮的连接，这些齿轮之间的啮合可以时间传动减速，主轴箱内的主轴受到电动机的动力然后传递给齿轮再由齿轮之间的啮合传递下去，最后带动其他主轴完成切削加工的过程。一台性能好的数控机床，是与它的主轴箱的好密不可分的。所以，主轴箱里边的传动系统的设计必须能满足加工要求，他所加工出来的零件必须是具有一定质量的。这台含有四根主轴的数控凸轮轴四工位销孔机，并且这四根主轴都分布在主轴箱内，他们根据齿轮提供动力逐次完成凸轮轴的钻孔、扩孔、铰孔的加工过程，伺服电机提供进给系统的动力来源，使用这个动力是处在机床中的滚珠丝杠转动来完成使工件沿着导轨移动的过程。每一个主轴所需要的转动速度是由其他的齿轮传动转化而来的，每一根轴承上都有一个齿轮带动轴承旋转，然后在主轴箱上边安装刀具，主轴转动的过程中导轨移动完成加工销孔的过程。3.1机床主轴箱的主传动设计由于该机床是专门加工凸轮轴销孔的，所以，和其他机床就会有差异很大的地方，比如主轴箱，它的四根轴是处在一个平面上的，并且它的四个轴都在主轴箱上，主轴箱上的主轴的动力来源是由电动机提供的，无级变速通过伺服电机来进行达成的。钻孔时需要的转动速度，扭距和切屑力，都是有电动机传给主轴在由主轴传给齿轮，之后在经过齿轮之间的啮合最后再一次传给主轴再传给钻头完成的。图3.1主轴箱展开图图3.2主轴箱剖视图3.2机床主电动机功率及空载功率计算（1）计算切削力、扭矩和功率查《机械加工工艺手册》可以获知，用A3中心钻钻孔加工时进给量为0.03～0.05mm/r，麻花钻加工时进给量为0.05～0.07mm/r，铰刀的进给量为0.05～0.07mm/r。A3中心钻的转速为1800r/min,Φ5.8麻花钻钻Φ5.8销孔底孔时的转速为1331～1447r/min,Φ6.8麻花钻钻3-Φ6.8螺纹底孔时的转速为915～1326r/min，用Φ6机用铰刀铰Φ6定位销孔时的转速为700r/min。切削速度为22m/min。查的《金属切削刀具》中计算钻头轴向力F、扭矩T和切削功率Pm的经验公式如下：轴向力计算公式 F=CFd上式中F轴向力，单位为N;do加工的孔径，单位为mm；CF材料系数833.85；YF0.7；XF1；KF工件硬度系数0.5；f进给量，mm/r；钻削扭矩的计算公式 M=CMd公式中M钻削过程中所需要的扭矩，单位为N⋅m；CM材料系数333.54；do工件加工的孔径，单位为mm；XM1.9；YM0.8；KM工件的硬度系数为0.5。f进给量，单位为mm/r；切削功率的计算公式： Pm=2π×公式中Pm钻削过程中所需要的功率，单位为W；n钻头的转速。在孔使用用A3中心钻去钻时，运用公式（3-1）、（3-2）、（3-3）就可以的计算出的轴向力、扭矩、钻削功率如下：F==833.85×10=2774.304～4623.84NM==333.54×10=2.027～3.379N·mP=2πMn=2X3.14X(2.027～3.379)X10-2=1.27～2.12Kw同理可分别计算得用Φ5.8麻花钻钻孔时有F=M=P=用Φ6.8麻花钻钻孔时有：F=M=P=用Φ6机用铰刀铰孔时有：F=M=P=综上所述，就可以通过计算获得钻头的最大转距为Tmax=10.723N·m、最大轴心力为Fmax=14672.986N、最大功率为(2)机床主轴箱电动机的选择在种类繁多的电动机里边，三相异步电动机是大家最了解，普遍都使用的。本文设计的数控凸轮轴四工位销孔机是使用三个电机来完成工作的，在主轴箱上的中间的两根主轴，他们公共使用同一个电动机，这三个电动机共同的去工作，停止，用来控制主轴的转速。这台数控凸轮轴四工位销孔机的主轴箱上有四根主轴，并且切削运动都是用这四根主轴来完成的，所以选择电动机提供动力，在机床的变速等方面的问题上，我们可以使用恒定功率调速方法。在数控凸轮轴四工位销孔机的设计中，在机床加工的动力来源方面，使用了Y132S2-2电动机。根据上面的计算结果可以了解到该机床Pmax根据这个数据去查表可以得到结论：轴Ⅱ和轴Ⅲ的工作的动力来源可以选用Y132S2-2电动机，该电动机的额定功率为7.5kw。对机床主轴的主电机的功率进行验算如下： P电=P切其中P切是钻削加工的最大功率为P故P切=Pζ电动机的效率，可取ζ=0.875 P额损=P额／ζ×0.1 （3=（7.5÷0.875）X0.1=0.857kw P空=0.4×=0.4X0.857=0.343Kw η=P切/=6.73÷（7.5-0.343）=0.940 P损=P切=6.73÷0.94-6.73=0.42Kw P电=P切=6.73+0.343+0.42=7.493Kw因为P电=7.493Kw<P额=7.5Kw，所以数控凸轮轴四工位销孔机床可以选用Y132S2-2电动机。根据相同的理论就可以得到其他两个轴所选择的电动机，分别为使用Y100L2-4的电动机用来给轴Ⅰ提供动力源，P额=3KW；Y132S2-4的电动机用来给轴Ⅳ提供动力源，3.3机床主轴的设计机床的主轴主要位于主轴箱内，设计此加工机床的主轴箱内有四根主轴，钻头等刀具是与主轴相互连接的，四根主轴连接着四把刀具，因为主轴转速很高，所以刀具切削过程中会受到很大的阻力，然而主轴就会受到这些阻力。机床主轴得能够不因外力的作用而产生振动、过大的变形、破损等，这就需要主轴有一定的刚度和抗震，保证零件的加工精度。一台机床的加工性能，不能够因为机床主轴的性能而受到影响，所以，机床主轴的结构设计一定得合理，选材也要符合加工条件。如果阻力过大就会通过刀具传给主轴，从而使主轴发生破坏，为了解决这样的问题，主轴的刚度和强度一定要高，与此同时，还要去思考它否耐磨，这就需要一些热处理方法使主轴有足够的耐磨性，但是没有良好的热处理过程就会引起主轴过大的变形。而与耐磨性相关联是主轴是否有足够的硬度，所以，为了满足耐磨性要求，也就是增加主轴的硬度，常常使用淬火的方法，使用这个方法去提高很多的钢材或者渗碳钢的硬度是一个不错的选择，选用这些材料来加工主轴才可以保证主轴在硬度上的需求。45钢经常被用作普通机床的主轴材料，但是本文所设计的机床是精密的机床，故选用40Cr高频淬硬作为数控凸轮轴四工位销孔机的主轴材料，这样可以让他的硬度高55HRC。并且这台机床上的所有主轴都使用同样的材料和热处理方式。数控凸轮轴四工位销孔机对凸轮轴销孔进行加工，一开始是使用A3中心钻去钻凸轮轴端面的四个定位孔，然后用5.8麻花钻去钻底孔，在用Φ6.8麻花钻钻三个螺纹底孔，再用Φ6铰刀铰定位孔。在本机床加工时可以选择Ⅰ主轴（与A3中心钻相连）的转速为1800r/min，Ⅱ主轴（与Φ5.8麻花钻相连）转速为1200r/min，Ⅲ主轴（与Φ6.8麻花钻相连）转速为1200r/min，Ⅳ主轴（与机用铰刀相连）转速为700r/min。之后根据每一根轴所收到的应力，可设计出一下四根主轴结构形状：图3.3Ⅰ主轴图3.4Ⅱ主轴图3.5Ⅲ主轴图3.6Ⅳ主轴3.4主轴轴承的设计主轴在此设计中的机床中主要接受来自电机的动力，在接受动力之后传递给主轴箱上的刀具，然后刀具完成加工的过程。（1）主轴轴承的选型为了加工出来更优质的工件，主轴轴承的选择就十分重要，不仅仅需要满足硬度很高的条件，还要满足的条件就是要有很好的耐磨性，并且轴承要用的久，轴承的选择对于机床生产零件的好坏有很大的影响。为了让生产出来的凸轮轴孔更加的有品质，所使用的轴承就一定要与机床主轴和箱体的放轴承的位置匹配，在机器工作的过程中，轴向力很大，所以使用双列圆锥滚子轴承，使用这个轴承作为四个主轴的前面的安放轴承的部分，后边安放轴承的部分就用深沟轴承，他所承受的就是机器运作的时候所发出的力。机床轴承规格如下：表3.1机床轴承规格前轴后轴Ⅰ轴双列圆锥滚子轴承32916两个深沟球轴承16014Ⅱ轴双列圆锥滚子轴承32016X2两个深沟球轴承6214Ⅲ轴双列圆锥滚子轴承32017两个深沟轴承6315Ⅳ轴双列圆锥滚子轴承33017两个深沟轴承6215（2）主轴轴承的布置方式为了让轴承更好的产生效果，就需要合理的摆放轴承。为了满足上述要求，就需要合理分布轴承，就一定要满足这几点：因为本机床在工作的时候会有很大的阻力，所以该轴承必须要能够在机床工作产生强大的阻力的情况下不被破坏，所以他需要有一定的承载能力。轴承应该能够承受的住轴向力。轴承能够承受机床所产生的径向力。如果机床发生难以处理的问题，就需要拆卸机床从而修理机床，所以轴承的安装一定要方便拆装。性价比高，在满足上述条件的情况下，还需要的就是性价比满足性价比高的问题。数控凸轮轴四工位销孔机轴承分布图：图3.7主轴及其轴承布置图（3）轴承的校核在这四个轴里边，直径最小的就是Ⅰ主轴，需要考虑他是否会发生变形断裂等等问题，并且他的转速相对于其他主轴来说也是较高的。然后与它相配合的轴承也较小，所以需要对它的后轴承进行校核。该深沟轴承的额定动载荷为C=40.2KN。与Ⅰ主轴配合的齿轮直径为 d=4×35=140mm （3Ⅰ主轴的转矩为 T=9550×Pn=9550×Ⅰ主轴上的齿轮受力 F=2Td由轴承在Ⅰ主轴上的布置就可以计算轴承6315所受的径向力为 Fr=2F轴向力为 Fa=3750÷4=937.5N 当量动载荷为 P=fd(式中--载荷系数取为1.3；X--径向动载荷系数取为1；Y--轴向动载荷系数取为0。所以有P轴承使用寿命为L==5031128.26 （3.16）综上所述，这个轴承符合要求。

第四章机床夹具设计一个工件在机床上加工的过程中或许或出现机床震动过大引起零件加工有偏差，或者出现零件飞出伤人的情况等等，这都是因为机床夹具做的不好所造成的，所以一台好的机床必须配备一套好的夹具体系，一套好的夹具也是加工出好的零件的必不可少的一部分。毕竟只有安装正确，才能加工正确。所以夹具是非常重要的。所以要想加工处出来好的零件，就一定要有一个好的夹具。4.1凸轮轴夹具设计为了解决由于定位不好而产生的误差问题，一定要使用工艺基准为定位来确定零件的位置，夹具装置设计如图：图4.1凸轮轴夹具的定位设计4.2凸轮轴夹紧设计为了解决凸轮轴在机床工作的过程中不出现变形，滑动等问题，工件需进行夹紧设计。其提高了工件的加工精度，夹紧装置的设计对工件意义同样重大，在数控车床的应用中能保证机床的高效化加工。此机床用于凸轮轴的销孔加工对其夹具要求较高，所以夹紧装置在夹具设计中占有重要的地位。夹紧力同力一样都需考虑力的大小、方向和作用点。机床夹具装置能否发挥其作用的关键就在于其夹紧力的三个要素能否合理的布置在加工工件上。设计合理的夹紧装置保证其夹紧力满足要求。此机床由于凸轮轴工件较长，直接加工易使工件发生弯曲等问题，此设计中在凸轮轴中段设计一夹紧装置，保证工件的位置精度。在凸轮轴的前端设有一定位装置，保证凸轮轴端面加工的准确性。（1）夹紧点的选择选择的合理的机床夹紧装置夹紧点，利于机床对工件的加工。如果夹紧机构的夹紧点选择不合理，很有可能导致最终加工的工件被夹紧装置改变了尺寸形状，也有可能导致工件的夹持不够稳定。所以夹紧装置工件夹紧点的选择至关重要。工件夹持点的选择其实是个很难解决的问题，为了能够使得夹紧装置夹紧点的选择尽可能的符合要求，夹紧点的选择应根据夹紧原则来确定。①工件在定位与夹紧过程中如果有支撑点的话，应该尽量让支撑点与夹紧装置的夹紧点相对应起来。因为这样可以使得被加工的工件夹紧的更加牢靠，并且可以避免工件在夹紧过程中发生变形的情况。②机床夹紧装置的夹紧点的选择应尽可能的选择被加工工件的表面，这样可以有效地保持工件的完整性。图4.2工件的夹紧部位（2）夹紧力作用方向的确定夹紧力作用方向选择的一般原则如下：①夹紧力的方向应有助于定位稳定。②夹紧装置的夹紧力方向最好跟工件所受到的切削力及重力在相同的方向上，这样可以使用较小的夹紧力就达到夹紧的效果。夹紧力的计算设计的销孔机床夹紧装置在工件运动中能保证工件的正常加工，选取适当的夹紧力能保证工件在机床上的准确加工。

第五章结论本次毕业设计，对我来说意义很大。在四年的大学生活里，我也做过很多的课程设计，但是与之前的课程设计相比，涉及到的知识更加的广泛，所以我充分发挥了我所学的知识。在本次课程设计中，我同样也发现了自己学习当中存在着很多问题，同时也明白了学以致用的难处，但是这也为以后的工作打下了一定的基础。数控机床四工位销孔机是我本次设计的题目，在最初，我对这个课题十分陌生，可以说基本读不懂标题，再咨询了代课老师加上自己查找了大量的资料之后才进一步的了解到这是一个有四根主轴的数控销孔机，他能同时完成扩孔、钻孔、铰孔等等的加工过程，这无疑是大大的提高了加工的效率通过对该机床的深入了解，领会了很多关于该机床的知识，并且该机床在加工凸轮轴销孔上具有很大的作用。通过本次设计，一方面巩固了自己所学的知识，另一方面也训练了自己学以致用和解决实际问题的能力，对今后工作生活都将会产生重大影响。参考文献裴畅等编.凸轮轴制造工艺及国内外发展趋势[J].新技术新工艺,2009（06）:5