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1、成都理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 普通鉆床該裝多軸鉆床 作者姓名：張 力 專業(yè)班級(jí)：機(jī)械三班 指導(dǎo)教師：胡波 摘要 多軸鉆床是一種多孔加工的機(jī)床，它被廣泛用于加工多孔工件。多軸鉆床在生產(chǎn)中的應(yīng)用，解決了普通鉆床加工多孔工件時(shí)逐孔加工而浪費(fèi)時(shí)間和人工這兩個(gè)重要問(wèn)題。在本畢業(yè)設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)的六軸鉆床為輪輻螺栓孔的加工機(jī)床，屬于專用機(jī)床。 此次設(shè)計(jì)主要解決了多軸鉆床加工過(guò)程中的兩大主要問(wèn)題：1：工件和刀具之間的定位問(wèn)題；2：刀具導(dǎo)向問(wèn)題。為了解決上述兩大難題，我們?cè)谠O(shè)計(jì)中采用合理的鉆模板和定位裝置對(duì)工件合理定位，從而完成孔的擴(kuò)鉸工序，解決了多軸鉆床加工中的兩大難題。

2、同時(shí)也討論了多軸鉆床的總體設(shè)計(jì)問(wèn)題，給出了總體設(shè)計(jì)方案，其中包括刀具與工件的與運(yùn)動(dòng)方式設(shè)計(jì)，對(duì)機(jī)床各個(gè)部件的功能和作用進(jìn)行具體的闡述并體持技術(shù)要求，從而使工件被加工后達(dá)到設(shè)計(jì)要求。 本設(shè)計(jì)中我們還確定了機(jī)床的主要參數(shù)，如主運(yùn)動(dòng)參數(shù)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)參數(shù)等。在重點(diǎn)章節(jié)中我們對(duì)機(jī)床的傳動(dòng)部件進(jìn)行了詳細(xì)的參數(shù)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并且對(duì)傳動(dòng)件進(jìn)行了強(qiáng)度和剛度驗(yàn)算，使其達(dá)到設(shè)計(jì)技術(shù)精度。其中特別對(duì)齒輪、軸、滾動(dòng)軸承、鍵進(jìn)行了具體的計(jì)算和驗(yàn)證。另外在最后一章對(duì)多軸鉆床的定位和加緊機(jī)構(gòu)進(jìn)行了簡(jiǎn)單的原理設(shè)計(jì)。 關(guān)鍵詞：六軸鉆床 齒輪 軸 滾動(dòng)軸承 鍵 刀具

3、 Drilling machine of Multi-axis Abstract: Drilling machine of Multi-axis is the tool machine that a kind of bore process, it is used for processing many bore work pieces extensively. Drilling machine of Multi-axis in the application in the production, resolving the commonness to dr

4、ill the bed to process many a hour of the bore work to pursue the bore to process the wave to take a lot of time .During the graduation project, the design of the six-axis drilling spoke bolt hole for the machine tool, a dedicated machine. This design has mainly solved in the multi-axis drilling ma

5、chine processing process two big subject matters: 1: many stalks of the design drill the bed to process the tool machine for Spoke of a wheel stud bolt bore; 2: belonging to the appropriation tool machine. Introduced many stalks to drill the history development circumstance that method and many stal

6、kers that the bed carry on bore’s process drills the bed to process first in chapter of behind, still introduced many stalks to drill the characteristics that bed process, mainly introduced many stalks to drill the bed to process the two greatest problems in the processes。Fixed position problem and

7、a direction of knife problems between the work piece and the knife. Many stalks drill the bed adoption to drill the template and fixed positions to equip reasonability to a reasonable fixed position of work, thus completing the bore to expand the work preface, solving many stalks to drill the bed pr

8、ocess medium of two greatest hard nuts to crack. Introduced many stalks to drill the total design of the bed again in the chapter of underneath, give total design project, among them include the knife to have with the work piece of with sport method design, maintain the technique request to the func

9、tion and functions of the tool machine each parts carry on elaborating in a specific way combine body, attain to design the request after thus making the work piece process. We also made sure the main parameter of the tool machine in this design, such as the main sport parameter and enter to the sp

10、ort parameter. We spread to move the parts to carry on the detailed parameter and the structure designs to the tool machine in the point chapter, and check to calculate towards spreading to move the piece to carry on the strength and just degree, making it pour to design the technique accuracy great

11、ly. Among them special to the wheel gears, stalks, rolled over the bearings, key to carry on the concrete calculation and verifications. Drill the fixed position of the bed and stepped up the organization to carry on the simple principle design to many stalks at the last one chapter moreover. Keywo

12、rds: Drilling machine of six axles wheel gear Stalk Cutting tool 目錄 前言 7 概述 8 第1章 多軸鉆床的總體設(shè)計(jì) 1 1.1 加工工件的工藝分析 2 1.2 多軸鉆床鉆削方式設(shè)計(jì) 3 1.2.1 鉆削加工的相對(duì)運(yùn)動(dòng)由刀具實(shí)現(xiàn) 3 1.2.2. 鉆削加工時(shí)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)由工件和刀具共同完成 4 1.3 多軸鉆床的總體布局設(shè)計(jì) 5 1.3.1. 機(jī)床總體布局的基本要求 5 1.3.2 決定多軸鉆床總體布局因素的分析 6 第2

13、章多軸鉆床的部件 10 2.1 底座 10 2.2 工作臺(tái) 10 2.3 立柱 10 2.4 定位加緊機(jī)構(gòu) 11 2.5 主軸箱 11 2.6 刀具及調(diào)節(jié)柄 11 第3章多軸鉆床的參數(shù)設(shè)計(jì) 12 3.1 參數(shù)和尺寸參數(shù) 12 3.2 運(yùn)動(dòng)參數(shù) 12 3.3 動(dòng)力參數(shù) 13 第4章主軸箱設(shè)計(jì) 15 4.1傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 15 4.1.1 主傳動(dòng)方案設(shè)計(jì) 15 4.1.2 主軸箱齒輪齒數(shù)的設(shè)計(jì) 16 4.1.3 齒輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 18 4.2 傳動(dòng)件的計(jì)算和校核 20 4.2.1 齒輪的計(jì)算和校核 20 4.2.2 軸的計(jì)算和校核 25 4.2.3 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

14、30 4.2.4 軸的校核 32 4.3 軸承 36 4.3.1 .軸承的選用 36 4.3.2. 軸承的校核 38 4.4 鍵的選擇和鍵的強(qiáng)度計(jì)算 42 5.4.1．大齒輪鍵的選擇和校核 42 5.4.2． 小齒輪鍵的選擇和校核 44 5.4.3．聯(lián)軸器鍵的選擇與校核 45 第6章夾具 46 6.1 機(jī)床夾具的組成及功能 47 6.2 夾具的條件、原則及要求 48 6.2.1 工作條件 48 6.2.2 夾緊力作用點(diǎn)選擇原則及夾緊過(guò)程 48 6.2.3 加緊機(jī)構(gòu)應(yīng)滿足的要求 48 6.3 多軸鉆床夾具的設(shè)計(jì) 49 6.3.1 定位元件的設(shè)計(jì) 49 6.3.2

15、 加緊元件的設(shè)計(jì) 50 結(jié)束語(yǔ) 51 致謝 52 參考文獻(xiàn) 53 前言 三年的大學(xué)時(shí)光匆匆過(guò)去，在即將走向工作崗位時(shí)，我們又進(jìn)行了為期兩個(gè)月的畢業(yè)設(shè)計(jì)，感受頗深。畢業(yè)設(shè)計(jì)是對(duì)大學(xué)三年所學(xué)的專業(yè)知識(shí)和基礎(chǔ)知識(shí)的一個(gè)系統(tǒng)性、全面性的總結(jié)和運(yùn)用，同時(shí)也是培養(yǎng)我們分析問(wèn)題和解決問(wèn)題能力的一次很好的機(jī)會(huì)，而且畢業(yè)設(shè)計(jì)也是大學(xué)教學(xué)的最后一個(gè)環(huán)節(jié)，所以我特別珍惜這一次最后的學(xué)習(xí)和實(shí)踐的機(jī)會(huì)，認(rèn)真扎實(shí)的完成所分配給我的設(shè)計(jì)任務(wù)，使我能夠充分的掌握所學(xué)習(xí)的專業(yè)知識(shí)和基礎(chǔ)知識(shí)。另外，畢業(yè)設(shè)計(jì)還可以培養(yǎng)獨(dú)立思考，開發(fā)思維和協(xié)調(diào)工作的能力，這對(duì)我參加工作后能否盡快地適應(yīng)有很大的幫助。通過(guò)這一

16、環(huán)節(jié)的訓(xùn)練，提高了以下能力： 1、綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)和技能，獨(dú)立分析和解決設(shè)計(jì)問(wèn)題的能力； 2、熟練運(yùn)用基本技能，包括繪圖、計(jì)算機(jī)應(yīng)用、翻譯、查閱文獻(xiàn)等等的能力；實(shí)驗(yàn)研究的能力；撰寫科技論文和技術(shù)報(bào)告，正確運(yùn)用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)語(yǔ)言闡述理論和技術(shù)問(wèn)題的能力： 3、收集加工各種信息的能力，獲取知識(shí)的能力； 4、創(chuàng)新意識(shí)和嚴(yán)肅認(rèn)真的科學(xué)作風(fēng)。 本次設(shè)計(jì)的課題是多軸鉆床的部件設(shè)計(jì)。多軸鉆床是用來(lái)加工同一方向上有數(shù)個(gè)孔的工件，具有良好的加工精度，能夠達(dá)到很好的加工質(zhì)量，為了更好的完成本次設(shè)計(jì)，從1月底到現(xiàn)在，就不間斷的結(jié)合自己的畢業(yè)設(shè)計(jì)進(jìn)行了畢業(yè)實(shí)習(xí)。根據(jù)所選課題，有重點(diǎn)的選擇了實(shí)習(xí)工廠，在工廠里

17、我們重點(diǎn)了解了多軸鉆床基本結(jié)構(gòu)和基本工作原理。從而對(duì)多軸鉆有了一個(gè)更直接、感性的認(rèn)識(shí)，對(duì)此次畢業(yè)設(shè)計(jì)有很大幫助。 此次設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容有：?jiǎn)栴}的提出、總體方案的構(gòu)思，可行性設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及對(duì)未知問(wèn)題的探索和解決方案的初步設(shè)計(jì)，裝配圖、零件圖等一系列圖紙的設(shè)計(jì)與繪制，最后包括畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書的完成。 這次設(shè)計(jì)是跟著胡波老師的帶領(lǐng)和指導(dǎo)下完成的。在搞畢業(yè)設(shè)計(jì)的期間，我遇到了很多困難，并向輔導(dǎo)老師進(jìn)行了多次請(qǐng)教，這就給老師帶來(lái)了很多麻煩，影響了老師的工作，但兩位老師還是不厭其煩的解答我所遇到問(wèn)題，并一步步指導(dǎo)我將畢業(yè)設(shè)計(jì)進(jìn)行下去。畢業(yè)設(shè)計(jì)的階段和過(guò)程老師都給做了明確的計(jì)劃。而不至于使整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程沒(méi)有

18、任何的目標(biāo)。設(shè)計(jì)每進(jìn)行一步胡老師都認(rèn)真檢查，耐心細(xì)致的指出設(shè)計(jì)種出現(xiàn)的錯(cuò)誤和不當(dāng)?shù)牡胤?，并指?dǎo)修改和完善。 本次設(shè)計(jì)的題目是多軸鉆床的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)鉆床應(yīng)滿足的基本要求有以下幾點(diǎn)： 1、 工藝可能性。鉆床的工藝可能性是指鉆床適應(yīng)不同生產(chǎn)要求，大致包括下列內(nèi)容：鉆床可完成的工序種類，加工零件的類型、材料和尺寸范圍，毛坯的種類等。 2、 加工精度和表面粗糙度。 3、 生產(chǎn)率。鉆床的生產(chǎn)率通常指單位時(shí)間內(nèi)機(jī)床所加工的工件數(shù)量。 4、 自動(dòng)化程度。 5、 操作安全方便和工作可靠。 6、 效率，使用期限和成本等等。設(shè)計(jì)時(shí)還應(yīng)注意使機(jī)床體積小，重量輕，占地面積小，外形美觀以及注意防止污染環(huán)境。

19、 對(duì)于上述所提到的各項(xiàng)技術(shù)－經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，在設(shè)計(jì)機(jī)床時(shí)應(yīng)綜合考慮。因?yàn)槲业娜蝿?wù)主要時(shí)多軸鉆床的部件設(shè)計(jì)，所以考慮的事情比較細(xì)。它鍛煉了我的分析問(wèn)題的能力。在下面的章節(jié)中將進(jìn)行一一敘述。 1.1概述 多軸鉆床是伴隨著經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展和工業(yè)現(xiàn)代化的需要而產(chǎn)生的。它被應(yīng)用與許多方面，比如汽車零部件的加工、農(nóng)用機(jī)械的零部件的加工以及其它大批量生產(chǎn)加工生產(chǎn)多孔零件的地方。多軸鉆床在加工業(yè)中有著很大的優(yōu)勢(shì)。它的使用使加工速度提高，因?yàn)楫?dāng)一個(gè)工件在同一個(gè)方向上有數(shù)個(gè)孔時(shí)，用普通鉆床加工時(shí)就要加工一個(gè)孔后又挪動(dòng)工件加工另一個(gè)孔，這樣就需要專人搬動(dòng)工件，對(duì)于小型工件可以采用這種方法，但當(dāng)工件很大時(shí)再采用這種方

20、法就很落后，生產(chǎn)率很低，成本很高。所以我們?cè)谂可a(chǎn)多孔工件時(shí)就需要一種專用的機(jī)床來(lái)加工，所以就產(chǎn)生了由單臂鉆床衍生而來(lái)的多軸鉆床。 多軸鉆床與普通鉆床的不同是多軸鉆床的主軸箱中的軸是是像太陽(yáng)系一樣，繞中間軸均布排列的主軸被中間軸帶動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)，主軸帶動(dòng)刀具轉(zhuǎn)動(dòng)，完成鉆削工作。這樣多孔工件被一次加工成形，從而大大減小了勞動(dòng)強(qiáng)度，大大縮短了加工時(shí)間，提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率，降低了產(chǎn)品的生產(chǎn)成本。 在我參觀的工廠多年使用多軸鉆床加工輪輻，它表現(xiàn)出以下優(yōu)越性： 1) 加工速度快。使用多軸鉆床加工輪輻，較之采用普通搖臂鉆床，平均功效提高30％。 2) 加工質(zhì)量好。采用該鉆床加工的孔組，孔的位置尺寸誤差小，

21、工件互換性好，從未出現(xiàn)過(guò)因孔位置尺寸不對(duì)而返工或報(bào)廢的情況。 3) 多軸鉆床造價(jià)低廉，維修方便，技術(shù)難度不高。 多軸鉆床的型式是多種多樣的。根據(jù)多軸鉆的結(jié)構(gòu)可把多軸鉆分為內(nèi)嚙合多軸鉆和外嚙合多軸鉆。內(nèi)嚙合多軸鉆是指齒輪傳動(dòng)為內(nèi)嚙合式，外嚙合多軸鉆式指齒輪傳動(dòng)為外嚙合式。根據(jù)鉆頭形式可分為臥式和立式兩種。在本設(shè)計(jì)中，我們采用外嚙合齒輪傳動(dòng)。多軸鉆在加工多孔零件時(shí)，具有良好的加工精度，能夠達(dá)到很好的加工質(zhì)量，但在設(shè)計(jì)機(jī)床時(shí)也有兩個(gè)重要的問(wèn)題需要重點(diǎn)討論即工件的定位和夾緊。在多軸鉆床加工時(shí)工件與刀具之間占有相對(duì)正確的位置是非常重要的，因此夾具的設(shè)計(jì)是一個(gè)非常重要的任務(wù)，我們要依靠合理的夾具設(shè)計(jì)來(lái)

22、保證我們的加工精度合乎要求。另外多軸鉆床的刀具導(dǎo)向也是一個(gè)重要問(wèn)題，就是刀具在鉆孔時(shí)會(huì)變形，從而加工的孔會(huì)傾斜，出現(xiàn)廢品。所以我們?cè)谠O(shè)計(jì)中采用鉆套來(lái)進(jìn)行導(dǎo)向，并且鉆套在刀具熱變形時(shí)起到固定刀具的作用，使刀具的變形不會(huì)對(duì)加工的工件有很大的影響。這樣我們就解決了多軸鉆的定位和刀具導(dǎo)向問(wèn)題。 總之，多軸鉆床在我們的工業(yè)生產(chǎn)中有著重要的意義。它大大的提高了我們的勞動(dòng)生產(chǎn)率，提高了多孔工件加工的精度，減少了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，也推動(dòng)了我國(guó)生產(chǎn)行業(yè)的迅速發(fā)展。我們應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)多軸鉆床領(lǐng)域的開發(fā)。

23、54 注 第1章 多軸鉆床的總體設(shè)計(jì) 多軸鉆床的總體設(shè)計(jì)是機(jī)床設(shè)計(jì)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，它對(duì)機(jī)床所達(dá)到的技術(shù)性能和經(jīng)濟(jì)性能起著決定性的作用。 機(jī)床總體設(shè)計(jì)，目前基本上有兩種情況：第一：根據(jù)具體加工對(duì)象的具體情況進(jìn)行專門設(shè)計(jì)；第二：隨著機(jī)床在我國(guó)機(jī)械行業(yè)的廣泛使用，廣大工人總結(jié)自己的經(jīng)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)機(jī)床在組成部件方面有共性，可設(shè)計(jì)成通用部件，當(dāng)需要設(shè)計(jì)機(jī)床時(shí)，可以利用通用部件來(lái)進(jìn)行機(jī)床設(shè)計(jì)。本設(shè)計(jì)屬于第一種情況，即設(shè)計(jì)用于輪輻加工的專用多軸鉆床，這也是當(dāng)前最普遍的做法。一般來(lái)說(shuō)，機(jī)床總體設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮下列幾點(diǎn)： （1）采用合適的加工

24、工藝，制定最佳方案； （2）合適的確定機(jī)床工序集中程度； （3）合適的選擇組合機(jī)床的通用部件； （4）選擇前當(dāng)?shù)慕M合機(jī)床的配置形式； （5）合理的選擇切削用量； （6）設(shè)計(jì)高效率的夾具、工具、刀具及主軸箱。 2.1 加工工件的工藝分析 在本次設(shè)計(jì)中，我們?cè)O(shè)計(jì)的機(jī)床是輪輻螺栓孔專用擴(kuò)絞鉆床。該廠目前采用單臂鉆床對(duì)輪輻孔進(jìn)行擴(kuò)鉸工作，該機(jī)床在工作時(shí)需要三個(gè)工人一起配合工作即一個(gè)人操作機(jī)床，兩個(gè)人轉(zhuǎn)動(dòng)工件。因此我們應(yīng)該對(duì)所加工的工件外形、尺寸以及加工面的位置做詳細(xì)的分析。下面是所加工的工件的在擴(kuò)空前的零件圖如下圖2-1所示六孔輪輻零件圖： 圖2－1六孔輪輻零件圖 由于所加工工件

25、的外形尺寸如上，所要完成的加工工序是對(duì)A面上的六個(gè)加工六個(gè)大小相同的29.5的孔進(jìn)行擴(kuò)和絞的工作，因此為了保證配合質(zhì)量、提高生產(chǎn)效率和減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，我們?cè)O(shè)計(jì)一臺(tái)多軸鉆床可以一下完成六個(gè)孔的擴(kuò)絞工作，從而節(jié)省人力和時(shí)間，提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率。這樣我們就確定設(shè)計(jì)一臺(tái)為加工上述零件使用的六軸鉆床的工藝方案。 該多軸鉆床的鉆頭的排列按上述工件來(lái)定。在加工不同孔徑但外觀尺寸一樣的孔時(shí)只需同時(shí)換六把鉆頭即可。 2.2 多軸鉆床鉆削方式設(shè)計(jì) 鉆床的工藝方法確定后，刀具與工件在鉆削加工時(shí)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)亦隨之被確定了。但此相對(duì)運(yùn)動(dòng)可以完全分配給刀具，也可以完全分配給工件，或由刀具和工件來(lái)共同完成。要設(shè)計(jì)專用鉆床，

26、我們應(yīng)分析比較不同方案的優(yōu)缺點(diǎn)，選擇最佳的運(yùn)動(dòng)方案。下面是我們擬定的幾種分配方案。 2.2.1 鉆削加工的相對(duì)運(yùn)動(dòng)由刀具實(shí)現(xiàn) 在輪輻專用多軸鉆床上鉆孔時(shí)，主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)都由刀具完成，鉆頭的軸向移動(dòng)為進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，鉆頭的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)為主運(yùn)動(dòng)。主運(yùn)動(dòng)與進(jìn)給運(yùn)動(dòng)形成了切削加工時(shí)的全部相對(duì)運(yùn)動(dòng)。如圖2－2所示。采用該方法，把運(yùn)動(dòng)完全分配給刀具，可以順利完成重型工件的加工。 圖2－2加工方法示意圖 鉆頭在回轉(zhuǎn)過(guò)程中可同時(shí)實(shí)現(xiàn)進(jìn)給，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)輪輻的擴(kuò)絞工序。機(jī)床部件配置形式與普通機(jī)床相似。這種機(jī)床的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，調(diào)整方便，但在鉆削扭矩通過(guò)刀具本身傳遞，對(duì)于較長(zhǎng)的鉆頭就會(huì)產(chǎn)生較大的扭矩變形而引起震動(dòng)

27、。因此刀具選擇則為高速鋼。 2.2.2. 鉆削加工時(shí)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)由工件和刀具共同完成 在多軸鉆床設(shè)計(jì)中，擴(kuò)絞輪輻孔時(shí)主運(yùn)動(dòng)分配給鉆頭，進(jìn)給運(yùn)動(dòng)由工件完成，即鉆頭的向下運(yùn)動(dòng)和工件的向上移動(dòng)，如圖（2－3）所示。該方案用于工件重量不大的設(shè)計(jì)中。 圖2－3 根據(jù)上面擬定的方案比較，由于我們所設(shè)計(jì)的多軸鉆床所加工的輪輻重量不大，一個(gè)工人可以兩手搬動(dòng)。因此，我們不難看出在本次設(shè)計(jì)中我們應(yīng)該采用第二種方案。 2.3 多軸鉆床的總體布局設(shè)計(jì) 2.3.1. 機(jī)床總體布局的基本要求 在進(jìn)行機(jī)床的總體布局設(shè)計(jì)時(shí)，我們必須要的考慮以下幾點(diǎn)： 1）．保證給定的工藝過(guò)程； 2）．證機(jī)床的剛度、精度

28、、抗震性和穩(wěn)定性，力求減輕機(jī)床重量。 3）．保證機(jī)床結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，且盡量用較短的傳動(dòng)鏈，以提高傳動(dòng)精度和效率。 4）．保證良好的加工工藝性，以便于機(jī)床的加工和裝配。 5）．保證安全生產(chǎn)，便于操作調(diào)整和維修。 6）．盡可能保證占地面積小 7）．機(jī)床外形美觀大方，符合人機(jī)學(xué)原理。 2.3.2 決定多軸鉆床總體布局因素的分析 1）.零件的工藝方法對(duì)鉆床設(shè)計(jì)有一定影響 專用機(jī)床上加工工件的工藝方法是多種多樣的。在我們?cè)O(shè)計(jì)多軸鉆床時(shí)，往往由于工藝方法的改變，導(dǎo)致機(jī)床運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)部件配置以及結(jié)構(gòu)等產(chǎn)生一系列的變化，因此在確定專用多軸鉆床的總體布局時(shí)應(yīng)首先分析和選擇合理的加工工藝。 輪輻多軸鉆床

29、的主運(yùn)動(dòng)為鉆頭的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，它工作時(shí)將輪輻裝在鉆頭正下方的專用定位機(jī)構(gòu)上如圖2－4所示： 圖2－4 2）.精度等級(jí)對(duì)機(jī)床的總體設(shè)計(jì)有一定的制約 由于多軸鉆床的加工精度和光潔度與機(jī)床的剛度和抗震性有關(guān)，為了得到所要求得加工精度和光潔度，在機(jī)床總體布局上就應(yīng)該保證有足夠的剛度和抗震性。通常情況下，支承形式為封閉的框架時(shí)，其剛度較好，如大型立車、刨床、銑床、坐標(biāo)鏜床等都采用龍門式。當(dāng)收到工藝限制無(wú)法采用龍門式時(shí)，可采用輔助支承懸臂梁、活動(dòng)橫梁來(lái)加強(qiáng)機(jī)床的剛度和抗震性。機(jī)床加工過(guò)程中產(chǎn)生的震動(dòng)傳遞給工件和刀具，會(huì)使被加工表面產(chǎn)生震動(dòng)，降低表面光潔度。震動(dòng)也是刀具壽命縮短，使機(jī)床零件的磨損加快。

30、震動(dòng)所造成的噪音，使工人疲勞。因此，設(shè)計(jì)機(jī)床應(yīng)采用措施來(lái)消除和減少震動(dòng)。減少機(jī)床震動(dòng)可從布局、結(jié)構(gòu)、剛度等方面來(lái)采取措施。本設(shè)計(jì)多軸鉆床在工作時(shí)主要是電機(jī)引起的震動(dòng)較大，故可采用隔離強(qiáng)迫振源的措施。 本設(shè)計(jì)中由于輪輻的螺栓孔不要求精密度過(guò)高，并且由于需求方的經(jīng)濟(jì)限制，因此在減震方面要求不高，因此采用電機(jī)、減速器、主軸箱計(jì)中放置的方案。如圖2－5所示造型。 圖2－5 3）.生產(chǎn)效率對(duì)總體布局的設(shè)計(jì)也有很大的影響 機(jī)床的生產(chǎn)批量不同，其結(jié)構(gòu)可能完全不同。強(qiáng)力輪胎廠加工輪輻屬于大批量生產(chǎn)，因此制造調(diào)整用專門輪輻擴(kuò)絞專用機(jī)床，一次完成多孔加工。此方案效率高，工作不需要轉(zhuǎn)為，工作臺(tái)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單

31、，但占地面積大。 4）.操作的方便性也影響總體方案的制定 機(jī)床的總體布局考慮人的重要性支配作用，應(yīng)該考慮以下幾點(diǎn)： ①.因?yàn)槿嗽跈C(jī)床工作中起主導(dǎo)作用，所以考慮到人體的基本尺寸和四肢的活動(dòng)范圍，以減輕工人的疲勞程度。為便于操作者觀察加工過(guò)程和操縱機(jī)床，工件與刀具離地面的距離應(yīng)適應(yīng)。 ②.合理選擇立柱的位置，使之符合通常的操作習(xí)慣，便于對(duì)刀.調(diào)整和測(cè)量。 ③.合理選擇工人的操作操作位置。常用的操縱手柄和控制按鈕應(yīng)設(shè)在菜作者的近身。 綜上所述，影響機(jī)床總體布局的因素是多方面的。其中，工藝方法的選擇，對(duì)機(jī)床運(yùn)動(dòng)的要求及運(yùn)動(dòng)分配是其決定性作用的因素；工件的尺寸、精度、形狀等是應(yīng)考慮的重要因素

32、。在我們?cè)O(shè)計(jì)中，考慮到這些因素，我們選擇如圖2－5所示多軸鉆床的具體外觀形狀。 第3章多軸鉆床的部件 上面我們經(jīng)過(guò)分析選用了圖（2-5）所示的機(jī)床，該機(jī)床由底座、工作臺(tái)、立柱、定位加緊機(jī)構(gòu)、主軸箱、上臺(tái)板四部分組成，現(xiàn)對(duì)該機(jī)床的各個(gè)部件的功能進(jìn)行具體分析： 3.1 底座 底座是整個(gè)機(jī)床的重要部件之一，它主要用來(lái)支承其它元件。本設(shè)計(jì)多軸鉆床的底座要能承受壓力，滿足足夠的抗彎強(qiáng)度，并有吸振的作用。機(jī)床底座的穩(wěn)定性要使機(jī)床在工作時(shí)不會(huì)產(chǎn)生晃動(dòng)，工作性能穩(wěn)定，不影響機(jī)床的加工精度，并且具有減震作用。所以底座設(shè)計(jì)時(shí)要考慮到與地面的接觸要穩(wěn)定，一般為點(diǎn)接

33、觸。 3.2 工作臺(tái) 工作臺(tái)是安放工件的部件，是機(jī)床的主要部件。該部分與底座相聯(lián)，并固定在底座上。工作臺(tái)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮到與鉆模板的平行度，這樣才能保證工件鉆孔的垂直的，從而保證加工精度。 3.3 立柱 在本機(jī)床的設(shè)計(jì)里，立柱不僅起導(dǎo)軌作用，而且對(duì)主軸箱和電機(jī)起支撐作用。其在設(shè)計(jì)時(shí)其四根導(dǎo)軌的平行度是個(gè)重要的問(wèn)題。由于工件沿導(dǎo)軌向上進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，因此導(dǎo)軌的平行度影響了工件孔的中心線相對(duì)于刀具軸線的同軸度，因此在導(dǎo)軌安裝時(shí)要嚴(yán)格要求其平行度。由于主軸箱也在立柱上固定，所以也影響刀具與水平面的垂直度，因此我們?cè)谘b配時(shí)一定要使每個(gè)零件達(dá)到精度。 3.4 定位加緊機(jī)構(gòu) 孔的加工是一道很難的工序，如

34、果不能很好的使加工的零件定位和加緊，則可能使加工的零件的孔根本不能滿足要求的技術(shù)要求，通常情況下有可能加工成斜孔，零件的內(nèi)部不是圓柱形，而可能變成橢圓形，嚴(yán)重的影響了零件的質(zhì)量，從而產(chǎn)生報(bào)廢零件，大大提高了加工的成本。在裝配的過(guò)程中，定位加緊裝置的中心線和主軸上的主軸中心線保持同軸度，來(lái)共同完成零件的定位，這樣就提高了定位的精度。 3.5 主軸箱 主軸箱是用于布置機(jī)床工作主軸及其傳動(dòng)零件和相應(yīng)的附加機(jī)構(gòu)的。它通過(guò)按一定速比布置傳動(dòng)齒輪，把動(dòng)力從動(dòng)力部件－動(dòng)力頭動(dòng)力箱和電動(dòng)機(jī)等，傳遞給各個(gè)工作主軸，使之獲得所要求的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向等。 3.6 刀具及調(diào)節(jié)柄 刀頭主要是用來(lái)加工零件所用的。本設(shè)計(jì)

35、的多軸鉆床屬于專用機(jī)床，僅加工一個(gè)型號(hào)的工件，所以僅設(shè)計(jì)一種尺寸的刀頭就夠了。調(diào)節(jié)柄是用來(lái)調(diào)節(jié)刀具安裝尺寸的部件。 第4章多軸鉆床的參數(shù)設(shè)計(jì) 多軸鉆床的運(yùn)動(dòng)參數(shù)主要包括主運(yùn)動(dòng)參數(shù)與進(jìn)給運(yùn)動(dòng)參數(shù)。主運(yùn)動(dòng)參數(shù)與進(jìn)給運(yùn)動(dòng)參數(shù)系單獨(dú)驅(qū)動(dòng)。主運(yùn)動(dòng)為主軸轉(zhuǎn)速；進(jìn)給運(yùn)動(dòng)是用液壓系統(tǒng)支承工作臺(tái)來(lái)表示的。在確定多軸鉆床的主運(yùn)動(dòng)參數(shù)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)參數(shù)之前，先確定本設(shè)計(jì)所加工零件的有關(guān)參數(shù)。 4.1 參數(shù)和尺寸參數(shù) 鉆床加工零件孔的大小d=29.5mm,對(duì)稱孔之間的中心距a=222.25mm，六個(gè)孔。 4.2 運(yùn)動(dòng)參數(shù) 鉆床的運(yùn)動(dòng)參數(shù)指鉆頭轉(zhuǎn)速

36、、工件安裝的進(jìn)給速度。多軸鉆床屬于回轉(zhuǎn)式主運(yùn)動(dòng)機(jī)床，其主運(yùn)動(dòng)參數(shù)為主軸轉(zhuǎn)速，該機(jī)床只加工一種零件，故只有一種固定轉(zhuǎn)速。 其中各參數(shù)含義：n－主軸轉(zhuǎn)速（r/min ） v－切削速度（m/min） d－工件或刀具直徑（mm） 代入數(shù)據(jù)得：。 4.3 動(dòng)力參數(shù) 多軸鉆床的動(dòng)力的動(dòng)力參數(shù)包括機(jī)床驅(qū)動(dòng)的各種電動(dòng)及的功率或扭矩。因?yàn)闄C(jī)床各傳動(dòng)部件的結(jié)構(gòu)參數(shù)都是根據(jù)動(dòng)力參數(shù)設(shè)計(jì)機(jī)算的。如果動(dòng)力參數(shù)過(guò)大，電動(dòng)機(jī)經(jīng)常處于低負(fù)荷情況，功率因素小，造成電力的浪費(fèi)，同時(shí)使傳動(dòng)部件及相關(guān)零件的尺寸設(shè)計(jì)過(guò)大，浪費(fèi)材料，且機(jī)床笨重。如果定的過(guò)小，機(jī)床達(dá)不到設(shè)計(jì)提出的使用性能的要求。下面確定鉆床的動(dòng)力參數(shù)：

37、 機(jī)床主電動(dòng)機(jī)的功率為： 式中各參數(shù)的含義：－消耗于切削的功率又稱有效功率（KW） －空載功率（KW） －隨載荷增加的機(jī)械損耗功率（KW） ①（KW）的計(jì)算： 計(jì)算公式如下： 式中各參數(shù)含義：－切削力 V－切削速度 代入數(shù)值得 則＝2.2KW ②（KW）的計(jì)算 鉆床主運(yùn)動(dòng)空轉(zhuǎn)時(shí)由于傳動(dòng)件摩擦、攪油、空氣阻力等原因。電動(dòng)機(jī)要消耗部分功率，其值隨傳動(dòng)件轉(zhuǎn)速的增而增加，與傳動(dòng)件預(yù)緊程度及裝配質(zhì)量有關(guān)。則對(duì)于鉆床主傳動(dòng)空載功率損失估算公式為： 式中各參數(shù)含義： －主運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)中除主軸外所用傳動(dòng)軸徑的平均直徑 －除主軸外各傳動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速之和，即101r/min －2

38、15.91r/min(主軸轉(zhuǎn)速) －主軸前后軸徑的平均值 －主軸軸承系數(shù)查軸承參數(shù)表得（k一般取3~5 這里取4），則 代入數(shù)值得： ③的計(jì)算機(jī)床鉆削時(shí)，由于傳動(dòng)件壓力加大，則摩擦損失將增加。于是得 ： 把數(shù)據(jù)帶入公式得： 所以： ＝2.2＋0.196＋0.1913＝2.5873kw 根據(jù)以上計(jì)算，選取主運(yùn)動(dòng)電動(dòng)機(jī)。查取《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》①，選取型號(hào)為Y160L—8。Y系列電動(dòng)機(jī)為全封閉自扇冷式，用于空氣中不含易燃，易炸或腐蝕性氣體的場(chǎng)所，也適用于無(wú)特殊要求的機(jī)械上，如金屬切削機(jī)床。這章對(duì)總體布局的設(shè)計(jì)做了簡(jiǎn)單的分析，下一章將對(duì)多軸鉆床的主軸進(jìn)行具體的設(shè)計(jì)。

39、 第5章主軸箱設(shè)計(jì) 主軸箱是多軸鉆床的重要組成部分，是用于布置機(jī)床工作主軸及其傳動(dòng)零件和附加機(jī)構(gòu)的。它通過(guò)按一定轉(zhuǎn)速比排布傳動(dòng)齒輪，把動(dòng)力部件上的動(dòng)力傳遞給各個(gè)工作主軸，使之獲得所需要的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向等。主軸箱的設(shè)計(jì)包括傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和箱體的設(shè)計(jì)兩部分。本設(shè)計(jì)的主軸箱采用黃干油進(jìn)行潤(rùn)滑。 5.1傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 5.1.1 主傳動(dòng)方案設(shè)計(jì) 傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是主軸箱設(shè)計(jì)中最關(guān)鍵的一環(huán)。所謂傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，就是通過(guò)一定的傳動(dòng)鏈，按要求把動(dòng)力從動(dòng)力部件的驅(qū)動(dòng)軸傳遞到主軸上去。同時(shí)，滿足主軸箱其他結(jié)構(gòu)和傳動(dòng)的要求。傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般要求： （1）在保證主軸的強(qiáng)度，剛度，轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向要求的前提下

40、，力求是傳動(dòng)軸和齒輪為最少。應(yīng)盡量用一根傳動(dòng)軸帶動(dòng)多根主軸；當(dāng)齒輪嚙合中心距不符合標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，可采用齒輪變位的方法和湊中心距離。 （2）在保證有足夠強(qiáng)度的前提下，主軸，傳動(dòng)軸和齒輪的規(guī)格要盡可能少，以減少各類零件的品種。 （3）通常應(yīng)避免主軸帶動(dòng)主軸，否則將增加主動(dòng)的負(fù)荷。 （4）最佳傳動(dòng)比為1~1.5，但允許采用到3~3.5。 （5）粗加工主軸上的齒輪，應(yīng)盡可能靠近前支承，以減少主軸的扭轉(zhuǎn)變形。 （6）盡可能避免升速傳動(dòng)，必要的升速最好放在傳動(dòng)鏈的最末一、二級(jí)，以減少功率損失。 在我們?cè)O(shè)計(jì)的傳動(dòng)系統(tǒng)中，包括齒輪的設(shè)計(jì)、軸的設(shè)計(jì)以及附件設(shè)計(jì)三部分，下面我們進(jìn)行具體的設(shè)計(jì)計(jì)算。 5.1

41、.2 主軸箱齒輪齒數(shù)的設(shè)計(jì) 齒輪傳動(dòng)是機(jī)械傳動(dòng)中最重要的傳動(dòng)之一，其主要特點(diǎn)有效率高、結(jié)構(gòu)緊湊、工作可靠、壽命長(zhǎng)的優(yōu)點(diǎn)，并且改傳動(dòng)比較平穩(wěn)。齒輪傳動(dòng)可做成開式、半開式或閉式，在我們的設(shè)計(jì)中現(xiàn)場(chǎng)情況做成半開式。 由于所設(shè)計(jì)的齒輪在具體情況下，必須具有足夠的、相應(yīng)的工作能力，以保證在整個(gè)工作壽命期間不致失效，因此我們?cè)邶X輪設(shè)計(jì)時(shí)通常按只保證齒根彎曲疲勞強(qiáng)度及齒面接觸疲勞強(qiáng)度兩個(gè)準(zhǔn)則進(jìn)行計(jì)算。 下面我們對(duì)齒輪進(jìn)行具體的計(jì)算和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 根據(jù)老師提供的零件圖（如下圖），所加工零件的兩對(duì)稱孔之間中心距為222另外考慮到該廠操作人員操作水平有限， 因此要求主軸箱內(nèi)的齒輪足夠結(jié)實(shí)，故初選主軸軸箱齒

42、輪模數(shù)為3mm。 圖5－1 1．齒輪齒數(shù)： 兩對(duì)稱鉆頭中心距與齒數(shù)關(guān)系為： (1) (1) 式中各參數(shù)含義： d－兩對(duì)稱孔中心距 分度圓直徑 把d＝222.25，m＝3代入（1）式得：d=222.25＝3×() 則： 由于為齒輪齒數(shù)，則為整數(shù)，所以74.1可以圓整為整數(shù)74，因此＝74。由于齒輪齒數(shù)應(yīng)該遵循互質(zhì)原則，所以初定＝49，＝25，則齒數(shù)比u＝。已知主軸轉(zhuǎn)速n＝215.91r/min,即小齒輪轉(zhuǎn)速為215.91r/min,齒數(shù)比u＝1.96即i＝1.96。 2．選擇齒輪類型,精度等級(jí)及材料

43、(1).輪應(yīng)不受軸向載荷，故選用直齒圓柱齒輪傳動(dòng) (2).因?yàn)槎噍S鉆床為一般工作機(jī)器，轉(zhuǎn)速不高，故選用7級(jí)精度（GB10095-88）. (3).齒輪的材料選擇。由《機(jī)械設(shè)計(jì)》課本（高等教育出版社編）表10－1選擇小齒輪材料為20CrMnTi,硬度為300HBS，齒面硬度60HRC;大齒輪材料為40Cr,硬度為280HBS. 5.1.3 齒輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 齒輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與齒輪的幾何尺寸、貿(mào)配、材料、加工方法、使用要求及經(jīng)濟(jì)度等因素有關(guān)。因此進(jìn)行齒輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，必須考慮上述各方面的因素。在這里我們按齒輪的直徑大小選定合適的形式。具體設(shè)計(jì)如下。齒輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有以下原則： ①當(dāng)齒頂圓直徑小于16

44、0mm時(shí)，可以做成實(shí)心結(jié)構(gòu)的齒輪。 ②當(dāng)齒頂圓直徑在160～500mm可以做成腹板式結(jié)構(gòu)。 1） 小齒輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 由于本設(shè)計(jì)中小齒輪，則選用實(shí)心結(jié)構(gòu)即盤式齒輪，其結(jié)構(gòu)尺寸為： 則 該齒輪結(jié)構(gòu)如圖5－2所示 圖5－2 2） 大齒輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 因?yàn)榇簖X輪分度圓直徑為d＝mz=mm,由小齒輪設(shè)計(jì)原則可知147小于160，所以大齒輪選實(shí)心結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)與小齒輪一樣，如5.1－2上圖所示。 3).大齒輪和小齒輪參數(shù)表如下所示： 名稱 參數(shù)代號(hào) 小齒輪參數(shù) 大齒輪參數(shù) 模數(shù) m 3 3 齒數(shù) z 25 47 壓力角 分度圓直徑 d 75 1

45、47 齒頂高系數(shù) 1 1 徑向間隙 c 0.75 0.75 齒頂高直徑 h 5.94 5.94 齒根圓直徑 77 149 齒全高 71.25 145.25 至此，齒輪的設(shè)計(jì)已經(jīng)完成，齒輪的校核將在下一節(jié)進(jìn)行。 5.2 傳動(dòng)件的計(jì)算和校核 5.2.1 齒輪的計(jì)算和校核 1．按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì) 查《機(jī)械設(shè)計(jì)》（高等教育出版社）有如下設(shè)計(jì)計(jì)算公式： 1).確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值 (1) 試選載荷系數(shù)： ＝1.3 (2) 計(jì)算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩： ①由《機(jī)械設(shè)計(jì)便覽》表41－2各種

46、性能減速器主要性能比較查的減速器效率為η＝95％～96％，由《實(shí)用機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》查的軸承效率為η＝99％，連軸器效率為99％。因?yàn)橹鬏S箱齒輪布置為六個(gè)小齒輪均勻分布在一個(gè)大齒輪的邊沿，并被大齒輪帶動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)，所以主軸箱輸出功率為式中各參數(shù)含義： －輸入減速器的功率 －減速器效率 －連軸器效率 －滾動(dòng)軸承效率 將＝7.5，＝95％，＝99％，＝99％代入（2）式得： ＝ ＝1.152KW ②小齒輪轉(zhuǎn)速的計(jì)算： 。式中各參數(shù)含義： 把，，得： 所以： （3）由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表10－7選齒寬系數(shù)＝0.53。 （4）由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表10

47、－6查得材料得影響系數(shù)=189.8 。 (5)由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表10－21d按齒面硬度差的小齒輪得接觸疲勞強(qiáng)度極限,.。 (6) 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表10-13計(jì)算應(yīng)力循環(huán)系數(shù) （7）由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表10－19查的接觸疲勞強(qiáng)度系數(shù) (8)計(jì)算接觸許用應(yīng)力 取失效概率為1％，安全系數(shù)為s=1 , 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》式10－12得： 2)計(jì)算 （1） 試計(jì)算小齒輪分度圓直徑代入[]中較小的值： mm （2） 計(jì)算圓周速度V：

48、 （3）計(jì)算齒寬b： （4）計(jì)算齒寬與齒高之比b/h： 模數(shù) 齒高 （5）計(jì)算載荷系數(shù) 根據(jù)v＝0.691m/s，7級(jí)精度，由《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖10－8查的動(dòng)載系數(shù) ＝1.05。直齒輪假設(shè) 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表10－3查得 。 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表10－2查得使用系數(shù)。 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表10－4查得7級(jí)精度，小齒輪相對(duì)支承對(duì)稱布置時(shí) 將數(shù)據(jù)代入后得： 由 查《機(jī)械設(shè)計(jì)》10－13得 故載荷系數(shù)。 （6）載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑由《機(jī)械設(shè)計(jì)》公式10－10a得

49、 由實(shí)際要求該設(shè)計(jì)選,其強(qiáng)度完全合格。 （7）計(jì)算模數(shù)m 。 2按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì) 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》式10－5得彎曲強(qiáng)度的設(shè)計(jì)公式為： 1) 確定公式內(nèi)的各個(gè)參數(shù)值 （1） 《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖10－20d查得小齒輪得彎曲疲勞強(qiáng)度極限大齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度 （2）由《機(jī)械設(shè)計(jì)》10－18查得彎曲疲勞壽命 （3）計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力 取彎曲疲勞安全系數(shù)，由《機(jī)械設(shè)計(jì)》式10－12得 （4） 載荷系數(shù)。 （5）查取齒形系數(shù)由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表10－5查得 ： 。 （6）校正系數(shù)由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表10－5查得 計(jì)算大小齒輪的并比較大

50、小： 顯然大齒輪數(shù)值大。 3． 設(shè)計(jì)計(jì)算 對(duì)比計(jì)算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)m大于由齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)，由于齒輪模數(shù)m的大小主要取決于彎曲疲勞強(qiáng)度所決定的承載能力，而齒面接觸強(qiáng)度的承載能力，僅與齒輪直徑有關(guān)，根據(jù)設(shè)計(jì)要求＝75mm，m=3完全可靠。 3.幾何尺寸計(jì)算 1）計(jì)算分度圓直徑 2）計(jì)算中心距 3）計(jì)算齒輪寬度 由于齒寬計(jì)算原則：大齒輪寬度在計(jì)算之內(nèi)，大齒輪寬比小齒輪寬5～10mm，故將齒寬就近圓整為，符合圖紙要求。 4.驗(yàn)算 故設(shè)計(jì)合理。

51、 5.2.2 軸的計(jì)算和校核 軸是組成機(jī)器的主要零件之一。一切作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)零件，都必須安裝在軸上才能進(jìn)行運(yùn)動(dòng)即動(dòng)力的傳遞，因此軸的功用時(shí)支承回轉(zhuǎn)零件及傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。所以，軸的設(shè)計(jì)也和其它零件的設(shè)計(jì)一樣，包括結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和工作能力兩方面的內(nèi)容。 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)就需要根據(jù)軸上零件的安裝、定位以及軸的制造工藝等方面的要求，合理的確定軸的結(jié)構(gòu)形式和尺寸。軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，會(huì)影響軸的工作能力和軸上零件的工作可靠性，還會(huì)增加軸的制造成本和軸上零件的裝配困難。因此，軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也是我們這部分要做的主要工作。軸的工作能力計(jì)算是指周的強(qiáng)度、剛度和震動(dòng)穩(wěn)定性等方面的計(jì)算。因?yàn)槎鄶?shù)情況下，軸的結(jié)構(gòu)工作能力主要

52、取決于軸的強(qiáng)度。在本設(shè)計(jì)中就是這種情況，因此在設(shè)計(jì)計(jì)算中我們只對(duì)軸的強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算，防止其斷裂或塑性變形。下面我們進(jìn)行具體的設(shè)計(jì)計(jì)算。 A. 主軸的設(shè)計(jì) 1.主軸的形式設(shè)計(jì) 主軸的型式和直徑，主要取決于刀具的進(jìn)給抗力和切削扭矩或主軸—--刀具系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上的需要。本設(shè)計(jì)工序?yàn)閿U(kuò)鉸，采用有止推軸承的主軸。 1）主軸分布類型及主動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法： 軸的分布類型機(jī)床所加工零件是多種多樣的，結(jié)構(gòu)各有不同，但被加工零件上（即主軸箱上主軸的分布），大體可以歸納成下述幾種類型： ① 單組或多組圓周分布； ② 等距或不等距直線分布； ③ 圓周或直線混合分布； ④ 任意分布。 根據(jù)老師所提供的零

53、件圖，本設(shè)計(jì)采用第一種類型中的單組圓周分布。 2）.傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法 主軸的分布盡管有各種各樣類型，但通常采用的經(jīng)濟(jì)而又有效的轉(zhuǎn)動(dòng)是：用一根傳動(dòng)軸帶動(dòng)多根主軸。本設(shè)計(jì)采用此種設(shè)計(jì)具體方案如下：在設(shè)計(jì)傳動(dòng)系統(tǒng)時(shí)，首先把所有主軸（6軸）分成一組同心圓，然后在同心圓上放置一根傳動(dòng)軸，來(lái)帶動(dòng)一組主軸。接著再用此轉(zhuǎn)動(dòng)軸與動(dòng)力部件驅(qū)動(dòng)軸聯(lián)結(jié)起來(lái)。這就是通常的傳動(dòng)布置次序，即由主軸處布置起，最后再引到動(dòng)力部件的驅(qū)動(dòng)軸上。 2.主軸的參數(shù)設(shè)計(jì)： 本設(shè)計(jì)選用剛性主軸。設(shè)計(jì)剛性主軸的主要內(nèi)容之一是選擇主軸參數(shù)。主軸參數(shù)確定的正確與否，對(duì)主軸的剛性將有很大的影響。在設(shè)計(jì)剛性主軸箱時(shí)，若主軸參數(shù)選擇不合理，使

54、被加工零件達(dá)不到要求的精度和光潔度。 （1）求輸出軸上的功率 由齒輪計(jì)算知 （2）求作用在齒輪上的力 已知輸出軸小齒輪的分度圓直徑為： 而 式中各參數(shù)代表的含義： －小齒輪傳遞的扭矩，單位為Nmm －小齒輪的節(jié)圓直徑，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)齒輪即為分度圓直徑。 －嚙合角，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)齒輪 3.初步確定軸的最小直徑 因?yàn)檩S的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件為： ，式中各參數(shù)含義： －扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，單位為Mpa。 T－軸所受的扭轉(zhuǎn)力，單位為。 －軸的抗扭截面系數(shù)，單位為。 －軸的轉(zhuǎn)速，單位為r/min.。 P－軸傳遞的功率，單位為KW。

55、 －計(jì)算截面處軸的直徑，單位為mm。 －許用扭轉(zhuǎn)且應(yīng)力，單位為MP。 軸常用幾種材料及值取軸的材料45號(hào)鋼，、Mpa值在25～45，值在126～103，本設(shè)計(jì)取=126,由上式得軸的直徑 選取軸的材料為45號(hào)鋼（調(diào)質(zhì)處理）。本設(shè)計(jì)考慮鍵槽削弱影響，對(duì)于單鍵d增大4％～5％，則d=23.6mm.因?yàn)橐笾鬏S直徑留有一定的富裕量，圓整為30mm，則。 本設(shè)計(jì)主軸的最小直徑為安裝軸承，為了使所選的軸徑與安裝軸承的孔徑相適應(yīng)，故需同時(shí)選軸承型號(hào)。 B. 大齒輪軸的設(shè)計(jì) 1.大齒輪軸的轉(zhuǎn)速 大齒輪軸的效率,轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩，則 式中各參數(shù)含義：－電動(dòng)機(jī)輸出功率 －減速器效率 －連

56、軸器效率 －滾動(dòng)軸承效率 將＝7.5kw, =95%,=99%,=99%代入上式 ＝6.983kw 大齒輪轉(zhuǎn)速： 于是 2大齒輪上的力 因?yàn)橐阎退偌?jí)大齒輪的分度圓直徑為 而，因?yàn)榱鶄€(gè)小齒輪均布在大齒輪周圍，徑向力相互抵消，故理論值為零。 3.初步確定軸的最小直徑 選取周的材料為45號(hào)鋼（調(diào)制處理）。根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)》表15－3取，于是得：。 考慮到鍵槽削弱影響時(shí)，對(duì)于雙鍵d增大7％～10％（見鍵的校核），本設(shè)計(jì)單鍵強(qiáng)度不夠，不符合要求，故選用雙鍵，則： 就近圓整為60mm.。 輸入軸的最小直徑顯然時(shí)聯(lián)結(jié)聯(lián)軸器處軸的直徑，為了使所選軸的直徑與連軸器的孔徑相適

57、應(yīng)，故需要同時(shí)選聯(lián)軸器的型號(hào)。 聯(lián)軸器的計(jì)算轉(zhuǎn)矩：,查《機(jī)械設(shè)計(jì)》表10－2，考慮到載荷均勻平穩(wěn)，故取 則： 按計(jì)算轉(zhuǎn)矩應(yīng)小于聯(lián)軸器工程轉(zhuǎn)矩額條件，查標(biāo)準(zhǔn) (GB/T5015-1985),選用TL8型彈性套住銷聯(lián)軸器（查表《機(jī)械設(shè)計(jì)師手冊(cè)》）其公稱轉(zhuǎn)矩為710Nm,許用轉(zhuǎn)速為3000r/min,滿足要求，其具體參數(shù)見主軸箱附件設(shè)計(jì)。 5.2.3 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) A. 主軸（小齒輪軸）的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)： 1. 擬定軸上零件的裝配方案如圖5.2－1 圖5－3 2.根據(jù)軸向定位要求確定軸各段直徑和長(zhǎng)度 ①確定軸各段直徑和長(zhǎng)度 如上圖，主軸軸徑d＝30

58、mm，所選軸承型號(hào)為7207，其尺寸為;取齒輪距箱體內(nèi)壁距離為16mm,軸承端蓋總寬度為20mm；軸承距箱體內(nèi)壁距離為2mm;又因?yàn)辇X輪寬為40mm則=100mm，其它具體尺寸見圖5－3。至此，初步確定軸的各段長(zhǎng)度和直徑。 ②軸上零件的周向定位： 齒輪與軸的周向定位采用平鍵連接。查《實(shí)用機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》續(xù)表 3－1選取鍵的鍵，具體計(jì)算見鍵的設(shè)計(jì)一節(jié)。 B. 大齒輪軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 1.擬定軸上的裝配圖方案如圖5－4所示： 圖5－4 2.根據(jù)軸向定位的要求確定軸各段的直徑和長(zhǎng)度 現(xiàn)已知安裝聯(lián)軸器處軸的直徑

59、，即，安裝齒輪處的軸段考慮到鍵槽的削弱影響，取。半聯(lián)軸器與軸配合的轂孔長(zhǎng)度L＝112mm，考慮到聯(lián)軸器只壓到套筒上面而不壓到軸的階梯上，故I-II段的長(zhǎng)度應(yīng)比L略短一些，現(xiàn)取?？紤]到鍵槽削弱的影響時(shí)，安裝齒輪處軸徑d取60mm，取齒輪距箱體內(nèi)壁的距離a=16mm;在確定滾動(dòng)軸承位置時(shí)，應(yīng)距箱體內(nèi)壁一段距離為s=8mm.已知滾動(dòng)軸承寬度T=22mm,大齒輪寬度B=35mm,與聯(lián)軸器相配合的套筒長(zhǎng)度根據(jù)聯(lián)軸器的尺寸A定位d=102mm,則軸II－III的長(zhǎng)度為： =2×（22＋46＋8＋16）＋35＋（102－4） =225mm 根據(jù)212軸承的安裝尺寸，選取套筒厚度4.5mm。 3．

60、初選滾動(dòng)軸承。 因滾動(dòng)軸承除受自身重力外，幾乎不受軸向力，故選用深溝球軸承，寬度為T=22mm.。 4.齒輪、半聯(lián)軸器與軸向定位均采用平鍵聯(lián)接。 根據(jù)《實(shí)用機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》續(xù)表3－1選取14×9的鍵鍵的公稱長(zhǎng)度為100mm。同時(shí)為了保證齒輪與軸配合具有良好的對(duì)中性，故選用齒輪輪轂與軸的配合為H7/h6;同時(shí)半聯(lián)軸器與軸的聯(lián)接，選用貧賤14mm×9mm,半聯(lián)軸器與軸的配合為H7/k6.滾動(dòng)軸承與軸的周向定位是借過(guò)渡配合來(lái)保證的，此處選軸的直徑尺寸公差為m6。 5.確定軸的圓角和倒角尺寸 參考《機(jī)械設(shè)計(jì)》表15－2，取軸端倒角為2×，各軸肩處圓角半徑取R=2。 到此我們完成了軸的設(shè)計(jì)，

61、該設(shè)計(jì)的安全性我們將在傳動(dòng)件的估算與驗(yàn)算中進(jìn)行計(jì)算。 5.2.4 軸的校核 （一）主軸的校核 1. 求軸上的載荷 首先根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)圖作出軸的計(jì)算簡(jiǎn)圖如下5－5所示： 1） 計(jì)算并畫在H方向的彎矩圖 由得： 則： 代入數(shù)值得： 由得： 則： 圖5－5 代入數(shù)值得： 則從左端起齒輪處得彎矩： 則彎矩圖如圖5－5（b）所示。 2） 計(jì)算并畫出V方向得彎矩圖 由得： 則： 代入數(shù)據(jù)得： 同理得： 則從左邊起齒輪處的彎矩為： 作彎矩圖如圖5－5（c）所示。 3）.計(jì)算軸的總彎矩 代入數(shù)據(jù)得： 作出總彎矩簡(jiǎn)圖

62、如圖5.2－3（e）所示。. 4)扭矩圖 由于，所以畫彎矩圖如圖5－5（f）所示 從軸得結(jié)構(gòu)圖以及彎矩圖和扭矩圖中可以看出截面C是軸的危險(xiǎn)截面，現(xiàn)將計(jì)算出截面C處得H面、V面的彎矩和總彎矩值列于下表： 載荷 水平面H 垂直面V 支反力F 彎矩M 總彎矩 M＝50146.9490N 扭矩 2.按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度 進(jìn)行校核時(shí)，通常只校核軸上承受最大彎矩和扭矩的地方。由《機(jī)械設(shè)計(jì)》查得軸的彎扭合成強(qiáng)度條件為 ： 式中各參數(shù)含義：－軸的計(jì)算應(yīng)力，單位為MPa M－軸所受的扭矩，單位為Nmm W－軸的抗彎截面系數(shù)，單位為 －對(duì)稱循環(huán)

63、變應(yīng)力時(shí)軸的許用應(yīng)力 ①由于主軸扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為對(duì)稱循環(huán)應(yīng)力，則a=1。 ②45號(hào)鋼的許用彎曲應(yīng)力由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表15－1查得＝60。 ③W的確定：由于裝齒輪處開有鍵槽，則按《機(jī)械設(shè)計(jì)》表15－4查得： 由所選鍵槽參數(shù)表格由b=8,t=4.0 則： 則 由上面計(jì)算可知軸安全。 （二）.大齒輪軸的校核 1.首先根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)圖作出軸的計(jì)算簡(jiǎn)圖如下5－6所示： 圖5－6 大齒輪由于周邊對(duì)稱分布6個(gè)小齒輪，應(yīng)此其徑向力和切向力為零，僅受扭矩作用，扭矩圖如上所示。 2.由于僅受扭矩作用，并且軸直徑的確定是由扭矩強(qiáng)度條件確定的。因此，該軸已滿足扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度，故不用校核即已安

64、全。 5.3 軸承 前面我們對(duì)主軸本身進(jìn)行了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和強(qiáng)度校核，但是影響剛性主軸性能的因素很多，除與主軸本身的剛度有關(guān)外，與主軸支承系統(tǒng)的剛性也有很大關(guān)系，由于主軸本身剛性不足引起的變形，占總變形的50%~70%;因?yàn)橹С袆傂圆蛔?，引起的變形，占總變形?0%~50%。這不難看出支承系統(tǒng)的剛性，在剛性主軸設(shè)計(jì)中是不可忽視的一環(huán)。 5.3.1 .軸承的選用 剛性主軸的設(shè)計(jì)中對(duì)滑動(dòng)軸承和滾動(dòng)軸承都采用，但大多數(shù)情況下采用是采用滾動(dòng)軸承，因?yàn)闈L動(dòng)軸承具有尺寸小、轉(zhuǎn)速高、壽命長(zhǎng)、裝配簡(jiǎn)單、密封和潤(rùn)滑也比較簡(jiǎn)單，而且可以直接從樣本中選用等優(yōu)點(diǎn)。但是，因?yàn)榛瑒?dòng)軸承抗震性好，徑向尺寸較小，所以在剛性

65、軸設(shè)計(jì)中經(jīng)常被采用。在該設(shè)計(jì)中，由于所設(shè)計(jì)的多軸鉆床屬于有較小震動(dòng)的機(jī)床，因此選用滾動(dòng)軸承做為支承。 （1）.軸承種類的選用： 在本次設(shè)計(jì)中，采用滾動(dòng)軸承的種類很多，根據(jù)主軸所受載荷的大小，方向和轉(zhuǎn)速的不同而不同，常采用的滾動(dòng)軸承有以下幾種：?jiǎn)瘟邢蛐那蜉S承、單列圓錐滾子軸承，單列向心推力球軸承，雙列向心短圓柱滾子軸承、單列推力球軸承單列向心短圓柱滾子軸承等。其中向心軸承主要承受徑向載荷，也能承受不大的軸向載荷；推力軸承只能承受軸向載荷；向心推力軸承既能承受軸向載荷，又能承受徑向載荷。在本設(shè)計(jì)中，主軸即承受軸向載荷，有承受徑向載荷，因此選用單列圓錐滾子軸。 （2）.軸承型號(hào)的選擇 軸承

66、型號(hào)的選擇不僅與主軸受災(zāi)情況有關(guān)，而且與主軸軸徑尺寸有關(guān)。由于設(shè)計(jì)中主軸安裝支承的軸徑部位尺寸為30mm，所以根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)便覽》（GB297-84）與之配合的單列圓錐滾子軸承，其軸承型號(hào)和參數(shù)如下： 表5－1 軸承 型號(hào) 尺寸mm d D T r1smin r2smin C r3smin r4smin a 輕窄型系列 7207 30 62 17.25 16 1 1 14 軸承型號(hào) 尺寸mm d D T C a 輕窄型系列 7207 30 62 17.25 16 1 1 14 軸承型號(hào) 安裝尺寸mm 輕窄系列 7207 36 36 56 57 3 5 1 軸承型號(hào) 額定動(dòng)載荷C（KN） 額定靜載（KN） e Y 極限轉(zhuǎn)速 脂潤(rùn)滑 油潤(rùn)滑 輕窄系列 7207 24.33 21.88 0.36 1.7 0.9 5300 6700 其載荷計(jì)算公式為： 當(dāng) 時(shí) 時(shí) 當(dāng) 時(shí) 時(shí) 5.3