汽車發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪殼支架鉆削多軸頭與夾具設(shè)計(jì)（全套CAD圖+翻譯）,汽車發(fā)動(dòng)機(jī),飛輪,支架,鉆削多軸頭,夾具,設(shè)計(jì),全套,cad,翻譯 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 摘要 多軸頭夾具是配合立式鉆床進(jìn)行左右支臂的鉆孔加工的工藝裝備，利用鉆床主軸 驅(qū)動(dòng)多軸頭各個(gè)工作軸，配套夾具進(jìn)行夾緊和定位。在一次裝夾過(guò)程中就可以完成若 干孔位的加工，很適合大型汽車廠內(nèi)大批量加工零件上多個(gè)孔系的工序，可以顯著提 高生產(chǎn)效率。 關(guān)鍵詞： 鉆床夾具；多軸頭 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 Abstract Multiaxial head is one of type of technical euqipment that just can be used with driller. Multiaxial head’s all axises can be drived by the chief axis of driller. Worker can make multi- hole only in one process with the corresponding fixture. So it much more adapt to large-scale manufacture in today’s manufactory. Key words： driller; fixture; Multiaxial head 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 目錄 第一章 概論 .1 1.1 課題的來(lái)源和目的 1 1.2 可行性分析及系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案 2 1.3 鉆削系統(tǒng)達(dá)到的功能要求和技術(shù)指標(biāo) 3 1.4 鉆削系統(tǒng)研究的重點(diǎn)和難點(diǎn) 4 1.5 預(yù)計(jì)課題的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益 4 第二章 原始資料及設(shè)計(jì)要求 .5 2.1 原始資料 5 2.1.1 工序卡 5 2.1.2 機(jī)床相關(guān)參數(shù) 6 2.2 設(shè)計(jì)要求 7 第三章 多軸頭及夾具的總體設(shè)計(jì) .8 3.1 多軸頭與夾具導(dǎo)向結(jié)構(gòu)選擇 8 3.2 導(dǎo)向套的選擇 9 3.3 工作軸直徑的計(jì)算 .9 3.4 刀具接桿類型的選擇 10 3.5 確定多軸頭箱體輪廓尺寸 .10 3.6 初定夾具輪廓尺寸 10 第四章 多軸頭的設(shè)計(jì) 11 4.1 多軸頭設(shè)計(jì)的原始依據(jù)圖 11 4.2 傳動(dòng)方案的選擇及分析 11 4.3 齒輪的設(shè)計(jì)及計(jì)算 12 4.4 工作軸的結(jié)構(gòu)形式選擇 14 4.5 工作軸的設(shè)計(jì)及計(jì)算 15 4.6 軸承的選擇及計(jì)算 17 4.7 鍵聯(lián)接的選擇 18 4.8 潤(rùn)滑與密封 19 第五章 夾具設(shè)計(jì) 20 5.1 夾具體上配合及公差的選擇 20 5.2 定位方案的選擇及分析 .22 5.3 定位誤差的分析及計(jì)算 23 5.4 夾緊方案的選擇 .26 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 5.5 夾緊力的計(jì)算 26 5.5.1 夾緊力的大小的計(jì)算 26 5.5.2 實(shí)際夾緊力的計(jì)算 .26 5.6 夾緊和定位方案的總體設(shè)計(jì) 27 總結(jié) .29 致謝 .30 參考文獻(xiàn) .31 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 1 第一章 概論 1.1 課題的來(lái)源和目的 此課題來(lái)源于生產(chǎn)實(shí)際，汽車發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪殼左右支架系東風(fēng)汽車 EQ140 上的零件， 而我所要設(shè)計(jì)的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪殼鉆削多軸頭及其夾具是用來(lái)輔助生產(chǎn)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪 殼左右支架的。 多軸頭是附加在立式鉆床上的一種裝置。它通過(guò)傳動(dòng)桿與機(jī)床主軸相連，由傳動(dòng)桿 驅(qū)動(dòng)多軸頭箱體內(nèi)部的各個(gè)齒輪和工作軸旋轉(zhuǎn)，工作軸的位置按照設(shè)計(jì)與工件上孔位置 相對(duì)應(yīng)，工作軸上裝有刀具，例如鉆頭，锪刀，倒角鉆，鏜刀等，可以實(shí)現(xiàn)在一個(gè)工步 內(nèi)對(duì)工件上的多個(gè)孔進(jìn)行多個(gè)工藝內(nèi)容的加工?；诎l(fā)動(dòng)機(jī)飛輪殼左右支架的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 如圖 1.1 所示，采用鉆削多軸頭進(jìn)行輔助加工，四個(gè)孔可以同時(shí)加工，完成多個(gè)工步內(nèi) 容，加工效率極高。 在采用多軸頭的同時(shí)，還要有與之對(duì)應(yīng)的夾具的輔助。機(jī)床夾具是在金屬加工過(guò)程 中，用以準(zhǔn)確的確定工件位置，并將其牢固的夾緊，以接受加工的工藝裝備。其主要作 用是：可靠的保證工件的加工質(zhì)量，提高加工效率，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，充分發(fā)揮和擴(kuò)大機(jī) 床的工藝性能。因此，機(jī)床夾具在機(jī)械制造中占有重要的地位。本課題為汽車發(fā)動(dòng)機(jī)飛 輪殼支架 4-φ13 孔多軸頭及其配套夾具的設(shè)計(jì)就是屬于傳統(tǒng)的機(jī)械加工工裝設(shè)計(jì)，其主 要目的就是要解決在一般的機(jī)械加工過(guò)程中常見(jiàn)的多孔位加工問(wèn)題。 通過(guò)多軸頭配合夾具對(duì)零件同時(shí)進(jìn)行一個(gè)平面內(nèi)的多個(gè)孔的加工，從而可以顯著的 提高加工效率。 圖 1.1 右支架 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 2 1.2 可行性分析及系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案 汽車工業(yè)是技術(shù)密集型產(chǎn)業(yè)，在生產(chǎn)中應(yīng)用了各種加工工藝方法。從原材料進(jìn)廠到 產(chǎn)品出廠的整個(gè)過(guò)程中，都離不開(kāi)工藝。所以汽車生產(chǎn)的工藝工作十分復(fù)雜。汽車產(chǎn)品 具有諸如零件精度高、結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜、產(chǎn)量大、零部件的互換性要求高、安全性要求高 等特點(diǎn)。在汽車產(chǎn)品的生產(chǎn)制造過(guò)程中其中有大量的零部件產(chǎn)品需要經(jīng)過(guò)機(jī)械加工，而 在零部件的機(jī)械加工過(guò)程中很多都需要使用專用的工裝夾具來(lái)保證其加工的過(guò)程的順利 進(jìn)行。此外，汽車零件的結(jié)構(gòu)大都很復(fù)雜，而且多孔，為了提高零件的生產(chǎn)效率，多軸 頭的使用已經(jīng)成為一種很常見(jiàn)的工藝手段。 多軸頭分為通用多軸頭和專用多軸頭，在汽車零部件加工廠里，多使用專用多軸頭， 它與通用多軸頭的區(qū)別是工作軸不可調(diào)，適用于大量生產(chǎn)的工廠。專用多軸頭的各工作 軸多采用懸掛式的鉆模板進(jìn)行刀具的導(dǎo)向定位。懸掛式鉆模板是通過(guò)滑柱、彈簧和多軸 頭等懸掛在鉆床的主軸上，工件以支承塊、銷、限位件、定位壓塊為定位件，其中定位 壓塊兼為夾緊件。當(dāng)鉆模板上的定位件隨鉆床主軸下降到與工件接觸時(shí)，則工件完成最 終定位，鉆模板不再下降，但多軸頭仍繼續(xù)下降，此時(shí)滑柱上的兩根彈簧產(chǎn)生越來(lái)越大 的壓力通過(guò)鉆模板上的定位壓塊將工件壓牢。當(dāng)工件上的孔加工透后，鉆模板隨鉆床主 軸一起上升，直到便于裝卸工件時(shí)，鉆床主軸才停止上升。 多軸頭雖然在多孔加工方面有很明顯的優(yōu)點(diǎn)，但是也有它自身的局限性，例如，一 旦多軸頭箱體設(shè)計(jì)加工完畢，則其各個(gè)工作軸的軸間距就已經(jīng)固定，不能改變，此多軸 頭就只能用來(lái)加工單一產(chǎn)品。此外，由于多軸頭的專業(yè)性較強(qiáng)，它也不適合用于新產(chǎn)品 的調(diào)試加工。多軸頭的各個(gè)部件的要求精度較高，所以它的制造費(fèi)用要比一般的工裝夾 具要高。不僅如此，由于多軸頭的工作軸前端需要有軸承支承，受支承軸承的外形尺寸 的限制，其加工孔的孔距也不可能很近，超出一定范圍才可能使用多軸頭加工。 該課題所涉及的加工零件的工序尺寸如圖 1.2 所示： 由工序圖可知被加工孔的最小孔距為 51，孔徑為 φ13。根據(jù)以上已知條件，按[5] 表 5-5 通用主軸的最小軸間距可以查得多軸頭的最小軸間距為 36。由于此軸間距大于所 規(guī)定的最小軸間距，所以對(duì)于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪殼左右支架底平面上的 4-φ13 孔是可以選 用多軸頭進(jìn)行加工的。 基于以上的資料和條件的分析可以對(duì)整個(gè)設(shè)計(jì)方案做出一個(gè)大體的框架即：多軸頭 與 Z535 立式鉆床相聯(lián)接，而夾具安裝在鉆床的平臺(tái)上，多軸頭和夾具之間的定位靠多軸 頭上的導(dǎo)桿和夾具上的導(dǎo)套配合完成。由于 工件的尺寸較大，選擇一次只加工一件。 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 3 圖 1.2 工序圖 1.3 鉆削系統(tǒng)達(dá)到的功能要求和技術(shù)指標(biāo) 本鉆削多軸頭及其配套夾具是用于加工零件發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪殼的 10.6B-01044/01042 左 右支架。其左右支架是通過(guò)支架將飛輪殼固定在發(fā)動(dòng)機(jī)上。它主要承受飛輪殼的重量。 零件 10.6B-01044/01042 左/右支架系東風(fēng)汽車 EQ140 上零件。每車用量?jī)杉?，每種 年產(chǎn)量位 80，000 件屬于大批量生產(chǎn)型。為了提高零件機(jī)械加工的效率，保證產(chǎn)品質(zhì)量， 就需要采用先進(jìn)的工藝裝備，而本多軸頭及其夾具的特點(diǎn)則能夠滿足上述要求。采用多 軸頭同時(shí)加工零件底平面上的 4 的 Φ13 通孔，可以大幅度提高加工精度和加工效率，能 夠滿足大批量生產(chǎn)的需要。同時(shí)，還應(yīng)該滿足如下幾個(gè)要求： 1. 由于多軸頭要配合夾具使用來(lái)完成對(duì)工件上 4 個(gè)通孔的加工，故在設(shè)計(jì)中要滿足夾具 應(yīng)便于裝夾，排屑方便等要求。 2. 提高機(jī)械加工勞動(dòng)生產(chǎn)率，滿足生產(chǎn)要求。 3. 夾具操作方便，夾緊可靠安全，有較合理的裝卸空間。 4. 保證工件的加工精度。 5. 結(jié)構(gòu)合理，便于加工、裝配和維修。 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 4 1.4 鉆削系統(tǒng)研究的重點(diǎn)和難點(diǎn) 整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中的重點(diǎn)和難點(diǎn)主要有以下兩點(diǎn)： 1. 使多軸頭和夾具能夠協(xié)調(diào)一致的工作。在使用過(guò)程中既要滿足工件的定位方便、 加工精度得以保證；還要滿足裝夾方便、操作安全的要求。在設(shè)計(jì)多軸頭和夾具 時(shí)要考慮設(shè)備和工裝之間的聯(lián)系尺寸，例如機(jī)床的主軸運(yùn)動(dòng)極限距離，主軸的外 徑，最大扭矩；工件的裝卸空間要合理；工件如何定位才能滿足加工精度的需要。 2. 多軸頭的傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)也是本課題設(shè)計(jì)中所需仔細(xì)考慮的地方。根據(jù)切削加工 時(shí)刀具所承受的扭矩來(lái)計(jì)算工作軸的直徑，由此選擇工作軸的類型、箱體的尺寸。 并根據(jù)孔位的分布情況來(lái)確定傳動(dòng)路線，并合理的設(shè)計(jì)和選擇各個(gè)傳動(dòng)部件，避 免出現(xiàn)機(jī)械上的干涉；確保傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)能保證工作軸的轉(zhuǎn)速滿足工藝要求的參 數(shù)，最后還要對(duì)選擇的部件中的關(guān)鍵項(xiàng)進(jìn)行必要的校驗(yàn)，以確保使用的安全和壽 命。 1.5 預(yù)計(jì)課題的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益 在該零件底面孔加工工序中，使用多軸頭有很多好處。在加工時(shí)，可以一次加工多 個(gè)孔，完成多個(gè)工步內(nèi)容，加工效率極高，可以縮短切削加工的單位時(shí)間；可以縮短輔 助時(shí)間；由于是在一次裝夾過(guò)程完成的切削，孔位的加工精度很高；同時(shí)可以使工人的 操作安全和方便，并能夠減輕體力勞動(dòng)強(qiáng)度；可以使技術(shù)等級(jí)較低的工人擔(dān)任加工精度 教工的工件，并能夠保證工件的加工精度。 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 5 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 6 第二章 原始資料及設(shè)計(jì)要求 2.1 原始資料 本多軸頭及其夾具是為了加工零件 10.6B-01044/01042 設(shè)計(jì)的，用于加工 50 序鉆底 平面 4-Φ13 通孔，其原始資料如下： 零件為 EQ140 左支架和右支架，生產(chǎn)綱領(lǐng) 80，000 件。 每車數(shù)量：左支架和右支架各一件。 材料規(guī)格：QT400。 毛坯重量左右支臂均為 2.52kg。 零件凈重左右支臂均為 2.17kg。 2.1.1 工序卡 機(jī)械加工工序卡：由于左支架、右支架的工藝過(guò)程基本相同，故只列出左支架的工 藝卡。 表 2.1 機(jī)械加工工序卡 工序 工序內(nèi)容 單件工時(shí) 加工設(shè)備 １ 銑底平面 3.61 立式銑床 X5032 ２ 銑筋 2.7 立式銑床 X5032 ３ 銑 Φ66 凸臺(tái)兩側(cè)面 2.5 臥式銑床 X6132 ４ 鉆孔 Φ22 0.6 立式鉆床 Z535 ５ 鉆孔 4-Φ13 通孔 1.45 立式鉆床 Z535 ６ 銑凹面， 1.36 立式銑床 X5032 ７ 孔口倒角 1.0 立式鉆床 Z535 ８ 清洗零件 0.5 清洗機(jī) SQX-400Ⅱ ９ 終檢 0.35 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 7 50 序鉆 4-Φ13 孔，保證尺寸 39.5 ，4-Φ13 及位置尺寸 51，165，4-Φ13 孔的 位置精度 Φ0.30，粗糙度 12.5（同時(shí)加工 4 孔） 刀具：麻花鉆 BD10-3 Φ13；輔具：中間套筒、刀具接桿；鉆夾頭 0～15。 夾具：多軸頭及其配套夾具 量具：游標(biāo)卡尺 0～200/0.02mm 切削用量：切削長(zhǎng)度：L=25mm;切深 t=6.5mm; 進(jìn)給量：S=0.32mm/r;主軸轉(zhuǎn)速 n=290r/min; 切削速度：v=11.78m/min;t 單＝1.45min 切削液：乳化液 設(shè)備：立式鉆床 Z535 2.1.2 機(jī)床相關(guān)參數(shù) 要使多軸頭與 Z535 配合使用，需要 Z535 鉆床的機(jī)床相關(guān)尺寸，Z535 的尺寸如下: ? 最大鉆孔直徑 φ35 ? 主軸中心線至導(dǎo)軌面距離 335mm ? 主軸端面至工作臺(tái)距離 750mm 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 8 ? 主軸行程 250mm ? 主軸箱行程 200mm ? 主軸轉(zhuǎn)速范圍 31.5～1400r/min ? 主軸轉(zhuǎn)速級(jí)數(shù) 12 級(jí) ? 進(jìn)給量范圍 0.056～1.8mm/r ? 進(jìn)給量級(jí)數(shù) 9 級(jí) ? 主軸莫氏錐度號(hào) 4 號(hào) ? 主軸最大進(jìn)給抗力 16000N ? 主軸最大扭矩 350N/m ? 主電機(jī)功率 3KW ? 工作臺(tái)行程 300mm ? 工作臺(tái)尺寸 560×480mm ? 機(jī)床外形尺寸 1090×905×2530mm 2.2 設(shè)計(jì)要求 1.夾具應(yīng)便于裝夾，排屑方便。 2.提高機(jī)械加工勞動(dòng)生產(chǎn)率，滿足生產(chǎn)需求。 3.夾具操作方便，夾緊可靠安全，有較合理的裝卸空間。 4.穩(wěn)定的保證工件的加工精度。 5.結(jié)構(gòu)合理，便于加工、裝配和維修。 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 9 第三章 多軸頭及夾具的總體設(shè)計(jì) 多軸頭是安裝在機(jī)床上的一種附加裝置，利用它可以完成多孔位同時(shí)加工。而工件 是裝夾在夾具上，靠夾具定位來(lái)確定加工尺寸和位置的。所以在多軸頭和夾具設(shè)計(jì)時(shí)需 要考慮其和機(jī)床以及他們相互之間的總體的配合，避免出現(xiàn)運(yùn)動(dòng)干涉和使用中可能出現(xiàn) 的不利情況。 3.1 多軸頭與夾具導(dǎo)向結(jié)構(gòu)選擇 該工序由于時(shí)在立式鉆床上進(jìn)行加工，故選擇導(dǎo)桿直徑為 Φ30mm，導(dǎo)桿數(shù)量取 2 根。 鉆模板沒(méi)有快速更換的要求，故采用固定時(shí)圓螺母鎖緊即可。其具體結(jié)構(gòu)如圖 6.2 所示： 為保證加工時(shí)鉆模板具有足夠的穩(wěn)定性，鉆模板在夾具上必須維持足夠的定位壓力， 對(duì)于本多軸頭，其總重量未超過(guò) 80kg，導(dǎo)桿上加裝彈簧以利于壓緊工件。 多軸頭和夾具靠?jī)筛鶎?dǎo)桿進(jìn)行定位套導(dǎo)向。導(dǎo)桿前端加工成錐度利于插入夾具上的 導(dǎo)套。導(dǎo)套座與夾具有確定的位置關(guān)系，故可以滿足多軸頭加工時(shí)的相對(duì)于工件的位置 精度。 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 10 圖 3.1 立式鉆床結(jié)構(gòu)圖 3.2 導(dǎo)向套的選擇 對(duì)于鉆孔加工過(guò)程中，由于鉆頭的強(qiáng)度和剛性較差容易出現(xiàn)加工的孔歪斜。故在鉆 孔加工中為保證刀具相對(duì)于工件的正確位置和各刀具相互件的正確位置和提高刀具系統(tǒng) 的支撐剛性通常采用導(dǎo)向套對(duì)刀具進(jìn)行引導(dǎo)。 由于該加工工序孔徑較小，摩擦表面線速度 V＝11.78m/min ，所以應(yīng)取小齒輪的參數(shù)進(jìn)行計(jì)算。][1F?2 2. 按輪齒彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì) 設(shè)齒輪按 8 級(jí)精度制造，取載荷系數(shù) K＝1.2（查[9]表 11-3 得） ，齒寬系數(shù)為 ψ d＝0.3。 小齒輪上的轉(zhuǎn)距從 5.4 的計(jì)算知為 T＝16.5×10 3N·mm。由 7.2 計(jì)算知傳動(dòng)比 u＝2.91。 按輪齒的彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)公式計(jì)算齒輪的模數(shù)為： m≧ ＝ ＝1.48321a][zu4FYKTδ）（ψ ?32 3109.08.5614??）＋（ 模數(shù)按標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)選取 m＝2 此時(shí)應(yīng)再重新計(jì)算各個(gè)齒輪的齒數(shù)和各軸間距如下： z1＋z 2＝ ＝ ＝ ＝ ＝86.351a2 )51(6(2?2)5.().8(2??351.86? 從 4.2 的計(jì)算數(shù)據(jù)可以知道初定的大小齒數(shù)分別為 z1＝22，z 2＝64。兩齒輪齒數(shù)和 為 86 與上述計(jì)算基本吻合，所以適合，無(wú)需再重新選擇和計(jì)算齒數(shù)。 此時(shí)的工作軸和主軸的實(shí)際中心距為： a 理論 ＝ ＝ ＝86mm2)(1zm?2)(1z?? 實(shí)際中心距和理論中心距有偏差 Δ＝|a 實(shí)際 -a 理論 |＝0.351mm，此時(shí)為配湊中心距需 將齒輪做成變位齒輪。其變位參數(shù)的計(jì)算如下： y＝ ＝ ＝0.176ma理 論實(shí) 際 － 286351.－ 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 15 變位后的嚙合角 cosα’＝ ＝ ＝0.934α實(shí) 際理 論 cosa?cos2086.351 α’＝arccosα’＝arccos0.934＝20.63° 變位后的漸開(kāi)線函數(shù)為： invα’＝tanα’－α’＝tan20.63°－ ＝0.0164?63.2018π 標(biāo)注嚙合時(shí)的漸開(kāi)線函數(shù)為： invα＝tanα－α＝tan20°－ ＝0.0149?0π 總變位系數(shù)為： ＝ ＝ ＝0.177Σxα ）－α ’（α＋ invi2tanz1 ）－（＋ ???inv20i.63tan24 因小齒輪的輪齒比大齒輪工作頻率要高，所以將此變位系數(shù)全部分配給小齒輪。大 齒輪為標(biāo)準(zhǔn)齒輪。 大小齒輪的齒寬 b1＝b 2＝ ＝0.3×86.351＝24mmaψ 3. 驗(yàn)算輪齒的接觸強(qiáng)度 ＝ ＝ ＝505.03MpaHσ 213ubaKT5）＋（ 23386.5142.9105??）＋（ 查[9]圖 11-7（d）知 =1125Mpa，查表 11.4 知安全系數(shù) ＝1.2。Hlimσ FS ＝ ＝ ＝937.5Mpa][Hσ FlimSσ 1.25 ＜ ,所以安全。σ σ 4. 齒輪的圓周速度 v＝ ＝ ＝0.67m/s106nd?π 106294.3? 對(duì)照[9]表 11-2 可知所選的 8 級(jí)精度是合宜的。 4.4 工作軸的結(jié)構(gòu)形式選擇 鉆削類主軸在工作時(shí)因?yàn)殂@頭在切削過(guò)程中橫刃的切削條件很差，會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的擠 壓，軸向切削力較大，所以在工作軸的結(jié)構(gòu)上通常采用滾動(dòng)軸承或止推軸承作為支承。 在此多軸頭中工作軸的結(jié)構(gòu)中前支承采用滾動(dòng)軸承，后支承采用止推軸承和滾動(dòng)軸 承組合以承受軸向載荷。 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 16 工作軸的具體結(jié)構(gòu)如圖 4.3 所示。 圖 4.3 工作軸結(jié)構(gòu)圖 4.5 工作軸的設(shè)計(jì)及計(jì)算 1. 輪齒上的作用力 ? 小齒輪上的轉(zhuǎn)距 T1＝ ＝ =16080N·mm16n05.9P?2914.05.96? ? 圓周力 = = ＝730.91NtF1d268? ? 徑向力 = ＝ ＝266.03Nrαtan?20tan91.73 ? 法向力 Fn＝ ＝ ＝777.81N αcost?20. 垂直面的支承反力(如圖 4.4a 所示) 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 17 ＝ ＝ ＝86.07NVF1682?r203.? ＝ =266.03-86.07=179.96N2Vr1? 2. 水平面的支承反力（如圖 4.4b 所示） ＝ ＝ ＝236.47NHF168?T29.730? ＝ =730.91-236.47=494.44N2H1? 3. 繪制垂直面的彎矩圖（如圖圖 4.4c 所示） ＝ ＝ ＝3.96N·maVM046.1?F046.78? 4. 繪制水平面的彎矩圖（如圖圖 8.4d 所示） ＝ ＝ ＝10.88N·maH.1.23 5. 求合成彎矩（如圖 8.4e 所示） ＝ ＝ ＝11.58N·maM22)()(aHaV?22)8.10()96.(? 6. 求軸傳遞的扭矩（如圖 8.4f 所示） M＝ ＝ ＝16.08 N·m21dFt 20.9.73? 7. 求危險(xiǎn)截面的當(dāng)量彎矩 從圖可見(jiàn)，a－a 截面最危險(xiǎn)，其當(dāng)量彎矩為：如認(rèn)為軸的扭切應(yīng)力是脈動(dòng)循環(huán)應(yīng)力， 取折合系數(shù) a＝0.6 ＝ ＝ ＝15.07 N·me22)(T?22)08.16(58.1?? 8. 計(jì)算危險(xiǎn)截面處軸的直徑 軸的材料采用 40Cr，調(diào)質(zhì)處理，由[9]表 14-1 查得 ＝750Mpa，由表 14-3 查得許Bσ 用彎曲應(yīng)力 =70Mpa,則：][1b-σ d≧ ＝ ＝12.91mm3b1][.0?σ eM3 370.15? 考慮到鍵槽對(duì)軸的削弱，實(shí)際的直徑應(yīng)比 d 大，由 3.2 可知初選軸徑為 d＝20mm，合 適。 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 18 圖 4.4 4.6 軸承的選擇及計(jì)算 1. 軸承型號(hào)的確定 根據(jù) 4.5 計(jì)算確定的工作軸的直徑 d＝20mm 和 4.4 所選擇的軸承的類型，查手冊(cè)可 以確定滾動(dòng)軸承的型號(hào)為 6204，止推軸承的型號(hào)為 8205。 2. 軸承承受的軸向載荷 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 19 滾動(dòng)軸承 1 所承受的徑向載荷為： ＝ ＝ ＝251.65N1rF2HV?2247.360.8? 滾動(dòng)軸承 2 所承受的徑向載荷為： ＝ ＝ ＝526.17N2rHV 22.9.1 止推軸承所承受的軸向載荷為： ＝ ＝9790.66NaF軸 3. 軸承所承受的當(dāng)量動(dòng)載荷 滾動(dòng)軸承因只承受徑向載荷，所以其當(dāng)量動(dòng)載荷 P2＝ ＝526.17N，P 1＝ ＝251.65NrFrF 止推軸承因只承受軸向載荷，所以其當(dāng)量動(dòng)載荷 P3＝ ＝9790.66NaF 4. 計(jì)算所需的基本額定動(dòng)載荷 Cr 因軸的結(jié)構(gòu)要求兩端選擇相同尺寸的軸承，今 ,故應(yīng)以軸承 2 的徑向當(dāng)量動(dòng)2r1 載荷 P2為計(jì)算依據(jù)。因工作狀況平穩(wěn)無(wú)沖擊，所以查[9]表 16-10 得 fp＝1.2；工作溫度 正常，查表 16-9 得 ft＝1；查表 16-11 可得 Lh＝15000h。所以 ＝ ＝ ＝4039.73N2rC362)0(htPLnf 316)50129(7.52. ?? ＝ ＝ ＝75168.93N3a3163)(htPf 316)(.90. 5. 軸承的校核 由[9]附表 2 可以查得滾動(dòng)軸承 6204 的徑向基本額定動(dòng)載荷 Cr＝9880N。因?yàn)?Cr,所2C 以選擇的軸承 6204 適用。 由附表 2 可以查得止推軸承 8205 的徑向基本額定動(dòng)載荷 Ca＝21200N。因?yàn)?Ca3Ca， 所 以選擇的軸承 8205 適用。 4.7 鍵聯(lián)接的選擇 在此多軸頭中考慮到裝配方便，而根據(jù)前面的計(jì)算工作軸所承受的載荷較輕，故選 擇半圓鍵作為齒輪和軸的聯(lián)接。 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 20 4.8 潤(rùn)滑與密封 由于多軸頭的是立式安裝，在運(yùn)行過(guò)程中需要對(duì)齒輪進(jìn)行潤(rùn)滑，而軸的轉(zhuǎn)速較低， 所以采用整體浸油潤(rùn)滑的方式。 對(duì)于軸頸處采用毛氈圈密封。 具體結(jié)構(gòu)如圖 8.5 所示。 圖 4.5 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 21 第五章 夾具設(shè)計(jì) 鉆床夾具一般是為了保證在孔的加工過(guò)程中孔的位置和尺寸精度而設(shè)計(jì)的。而多軸 頭鉆削的配套夾具除了具有一般夾具的特點(diǎn)外，還有自身的特點(diǎn)，例如：其夾具和多軸 頭之間靠導(dǎo)桿進(jìn)行定位；夾具上的刀具引導(dǎo)裝置一般采用懸掛式鉆模板。所以必須在總 體設(shè)計(jì)中把握好，以利于多軸頭和夾具的正確運(yùn)用。 所設(shè)計(jì)的夾具是用于鉆削汽車發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪殼左/右支架底面上的 4-φ13 孔，材料為 QT400，孔距分別為 165 和 51，四孔位置度 φ0.3，其具體尺寸和位置如圖 5.1 所示： 圖 5.1 尺寸圖 5.1 夾具體上配合及公差的選擇 1. 導(dǎo)套座與導(dǎo)套的配合 由于導(dǎo)套需要固定在導(dǎo)套座上對(duì)導(dǎo)桿進(jìn)行導(dǎo)向作用，而且不需要經(jīng)常拆卸，安裝后 較緊固，需要精密定位，故選擇 。874Hnφ 2. 導(dǎo)套座與底板的配合 導(dǎo)套座也是需要精密定位，但在安裝過(guò)程中可能會(huì)需要拆卸，由導(dǎo)套座上的緊固螺 釘固定在底板上。故選擇 。760kφ 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 22 3. 芯軸與定位套的配合 芯軸是關(guān)鍵的定位零件，它和定位套之間的間隙大小直接影響著工件加工的定位誤 差，另外在使用過(guò)程中還需要定位芯軸在定位套中能夠作短距離的移動(dòng)。所以選擇 。7623Hhφ 4. 定位套與主體角板的配合 由于定位套需要固定在導(dǎo)套座上對(duì)芯軸進(jìn)行導(dǎo)向作用，而且不需要經(jīng)常拆卸，安裝 后較緊固，需要精密定位的情況，故選擇 。8732Hnφ 5. 軸與主體角板的配合 由于軸和主體角板之間不經(jīng)常拆卸需要緊固的配合，且要間隙很小的配合。故選擇 。8712Hnφ 6. 軸與校平尺的配合 軸和校平尺之間需要能夠作小范圍的轉(zhuǎn)動(dòng)，且要間隙很小的配合，故選擇 。8716Hhφ 7. 支座、浮動(dòng)壓板與定位銷的配合 支座、浮動(dòng)壓板與定位銷三者之間，首先要考慮選用基軸制還是基孔制。一般優(yōu)先 選用基孔制。但由于機(jī)械結(jié)構(gòu)的原因，此時(shí)易采用基軸制。若采用基孔制，銷子應(yīng)設(shè)計(jì) 成如圖 5.2 所示，中間小兩頭大的結(jié)構(gòu)的階梯銷，這不僅給加工制造帶來(lái)了困難，而且 裝配時(shí)階梯銷大頭易刮傷小頭內(nèi)表面。若改用基軸制，銷子就可以設(shè)計(jì)成如圖 5.3 所示 的光銷，這樣就容易保證加工精度和裝配質(zhì)量。而且不同基本偏差的孔，分別位于連接 桿及壓板兩個(gè)零件上，加工上并不增加困難。所以此處采用基軸制，如圖 5.4 所示。確 定了基軸制后就可以進(jìn)行機(jī)械公差配合的選擇了。 銷子與浮動(dòng)壓板的配合，由于銷子主要起到了固定連接的作用，且浮動(dòng)壓板需要繞銷 子旋轉(zhuǎn)，所以應(yīng)采用小間隙配合，即 Φ12 。67hG 銷子與支座孔的配合，由于浮動(dòng)壓板在裝配和維修時(shí)需要更換，需要能方便的拆卸， 在工作時(shí)又無(wú)需相對(duì)支座旋轉(zhuǎn)，故可取配合 Φ12 。H 圖 5.2 基孔制銷子 圖 5.3 基軸制銷子 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 23 圖 5.4 支座、浮動(dòng)壓板與定位銷結(jié)構(gòu)圖 8. 支座、杠桿與圓柱銷的配合 支座、浮動(dòng)壓板與定位銷三者之間配合與 7 中支座、浮動(dòng)壓板與定位銷的配合基本相 同，但在銷子與杠桿的配合中，由于杠桿對(duì)配合間隙要求較大以能夠進(jìn)行上下移動(dòng)浮動(dòng) 定位，故在此處的配合選擇 Φ12 。61hC 支座與圓柱銷的配合還是選擇 Φ12 。7H 5.2 定位方案的選擇及分析 按照基準(zhǔn)重合的原則選擇 φ22 內(nèi)孔、端面和底面作為定位基準(zhǔn)。定位方案如圖 5.5 所示。 底面靠平面定位可以限制 ， ， 三個(gè)自由度。 φ22 端面定位，可以限制 , , 三個(gè)自由度。 φ22 內(nèi)孔采用小錐度芯軸定位，可以限制 ， 兩個(gè)自由度。 由上述分析可知，φ22 內(nèi)孔用芯軸定位以及 φ22 端面定位對(duì) 和 重復(fù)限制， 屬于過(guò)定位。但由于底板下面采用浮動(dòng)支承，這樣就可以消除 和 的重復(fù)限制， 可以實(shí)現(xiàn)工件的完全定位。 圖 5.5 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 24 5.3 定位誤差的分析及計(jì)算 本工序的主要加工要求是孔距 51 和 165，四孔對(duì) φ22 孔的位置尺寸 2.5±0.10 和 39.5 ,夾具的精度分析也就是主要對(duì)這四個(gè)尺寸進(jìn)行精度分析。 O(\S\UP8(0.20)) O(\S\UP8(+0.20)) 1. 定位誤差 Δ D 定位芯軸與工件上 φ22 孔采用的是小錐度且還軸向浮動(dòng)的配合，所以在此處的定位 誤差為零。 2. 對(duì)刀誤差 Δ T 如圖 5.6 所示，鉆套與鉆頭的最大配合間隙 X1的存在會(huì)引起刀具的偏移，將導(dǎo)致加 工孔的偏移量 X2。 X2＝ 1/HhB? 式中 B——工件厚度 H——鉆套厚度 h——排屑空間的高度 鉆套的內(nèi)孔尺寸為 φ13 ，鉆頭尺寸 φ13 ，所以鉆套與鉆頭的最大配合間隙034.16?027.? X1＝0.034mm。工件厚度 B＝12mm；鉆套厚度 H＝49mm;排屑空間的高度 h＝12mm。 所以 X2＝ ＝ ＝0.059mm12/XHh34.49/2? 此項(xiàng)誤差對(duì) 51、165、2.5±0.10 和 39.5 均有影響。 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 25 圖 5.7 鉆套與鉆頭配合圖 3. 安裝誤差 Δ A 在此安裝誤差 Δ A＝0。 4. 夾具誤差 Δ Z，它由以下幾項(xiàng)組成： ? 件 13 墊圈的厚度尺寸 6±0.012mm,此尺寸的加工誤差將對(duì) 39.5 產(chǎn)生的誤差 為 0.012mm。 ? 定位芯軸與定位套之間的配合為 ，定位芯軸的尺寸為 ，定位7623Hhφ )(623013.?hφ 套孔的尺寸為 。其加工誤差將對(duì) 51、165 尺寸產(chǎn)生的誤差為)(723021.?Hφ 0.013＋0.021＝0.034mm。 ? 主體角板與定位套之間的配合為 ，定位套的外徑尺寸為 ，主873nφ )(63201.?hφ 體角板的孔的尺寸為 。其加工誤差將對(duì) 51、165 尺寸產(chǎn)生的誤差為)(209.?φ 0.016＋0.039＝0.055mm。 ? 件 15 主體角板上 56±0.01mm 尺寸的加工誤差對(duì) 2.5±0.10mm 產(chǎn)生的誤差為 0.01mm。52.5±0.02mm 尺寸的加工誤差對(duì) 39.5 產(chǎn)生的誤差為 0.02mm。 ? 件 5 底板上 72±0.01mm 尺寸的加工誤差對(duì) 2.5±0.10mm 產(chǎn)生的誤差為 0.01mm。15.5±0.01mm 尺寸的加工誤差對(duì) 39.5 產(chǎn)生的誤差為 0.01mm。 ? 多軸頭上的 4-φ47 孔的位置度 φ0.01mm 將對(duì) 51 和 165 尺寸產(chǎn)生 0.02mm 的 誤差。 ? 導(dǎo)套座與底座之間的配合為 ，導(dǎo)套座外徑的尺寸為 ，底座孔760Hkφ )(6021.?kφ 的尺寸為 。其加工誤差將對(duì) 39.5 、2.5±0.10mm 尺寸產(chǎn)生的誤)(7603.?Hφ 差為 0.021。 ? 導(dǎo)套座與導(dǎo)套之間的配合為 ，導(dǎo)套外徑的尺寸為 ，導(dǎo)套座孔874nφ )(748042.1?nφ 的尺寸為 。其加工誤差將對(duì) 39.5 、2.5±0.10mm 尺寸產(chǎn)生的誤)(84039.?φ 差為 0.042。 如表 5.1 所示： 表 5.1 加工誤差對(duì)照表 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 26 計(jì)算 尺寸項(xiàng)目 夾具誤差計(jì)算 結(jié)果 51 2220.5.034.?0.067 165 0.067 39.5 2222 4.1.1.? 0.053 2.5±0.10mm 000?0.053 5. 加工方法誤差 Δ G 對(duì)于孔距 51 和 165，加工方法誤差 Δ G＝0.6/3＝0.2mm，對(duì)于 39.5 加工方法誤 差 Δ G＝0.2/3＝0.06mm，對(duì)于 2.5±0.10mm 加工方法誤差 Δ G＝0.1/3＝0.03mm。 具體計(jì)算列表如表 5.2 所示： 表 5.2 加工方法誤差計(jì)算表 加工要求 誤差名稱 51 165 39.5 2.5±0.10 定位誤差 Δ D 0 0 0 0 對(duì)刀誤差 Δ T 0.059 0.059 0.059 0.059 安裝誤差 Δ A 0 0 0 0 夾具誤差 Δ Z 0.067 0.067 0.053 0.053 加工總誤差 ΣΔ 2267.59.? ＝0.089 2267.59.? ＝0.089 2253.9.? ＝0.079 2253.9.? ＝0.079 夾具精度儲(chǔ)備 JC 0.60－0.089＝0 .511 0.60－0.089＝0 .511 0.20－0.079＝0.1 21 0.20－0.079＝0 .121 經(jīng)計(jì)算該夾具具有一定的精度儲(chǔ)備，能滿足加工尺寸的精度要求。 5.4 夾緊方案的選擇 根據(jù)工件的加工特點(diǎn)采用手動(dòng)夾緊，在工件安裝后 φ22 凸緣面用壓板壓緊，底板下 面用浮動(dòng)定位支承調(diào)節(jié)，最后懸掛式鉆模板隨多軸頭下降與工件底面接觸并將其壓緊， 然后開(kāi)始加工。 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 27 5.5 夾緊力的計(jì)算 5.5.1 夾緊力的大小的計(jì)算 如圖所示，定位芯軸和浮動(dòng)壓塊共同作用下可以阻止工件沿主軸方向由于受切削時(shí) 的軸向力和彈簧壓力而產(chǎn)生的移動(dòng)。工件在此方向上的移動(dòng)可以不考慮。 如圖所示，工件除了受軸向力的作用外還受切削時(shí)轉(zhuǎn)距的作用而有繞 A 點(diǎn)移動(dòng)的趨 勢(shì)，此時(shí)作用在 φ60 凸緣平面的夾緊力與之相平衡。 根據(jù)靜力平衡原理列方程如下： T＝F 1*0.033 T——切削轉(zhuǎn)距 T＝4M＝4×16.5＝66N·m F1＝ ＝ ＝2000N036 5.5.2 實(shí)際夾緊力的計(jì)算 根據(jù)[1]確定安全系數(shù)如下，參數(shù)圖如圖 5.7 所示： 考慮工件材料為 QT400，強(qiáng)度和韌性均比灰鑄鐵要高，所以取 K0＝1.3； 加工性質(zhì)為粗加工，故取 K1＝1.2； 加工刀具為麻花鉆，故取 K2＝1.15； 切削過(guò)程連續(xù)，故取 K3＝1.0； 夾緊方式為手動(dòng)夾緊，故取 K4＝1.3； 夾緊時(shí)操作方便，故取 K5＝1.0； 工件與夾具的接觸穩(wěn)定，故取 K6＝1.0。 綜合以上各個(gè)因素可以得到安全系數(shù)： K＝K 0 K1 K2 K3 K4 K5 K6＝1.3×1.2×1.15×1.0×1.3×1.0×1.0＝2.33 安全系數(shù) K＝2.33F 0所以該 夾緊機(jī)構(gòu)可靠，如圖 5.8 所示： 圖 5.8 由于加工時(shí)工件的底面朝上，而底板的另一側(cè)并沒(méi)有加工，所以工件在夾具上安裝 時(shí)為確保加工精度需要將底板的毛坯面用浮動(dòng)機(jī)構(gòu)支撐配合校平裝置找平，然后再由懸 掛式鉆模板下降將其壓緊，同時(shí)工件的加工表面也處于水平狀態(tài)。具體的機(jī)構(gòu)如圖 5.9 所示： 圖 5.9 具體加工圖 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 29 總結(jié) 這次所設(shè)計(jì)的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪殼支架鉆削多軸頭及其夾具，是將多軸頭附加在立式 鉆床上，它通過(guò)傳動(dòng)桿與機(jī)床主軸相連。而對(duì)應(yīng)的夾具用以準(zhǔn)確的確定工件位置，并將 其牢固的夾緊，以接受加工。采用這種方法，可以實(shí)現(xiàn)在一個(gè)工步內(nèi)對(duì)飛輪殼支架底面 上的 4 個(gè)孔同時(shí)加工，從而提高了加工效率，使得工序更加集中，更重要的是提高了這 四個(gè)孔的位置精度。加工后，飛輪殼支架底面上的 4-Φ13 孔的位置度可以達(dá)到 0.30。 整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程涉及到多方面的知識(shí)，如夾具、工藝、制圖、刀具、金工等。所以若 要進(jìn)行夾具設(shè)計(jì)，不僅要看自己平常對(duì)理論知識(shí)的掌握程度，還要看個(gè)人對(duì)所學(xué)各方面 知識(shí)的綜合能力，以及實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的多少。實(shí)際上夾具設(shè)計(jì)也可以看成一門(mén)藝術(shù)，需要發(fā) 揮我們的創(chuàng)造力。 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 30 致謝 本次的畢業(yè)設(shè)計(jì)是在葉仲新老師的悉心指導(dǎo)下完成的。在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中，葉老師 提出了很多寶貴的建議，并及時(shí)指出方案設(shè)計(jì)中的錯(cuò)誤和不妥之處，這些都為設(shè)計(jì)的完 成提供了極大的幫助。謹(jǐn)以此向葉老師表示衷心的感謝和崇高的敬意。 此外，在設(shè)計(jì)中還參考了許多學(xué)者專家的文章和著作，還有一些沒(méi)有在參考文獻(xiàn)中 列出。在此向這些對(duì)畢業(yè)設(shè)計(jì)提供參考資料的作者們表示感謝。 最后感謝學(xué)院的領(lǐng)導(dǎo)、老師以及給予我極大幫助的同學(xué)們，感謝你們?cè)诒敬萎厴I(yè)設(shè) 計(jì)中提供的支持和幫助。 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 31 參考文獻(xiàn) [1] 燕山大學(xué),洛陽(yáng)大學(xué),長(zhǎng)春汽車工業(yè)高等?？茖W(xué)校主編.機(jī)床夾具設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].上海： 上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，2000. 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