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机械工业类论文 基于普通钻床的多轴钻床改造方案研究

2019-01-13 12:32:09来源:组稿人论文网作者:婷婷

  摘要

  所谓多轴钻床就是一机多头的钻孔加工机床,可用于一次性加工好几个工件。在生产中的应用多轴钻孔机,解决了普通钻床加工孔的工作许多小时逐孔加工浪费时间和这两个重要问题人工在本设计中介绍了多轴钻的历史发展情况,床上进行孔的工艺钻床过程背后的方法和许多,还介绍了多轴钻的特点,床工艺,主要介绍了多轴钻床在加工过程中的两大问题:固定位置问题与工件和刀具之间刀问题的方向。多轴钻床采用钻模板和定位装置合理工作合理定位,从而完成孔扩大铰工序,解决多轴钻两大难题的过程中,裂纹的床。介绍了多轴钻床的总体设计又在章之下,给出了总体设计方案,其中包括刀具与工件的运动方法设计、维护的技术要求,对机床各个部件进行阐述以特定的方式结合体的功能和作用后,达到工件工艺的要求设计。

  本论文中我确定了钻床的主要参数,包括主要运动参数以及运动参数。在章节中我们对工具机进行了移动零件的详细参数和结构设计,并校核计算对展开件进行强度和刚度的影响,使其设计精度大大提高。其中对各种零部件进行了具体的计算,最后对一节中的多个秸秆进行了钻孔定位和组织机构进行简单的原理设计。

  关键词: 多轴钻床,生产效率,多轴箱

  引言

  由于冷加工机械领域零件的产品日益繁多和越来越复杂,金属切削等机械业对能够加工出有多个钻轴的立钻机床的需求迫切增加。与此同时,如何在现三点有生产能力的基础上能够更加简便、有着实际效用地生产出具有多孔加工能力的多轴机床,也是本研究的主要目标和方向。

  第1章多轴加工应用

  一般机器工具在车间一般来说,平均切削时间很少超过总工作时间的15%,剩下的时间就是插件,工件装卸,交流工具、操作工具、测量,并清除铁屑等等。虽然数控机床的使用可以提高85%,但购买昂贵。在某些情况下,即使高生产率,但是处理相同的组件,不一定是低于平均成本的机器。因此必须更加缩短处理时间。不同的加工方法有不同的特点,钻井过程中,多轴加工是一个小的投资通过有效的措施来提高生产率。

  1.1多轴加工优势

  1.1.1增强加工精度,降低基准转换

  多轴联动数控加工的过程集成不仅提高了加工效率,而且由于零件只需一次夹紧,就更容易保证加工精度。 由于多轴加工可以有效地减少基准面的变化,这种加工不仅能有效地实现加工过程的集成,而且还能有效地实现加工过程的集成。 提高工艺的效率,也使工件达到一次夹紧和多工序加工的目的,使得加工精度更容易保证。

  1.1.2减少固定装置的数量和减少区域面积覆盖

  这种数控加工钻床的成本比较高,但由于加工时间的缩短和设备数量的减少,夹具的数量也随之减少。 减少了车间的面积和设备的维修费用,但仍有一定的降低成本的余地。

  1.1.3改变繁琐的生产过程连,使生产管理变得更加优质

  多轴数控机床在加工中可以很大程度缩短生产过程连,因为加工任务只让一个工作岗位负责,所以不仅简化了生产调度,同时也明显地增加了透明度。工件越复杂,工件就越复杂。它很明显地超越了传统的生产模式。 与此同时,由于生产过程链的缩短,生产过程中的产品数量必然会减少,从而简化生产过程,管理。由此生产成本得到了减少还有管理成成本也得到了减少。具有数控功能的多轴钻床能够让生产过程连在一定范围内缩短,让生产过程简化,管理也得到简化。并能得到彻底的维护。亮度。对于复杂的工件,多轴数控的优点在于易曲。 设备优势比其他传统工艺分散设备的设备更明显。但是缩短了生产过程连,产量也变得很少很少。从而降低生产经营和运营成本。

  1.2多轴加工的设备

  多轴加工是在进料的同时在许多在每个孔的工件的相同或不同的处理的处理的多个孔或同时的。优点是1、缩短切削的时间。2、提高了加工精度。3、减少了夹具时间跟定位时间。4、不用计算坐标。5、减少字符块跟编程数量。它可以使用以下设备来加工:径向钻孔垂直钻井,或上传多轴头,多轴钻床,多轴组合机床主轴箱心脏和自动更换机。甚至可以能够通过两个或更多个主轴轴箱的自动调整的轴距,结所有CNC垂直和水平台移动的两个方向上,加工各种一个或数个步骤的圆形或椭圆形孔组。现在这方面的现状作一简单说明。

  1.2.1多轴头

  变速箱是来自二种的主传动齿轮传动万向节联轴器。这是我们熟悉的。前者更加高效,结构简单,易于调整轴距。从结构上关注有不可调,并且可调节两种。前面一种的轴距无法变幻,普遍都是用的齿轮传动,一般都用于比较大量的生产。适应性,以扩大其批准开发一种多轴可调节的头部,在一定范围内可调节的轴距。它主要安装在一个万向。

  有两种普遍轴:与主轴对齐装置。主轴安装在可调节支架可调节支架可在壳体移动T形槽,并且在对准位置与螺栓。

  (2)与圆柱形主轴单元的耐受性。设置有相同类型的模板的固定件轴孔的。前者适用于小批量和孔组的分布的规则伪影。后者适用于较大批量式生产小批量匝,刚性更好间距精度也高,但具有不同的孔,需要不同的模板。多轴头可被安装垂直钻井型径向钻孔机上,按钻头本身的各种功能工作。此多轴加工方法,由于钻井效率,范围和使用范围有限的之间的关系的处理的准确度。

  1.2.2轴箱

  主轴机床里面有一个很重要的东西,那就是有用的多轴箱。他很特殊很专业。它是一种动力元件,它是看着加工件的数量还有加工件的位置还有看着切削的用量还有主轴的类型,主轴的运动要看。它由普通动力箱驱动,装在进给架上,用于铣、钻、镗等动力箱内的加工操作。

  多轴箱有两种一种是普通型多轴箱另一种是专用多轴箱。前者具有典型结构,可用于一般机柜和传动部件。后者的结构很特殊,常常需要加强主轴系统。主轴和传动部件必须特别设计。因此,特种箱通常被称为“刚打开盒子。“加工孔的精度是由刚性主轴保证无导轨和精密导轨。万能多轴箱采用标准主轴,通过导轨引导加工孔的位置精度。普通多轴箱有两种一种是大型多轴箱还有一种是小型多轴箱。这两个多轴箱的设计理论上基本上是一样的。

  1.2.3多轴钻床

  这是一个多轴加工以满足的对的演练要求。这样作为取向,功率,饲料速度和处理范围。显示在的多轴钻井机与液压多喂巴黎展览。在其工作,这样作为快进通过的坏,工人进入和明确的铁文件是所有自动。它是值得注意的,机构与单独变速度多数,所以,一组可以适应到孔隙大小不同的孔处理需求。

  1.2.4自动更换主轴箱机床

  在阶到理顺的需要的小和介质体积生产在最近年的自动更换的模块化机工具轴箱发展。

  1.2.4.1自动更换主轴机床

  自动更换主轴机床的旋转工具主轴箱在的顶是几个非调挂主轴盒。垂直和水平补板到的第一系列的好工作程序所以,相应的主轴箱为的处理站,与功率连接位置和和然后转来的表与的工件主轴箱下面,向上流动为处理。当改变处理对象,作为长作为的交换悬浮主轴框,你可以通过不同过程达到不同需求。

  1.2.4.2多轴转塔机床

  转塔安装更多不可调或万向耦合的主轴箱,转塔可自动切换到数字,并将工件夹紧在转盘上以进给运动。通过转盘可以是多个工件表面。由于炮塔不太大,所以一般不超过工人的中位数4-6。而主轴箱也不太大。当加工过程 物体多,尺寸大,应自动更换机床主轴箱,但其结构简单。

  1.2.4.3自动更换主轴箱组合的机床

  它由自动生产线或标准机器零件的组合组成。可调节的多轴箱与电源箱在水平方向上由家庭底座旋转,主轴旋转,整个机箱库设置为FSTE 宁装置将系统中的滑块放入板中。图书馆的头库旋转和进给运动是基于标准的工作惯例。头箱时间为几秒钟。夹紧液压潜艇 轮转工作台,使每个工件表面。好的水果转台配合卸料装置,我们可以同时进行生产自动化.。在使用这种设备的可变生产系统中, 伴随着相应的控制器可以得到一个完整的处理系统。

  1.2.4.4数控八轴落地钻床

  大冷凝器水壁管板孔多达15000,其与支承板处理连接在一起。为20mm,孔深180毫米直径。使用的冷却用配管内有一个麻花钻,5-7巴的压力下,冷却剂直接进入切割区域,有利于排屑。与地面成90°钻尖的自动定心。耐用比普通麻花钻和饲料的量大。为了缩短处理时间为8轴的数控加工地板。

  1.3多轴加工趋势

  多轴加工生产效率高,低的投资和生产准备周期短,产品修改,当设备的一个小的损失。而作为中国的数控技术,多轴加工的范围将变得宽阔,处理效率将得到改善。

  1.4生产任务

  一组铸铁接头具有与多个孔相同的表面处理。在一般加工的垂直钻孔中,通常有孔钻,生产效率低,使用非标设备,即加工组合,生产效率高,但设备投入大。然而,普通立式钻床在改造后改造普通单轴立式多轴钻床的数量,多轴钻床可同时进行多个孔钻、膨胀、铰链等工序。

  1.4.1普通立式钻床的选型

  计算所需电机功率

  图1.1 工件图

  如图1.1是工件图,材料用铸铁HT200;料厚度:5mm;料硬度:HBS170-240HBS;每年生产:800万件;4-6.7尺寸精度IT13.

  四个孔的轴向力分别都要确定,公式:

  式中:=365.9,=,=0.661,=1.217,=0.361,=1.1,

  =0.35m/s(表15-37)[5]

  则

  所需电机功率:

  1.4.2立式钻床的确定

  上面算出电机功率为1.4KW,所以选用Z525立式钻床,表1.1为其主要的技术参数

  表1.1 Z525立式钻床主要技术参数

  技术规格型号Z525最大钻孔直径(mm)25主轴端面至工作台距离(mm)0-700主轴端面至底面距离(mm)750-110主轴中心至导轨距离(mm)250主轴行距(mm)175主轴孔莫氏解锥度3号主轴最大扭转力矩(N‧m)245.25主轴进给力(N)8829主轴转速(r/mm)97-1360主轴箱行程(mm)200进给量(mm/r)0.1-0.8工作台行程(mm)325工作台工作面积(mm2)500X375主电动机功率(kw)2.8

  第2章多轴齿轮传动箱的设计

  2.1设计前的准备

  2.1.1确定工件上的加工孔

  我们需要确定工件上的加工孔为4个Ф10的孔。毛坯是铸件,因为有石墨的润滑及割裂作用让加工件变得容易加工,减少刀具磨损,可以选用合金锥柄麻花钻。

  2.1.2切削用量的确定

  由表2.1可知,切削的速度为,进给量为.

  则切削转速

  根据Z525机床说明书,取

  故实际切削速度为:

  2.1.3确定加工物件

  图2.1是钻头工作时的进给长度。

  图2.1钻头进给长度

  一般是5-10mm,这里选长的10mm,

  [文献3]

  图

  加工一个孔所需时间:

  单件时工时:

  2.2动系统的设计与计算

  2.2.1选定齿轮的传动方式

  初定为外啮合。[8]

  2.2.2齿轮分布方案确定

  2.2.3根据分析零件图

  多轴箱齿轮分布如图2.2,图2.3所示。

  图2.2 图2.3

  生活中一般用到的效果好,经济成本低的传动有两种:一种是用一根传动轴带动好几根主轴一起运动。所以,本文里我选择图2.2所示的齿轮箱。

  2.2.4确定旋转方向

  确定主动轴、工作轴、惰轮轴的旋转方向,然后计算轴径大小。因为左旋是Z535立式钻床主轴,所以左旋也是工作轴,而右旋就是惰轮轴。

  根据表2.1工作轴直径与加工孔径对应表可以判断工作轴的直径

  表2.1工作轴直径与加工孔径对应表 单位(mm)

  加工孔径<1212-1616-20工作轴直径152025

  加工孔径是Ф10mm小于12mm,故工作轴直径选15mm.之后我会设计主动轴跟惰轮轴的直径在周设计中设计各个齿轮,摆列齿轮传动等级。本设计是齿轮外齿合的传动,是有层次的。需要明确的条件,1电机输出的功率,2齿轮的转速3假设齿轮,传动比为i=0.84,齿轮比为u=1.2,一般的寿命都是8年,每年平均工作250天。

  选定材料齿轮类型精度以及齿数

  ⓐ选用直齿轮圆柱齿轮传动;

  ⓑ多轴箱为速度不高选用7级精度

  Ⓒ材料选择

  齿轮1跟齿轮2的材料都选40Cr,硬度分别是280HBS与240HBS,齿轮3的材料选常化45,硬度为210HBS;

  Ⓓ选取齿轮1的齿数,齿轮2的齿数,取.

  按齿面接触强度设计

  由设计计算公式进行试算,‧

  ⓐ确定公式内的各计算数值

  1)试选载荷系数;

  2)计算齿轮Ⅰ传递的转矩

  3)根据表2.1选取齿宽系数=0.5

  4)根据表2.1可差得查得材料的弹性影响系数为

  5)由表2.1查得齿轮1的接触疲劳强度的极限是。

  齿轮2的接触疲劳强度的极限是;

  6)由表2.1可以计算应力的循环次数为:

  7)根据表2.1可查得接触疲劳寿命系数为,;

  8)计算接触疲劳许用应力:

  失效概率为百分之一,安全系数为

  ;

  ⓑ计算

  1)把小齿轮中分度圆直径,代进中较小的那个值:

  2)计算圆周速度V:

  3)计算齿

  4)计算齿宽与齿高之比

  模数:

  齿高:

  5)计算载荷系数

  根据v=3.81m/s,7级的精度,查得动载系数Kv=1.14,直齿轮,假设,;

  可知使用系数为;7级精度齿1不是对称于相对支承

  将数据代入后得:

  ;

  由,得,;

  故载荷系数

  6)根据实际的载荷系数来校对分度圆的直径

  =53.649x=57.18mm

  7)计算模数m

  m=d1/Z1=57/24=2.4mm,圆整为m=25mm.

  ⑤按齿根弯曲强度设计

  弯曲强度的设计公式为m≥

  ⓐ确定公式内的各计算数值

  1)查得齿轮Ⅰ的弯曲疲劳极限=500Mpa;

  齿轮2的弯曲疲劳强度的极限为=380Mpa;

  2)查得弯曲疲劳寿命系数;

  3)计算弯曲疲劳许用应力

  选取弯曲疲劳安全系数为S=1.4

  查得:

  []1===303.57Mpa

  ==238.86MPa

  4)计算载荷系数

  5)查取齿形系数

  6)查取应力校正系数

  7)计算齿轮Ⅰ、Ⅱ的并加以比较

  ==0.01379

  ==0.01716

  齿轮Ⅱ的数值大。

  ⓑ设计计算

  m≥

  对比计算后的各个结果,由于齿面接触疲劳强度的模数比弯曲疲劳强度m大,然而承载能力都是由决定了齿轮模数的多少。而且仅仅只和齿轮直径有关系,通过计算得到模数1.5。由图可知两个轴的中心距是51mm,所以两个齿轮的中心距为;

  m()=51

  1.5x()=51

  Z1=31,Z2=37

  齿轮3与齿轮2完全啮合时中心距为工作轴到惰轮轴的中心距为61.5mm,即

  m()=61.5

  5()=61.5

  Z3=45

  ⑥几何尺寸计算

  ⓐ计算分度圆直径:

  d1=Z1٠m=31x1.5=46.5mm

  d2=Z2٠m=37x1.5=55.5mm

  d3=Z3٠m=45x1.5=67.5mm

  ⓑ计算中心中距

  aⅠⅡ=51mm,aⅡⅢ=61.5mm

  ⓒ计算齿轮齿宽

  取

  ⑦验算

  Ft===819.2N

  ==35.66N/mm<100N/mm合格

  第3章多轴箱的结构设计绘制

  3.1箱盖、箱体和钻模板结构

  (1)多轴箱箱体材料用的是HT20-40,为240mmx200mm长方形,箱盖用的是HT15-33.

  (2)中间板:多轴箱箱外是导向装置中的滑套支承座,箱内是轴承的支承座,方便设计人员选择,故将中间板换成23mm厚度的标准,选用材料为HT15-33。

  3.2多轴箱轴的设计

  (1)主动轴的设计

  ①轴材料的选择

  轴的材料选择经过调质处理后的45号钢。

  ②轴径的确定

  根据公式d≥A0(15-2)[10]

  式中A0=,A0取110

  d≥110x=13.9mm,取d=25mm

  ③轴结构设计

  图3.1

  ⓐ选择滚动轴承

  轴承受径向载荷和轴向载荷两种影响,所以、后端都选用单列向心球轴承,选用7204c轴承。

  ⓑ轴上的各段直径,直径的长度如图3.1所示。

  ⓒ键的确定

  因为齿轮宽为35mm,所以选用8x7x22平键。

  ⓓ对轴上面圆角跟倒角尺寸进行确定

  获得轴端倒角2x450,各轴肩的圆角半径为R=1.0mm。

  ⓔ根据弯扭组成校核轴的强度

  作出轴的计算简图,如图3.2.

  图3.2

  轴上扭转力矩为

  M=9549x=9549x=19.7

  周向力为

  Py===1970N

  径向力为

  Pz=0.48Py=0.48x1970=945.6N

  图3.3

  看图,依次做出扭矩图,垂直图,垂直面的弯矩My图跟水平面的弯矩Mz图。

  根据图3.3。由此可得,E截面为危险截面,T扭矩和合成弯矩M分别为

  T=19.7;

  M===39.3

  本次设计,中轴的材料用45号钢,=355Mpa,许用应力[] = 查文献

  是应力的安全系数,取=1.5,则[ ]= =237Mpa

  根据第三强度理论进行强度校对

  公式,

  W=-[13]

  W==1533.2-105.8=1427.4

  =

  =30.8Mpa<[]

  即轴的强度足够。

  ⓕ精确校核轴的疲劳强度

  确定截面E实危险截面,接着校对E面的左右两侧,其他截面不用。

  截面E左侧面校核:

  抗弯截面系数W为:W=0.1d3=0.1x303=2700mm3

  抗扭截面系数WT为:WT=0.2d3=0.2x303=5400mm3

  弯矩M及弯曲应力为:M=39300x=35496.8

  ===13.1Mpa

  扭矩T3及扭转应力为:T3=19700

  ===3.6Mpa

  轴的材料选择经过调质处理后的45号钢,算得=640Mpa,=275Mpa,=155Mpa。

  查附表3.3[10]得出在过盈配合处的值,取=0.8,

  于是得=2.85,=0.8x2.85=2.28

  轴按磨削加工,由附图3.3[14]得表面质量系数为==0.92

  故得综合系数为:K=--1=2.85+=2.94

  K=+-1=2.28+=2.37

  计算安全系数:

  S===7.1

  S===35.6

  Sca===6.9>S=1.5故安全

  截面E右侧面校核:

  抗弯截面系数W为:W=0.1d3=0.1x203=800mm3

  抗扭截面系数WT为:WT=0.2d3=0.2x203=1600mm3

  弯矩M及弯曲应力为:M=39300x=35496.8

  ===44.4Mpa

  扭矩T3及扭转应力为:T3=19700

  ===12.3Mpa

  理论应力集中系数a及a在表3.1[15]查取,因==0.05,==1.25,经插值后可查得:a,a

  可知材料的敏性系数为:q,q

  因此在中可以知道有效应力集中系数是;

  k

  k

  得尺寸系数

  得扭转尺寸系数

  轴根据磨削加工,可知表面质量系数为==0.92

  表面还没有经过强化处理,所以,可以算出综合系数值为:

  K=--1=+=2.09

  K=+-1=+=1.67

  计算安全系数:

  S===2.96

  S===14.7

  Sca===2.9>S=1.5

  因此这个轴因为轴在截面右侧没有瞬时过载跟应力循环不对称性所以轴在此是相对安全的。

  ⓖ轴承的校核

  通过疲劳寿命计算,原因是一般传动轴的滚动轴承失效形式都是疲劳破损。

  滚动轴承疲劳寿命计算公式:

  (10-5)

  式中:

  忽略不计,Fa=0

  所受径向力Fr=945.6/2=472.8N

  P=0.41Fr+0.87Pa=0.41x472.8=193.8

  >=30000h

  轴承安全

  (2)惰轴的设计

  ①轴材料的选择

  材料选择经过调质处理后的45号钢。

  ②轴径的确定

  根据公式d≥A0(15-2)

  =110,取d=20mm

  ③轴的结构设计:

  图3.4

  ⓐ选择滚动轴承

  选择7002c轴承,因为轴承受到两种载荷一种径向载荷另一种轴向载荷,所以这里用单列向心轴承。

  ⓑ看图8所示可以知道轴上每段直径的长度。

  ⓒ键的确定

  因为齿轮宽为30mm,所以选用6x6x18平键,

  ⓓ轴上圆角和倒角尺寸

  取倒角2x450,各轴肩的圆角半径为R=1.0mm.

  ⓔ扭合成校核轴的强度

  作出轴的计算简图

  图3.5

  轴上扭

  转力矩为

  M=9549x=9549x=23.2

  周向力为

  Py===2320N

  径向力为Pz=0.48Py=0.48x2320=1113.6N

  图3.6

  做出垂直弯矩图My,做出水平面内弯矩图Mz,做出扭矩T图。根据图3.6可以知道E为危险截面。计算扭矩T与合成弯矩M分别是

  T=23.2;

  M===32.8

  然后进行校核,使用第三强度理论。

  公式,

  W=-,

  W==785-81=704

  =

  =70Mpa<[]=237Mpa

  即轴的强度足够。

  ⓕ校核轴的疲劳强度

  经过分析可以知道E为危险截面,所以无需校核其他截面只需校核E截面的两侧。

  截面E左侧面校核:

  抗弯截面系数W为:W=0.1d3=0.1x253=1562.5mm3

  抗扭截面系数WT为:WT=0.2d3=0.2x253=312.5mm3

  弯矩M及弯曲应力为:M=32800x=22707.7

  ===14.5Mpa

  扭矩T3及扭转应力为:T3=23200

  ===74.2Mpa

  轴的材料选用经过调质处理得到的45号钢,=640Mpa,=275Mpa,=155Mpa。

  用插入法求出过盈配合处的值,并取=0.8,

  于是得=2.69,=0.8x2.69=2.15

  轴按磨削加工,得表面质量系数为==0.92

  故得综合系数为:K=--1=2.69+=2.8

  K=+-1=2.15+=2.24

  计算安全系数:

  S===6.8

  S===1.8

  Sca===1.55>S=1.5故安全

  截面E右侧面校核:

  抗弯截面系数W为:W=0.1d3=0.1x153=337.5mm3

  抗扭截面系数WT为:WT=0.2d3=0.2x153=675mm3

  弯矩M及弯曲应力为:M=32800x=22707.7

  ===67.3Mpa

  扭矩T3及扭转应力为:T3=23200

  ===34.4Mpa

  理论应力集中系数a是因为轴肩而产生的,及a,因为==0.07,==1.33,然后通过插值可以求得:a,a

  可得轴提材料的敏性系数为:q,q

  所以有效应力的集中系数可以根据式子得到:

  k

  k

  由附图3.2[4]得尺寸系数

  由附图3.3[4]得扭转尺寸系数

  轴按磨削加工,得表面质量系数为==0.92

  没有经过表面强化处理的轴,则,然后根据上式,可以知道综合系数值是:

  K=--1=+=1.93

  K=+-1=+=1.58

  计算安全系数:

  S===2.12

  S===5.53

  Sca===1.99>S=1.5

  仅为此轴没有大的瞬时过载还没有严重的应力循环不对称,所以可以忽略静强度校对,所以此轴在截面的右侧是比较安全的。

  ⓖ轴承的校核

  因为所受的轴向力太小,所以忽略不计,Fa=0

  所受径向力Fr=1113.6/2=556.8n

  P=0.41Fr+0.87Pa=0.41x556.8=228.3N

  7002c向心球轴承校核

  >=30000h

  轴承安全

  (3)工作轴的设计

  ①轴材料的选择

  轴材料选用45钢,调质处理。

  ②轴径的确定

  轴径d为15mm,在设计计算中可以知道。

  ③轴的结构设计:

  图3.7

  ⓐ择滚动轴承

  ⓐ择滚动轴承

  轴承收到了两种载荷一种径向载荷另一种周向载荷,所以轴的前后面都要用单列项心球轴承。然后又因为工作轴要用来钻削,所以后面用单向球轴承。故前端用102单列项轴承,后端用8102单向推力轴承。

  ⓑ每段直径长度都如图3.7所示。

  ⓒ键的确定

  因为齿轮宽为25mm,所以选用5x5x20平键。

  ⓓ轴上圆角和倒角尺寸

  可以确定轴端倒角2x450,每个轴肩的圆角半径都是R=0.8mm.

  ⓔ扭合成校核轴的强度

  作出轴的计算简图

  图3.8

  轴上扭转力矩为

  M=9549x=9549x=27.3

  周向力为

  Py===3640N

  径向力为

  Pz=0.48Py=0.48x3640=1754.5N

  图3.9

  查看轴的计算简图,做出垂直弯矩图My,做出水平面内弯矩图Mz图,做出扭矩图如图3.9所示。可以知道截面E是危险截面,截面上,扭矩T跟合成弯矩M分别是;

  T=27.3;

  M===54.6

  进行校核,用第三强度理论。

  公式,

  W为轴的抗弯截面系数,W=-

  W==331.2-56.3=274.9

  =

  =222Mpa<[]=237Mpa

  即轴的强度足够。

  ⓕ校核轴的疲劳强度

  判定E面是危险截面,校对E面左右两侧即可,其他忽略。

  截面E右侧面校核:

  抗弯截面系数W为:W=0.1d3=0.1x173=491.3mm3

  抗扭截面系数WT为:WT=0.2d3=0.2x173=982.6.5mm3

  弯矩M及弯曲应力为:M=54600x=24125.6

  ===49.1Mpa

  扭矩T3及扭转应力为:T3=27300

  ===27.8Mpa

  轴的材料选用经过调质处理的45号钢,=640Mpa,=275Mpa,=155Mpa。

  用插入法求出过盈配合处的值,并取=0.8

  于是得=2.93,=0.8x2.93=2.35

  轴按磨削加工,得表面质量系数为==0.92

  故得综合系数为:K=--1=2.93+=3.02

  K=+-1=2.35+=2.44

  计算安全系数:

  S===1.85

  S===4.48

  Sca===1.7>S=1.5故安全

  截面E左侧面校核:

  抗弯截面系数W为:W=0.1d3=0.1x153=337.5mm3

  抗扭截面系数WT为:WT=0.2d3=0.2x153=675mm3

  弯矩M及弯曲应力为:M=54600

  ===161。8Mpa

  扭矩T3及扭转应力为:T3=27300

  ===40.4Mpa

  用插入法求得轴上键槽处的有效应力集中系数:k,k

  根据图3.6得尺寸系数

  根据图3.7得扭转尺寸

  根据图3.8得表面质量系数为==0.92

  轴的表面没有经过强化处理,即,则按式(3-12)及(3-12)[4]得到综合系数值是:

  K=--1=0+=0.09

  K=+-1=+=1.63

  计算安全系数:

  S===18.89

  S===4.57

  Sca===4.4>S=1.5

  故该轴在截面右侧面是安全的,又因为轴无大的瞬时过载及严重的应力循环不对称性,故可略去

  静强度校核。

  ⓖ轴承的校核

  通过疲劳寿命计算,原因是一般传动轴的滚动轴承失效形式都是疲劳破损。

  36102向心球轴承校核

  由第一章可知主动轴的轴向力Fa=4.091N

  所受径向力Fr=1754.5/2=877.25N(表3.8-50)[15]

  P=0.41Fr+0.87Pa=0.41x877.25+0.87x4.091=363.2N

  >=30000h

  轴承安全

  8102推力球轴承校核

  P=Fa(表3.8-54)[jj]P=4.091N

  >=30000h

  轴承安全

  3.3轴坐标计算

  轴承坐标计算是很重要的一项计算,是为了方便在多轴箱上钻孔。

  建立坐标系如图,多轴箱的里面是220mm*180mm,中间有安装主动轴,所以主动轴的坐标是(110,90),因此可以算出其他轴的坐标。

  图3.10

  第四章夹具设计

  夹具是在成批量生产中除了机床量具刀具之外还需要的一样重要物件,它连接着机床跟工件,让机床、刀具与工件都处在一个正确的位置。机床里面夹具的好坏都会影响到加工工件表面的位置精度,所以夹具有着很大的重要性是加工过程中比较流行的因素。

  4.1机床夹具的组成及功能

  工件的定位,夹紧,对刀需要夹具,夹具是要保证各个工件跟刀具的相对位置的工件。可以提高准确度的物件。

  4.1.1机床夹具的组成

  一般的夹具包括下列几部分:

  ①定位元件,他的作用是用来确保工件和夹具的距离,通常可以用6点定位的原则来研究自由度。

  ②夹紧装置,他的作用是保证自由度在生产中,由于动力的不同,由手动,气动液压跟电动等方式夹紧。

  ③导向元件,他的作用是保证夹具跟刀具的相对位置,跟对刀装置一样,像钻头、铰刀、镗刀、扩孔钻等等刀具一般都要选择导向元件。

  ④链接元件,它的作用是保证机床工作台跟夹具的相对位置,一般沿轴向进给的都用导向元件进行定位,像钻床夹具,孔加工刀具。所以一般不用链接元件。

  ⑤夹具体,他的作用是保证每个元件的相对位置。

  4.1.2夹具机构的功能

  ①保证加工精度;

  ②提高生产率;

  ③扩大机床的使用范围;

  ④使工人能轻松劳作,使生产更加安全。

  4.2夹具的条件、原则及要求

  4.2.1工作条件

  在制作机床中的夹紧装置之前,都应明确所做物件的工作条件:

  作用于部件上切力的大小、方向、和作用点的坐标位置;部件的重量以及重心的坐标位置;件的支承情况,即有关导轨以及部件与导轨接触处的各项几何尺寸。

  4.2.2夹紧力作用点选择原则及夹紧过程

  4.2.2.1夹紧力作用点的选择应遵循如下原则:

  以最小的加紧力取得防止机床部件滑移颠覆和回转的最大效果。

  加紧点布置在被加紧零部件上刚度较大的部位,减少加紧力引起的变形。

  尽量减少加紧机构在加紧、松开机床部位时的位移,保证定位精度。

  4.2.2.2加紧机构加紧过程分为两个阶段

  1)消除间隙阶段,本阶段是从原动操作部分开始做起,然后到每个传动机构,接着是夹紧元件跟被夹紧元件的间隙为零相互接触为止。

  2)加力与变形阶段,本阶段各个传动部件收到力的作用发生弹性形变,各个部件之间额压力也逐渐从零增加,当夹紧元件跟夹紧部位之间的力达到预期的数值就停止。

  4.2.3加紧机构应满足的要求

  4.2.3.1保证加工精度;

  4.2.3.2夹具的总体方案要适应生产规范

  4.2.3.3安全、方便、减轻劳动强度;

  4.2.3.4排屑顺畅

  4.3多轴钻床夹具的设计

  钻床的夹紧结构,在外缘选6个圆周孔为夹紧点。此点在加工孔的附近,这样就可以用最小的夹紧力达到最好的效果,而且这样的设计刚度大,不容易产生型变,不容易受到夹紧力的影响所以本设计的夹具由定位元件和加紧装置两个部分。

  1.工作表面应有足够的精度,来保证加工精度要求。

  2.应有足够的强度和刚度,以免使用中变形和损坏。

  3.要有较高的耐磨性,工件表面易磨损为延长定位元件更换周期要用耐磨性好的表面材料。

  4.定位元件的结构应力求简单、合理、便于加工、装配和更换。

  4.4定位元件的设计

  定位元件是指物件在工作台上活夹具中跟刀具有正确位置的元件,这里我要遵循6点定位的原则分析工件。如图4.1所示:本设计通过钻后铰的对称孔和B面进行定位来完成控制各个方向移动转动6个自由度。如图4.2所示

  图4.1

  查图4.1

  图4.2

  4.5加紧元件的设计

  多轴钻床是靠钻模套加紧的,因为常规的加紧就是靠钻模套,就是在钻模套上端蜗门处加一个弹簧,钻孔时钻头接触到工件时弹簧自动加紧工件。其工作图如下图4.3所示:

  图4.3

  总结

  做了六个多月我的毕业设计将要写完了,在这六个多月的时间里,我不仅仅认真写论文并且还兼职赚钱,来丰富我的社会生活,使自己更好的融入社会,还可以将自己所学的用在实习上。

  毕业设计的作用是检验自己学习的成果,它让我们运用这三年中所学的基础和专业知识写作,而且它不同于以前的课程设计,是通过老师的简单考核,不具有专业性。它是正规的考核,有着严格的规范,所以我对待它的态度十分端正、严谨,绝对不会懒散。

  首先要做的就是好好审题想想该如何写好设计,这次设计跟之前的不一样,之前的课程设计都是上课老师给的固定题目,有指定的设计范围,而毕业设计是一个综合设计,需要很多资料,数据。这些都需要自己通过各种渠道搜集。所以我经常去图书馆。但是图书馆里并不是什么都有,有些书我无法学习到,我通过指导老师的帮助都顺利完成。

  这个设计整体跟平时的课程设计差不多,需要说明书,外文翻译,绘图,论文。但是区别就是区别在实体绘制。Pro/E我之前还没有深入接触过,对此我还不是很懂实体绘制。但是我并不害怕,并且我和乐意学习这项本领。心想毕业设计要是跟课程设计一样那不是没什么意思,为此我变毅然面对。于是我通过网上视频百度问答老师的帮助加上自己的探索我很快掌握了这项本领。当然我很激动。我为自己骄傲,我通过自学学会了许多以前课堂是没有教的东西。希望我的努力没有白费,我将要进入社会,在今后的人生道路上,只有学习是没有止尽的,人活一生学一生,在社会上你还能学到很多从课本上无法学到的知识。

  在这里我要感谢那些给予我帮助的同学、室友、老师。没有他们在此次设计中的帮助我都不知道从那里下手,甚至没有写下去的动力。特别是我的指导老师郝鸿雁老师她有很好的耐心,给我很多很有用的帮助。也帮我解决了很多问题。

  总的说,完成这次毕业设计我有很大的感悟,这六个月的时间说长不长说短不短,然而最多的是我尝到了人生路上的酸甜苦辣,知道了课本里的知识在社会上的作用和重要性。

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