卷煙機鼓輪錐孔絞削工藝裝備的設(shè)計-鉆具工裝總體含10張CAD圖
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設(shè)計（英譯漢論文一） 第 12 頁 共 12 頁
液壓支架的最優(yōu)化設(shè)計
摘要：本論文論述了一種最優(yōu)化程序，這種程序主要是針對從事采礦業(yè)液壓支架兩組參數(shù)的最佳測定。它是基于數(shù)學(xué)規(guī)劃的方法。首先，尋求這些四連桿機構(gòu)的最優(yōu)參數(shù)值是為了確保支架在做所要求的運動的同時，使得橫向位移最小。其次，計算出四連桿機構(gòu)最佳數(shù)值的最大偏差。
關(guān)鍵詞：四連桿機構(gòu)，最佳設(shè)計，數(shù)學(xué)規(guī)劃法，逼近法，公差。
1. 引言
設(shè)計師的目的是為完美的機械系統(tǒng)尋求最好的設(shè)計。這種努力的一部分,是優(yōu)化所選擇一些特定的系統(tǒng)參數(shù)。如果為系統(tǒng)做出數(shù)學(xué)模型，就可以使用數(shù)學(xué)規(guī)劃法。當(dāng)然，這取決于系統(tǒng)的類型。在這種情況下，計算機的應(yīng)用有助于能夠確保找到系統(tǒng)的最優(yōu)參數(shù)。有Harl1998年所描述的液壓支架（見圖1）是斯洛文尼亞礦廠采礦設(shè)備之一，它用于保護礦井巷道的工作環(huán)境。它有兩組四立柱（FEDG and AEDB）所組成，如圖2中所示。機構(gòu) AEDB決定藕合點ｃ的運動，機構(gòu)FEDG通常石油液壓缸驅(qū)動的。
圖1 液壓支架
圖2 四連桿機構(gòu)
那就要求支架的運動更精確，如圖2中C點的運動方向要垂直于最小橫向位移。如果不是這種情況，液壓支架將不能正常工作，因為它缺乏機械的通用性。
1992年在Grm實驗室對液壓支架的原型機做過試驗。支架表現(xiàn)出很大的橫向位移，這就降低了它的適用性。所以，有必要對此重新設(shè)計。如果可能的話，這項工程應(yīng)在提高支架性能的同時，盡量降低成本。這就決定了采用數(shù)理規(guī)劃法為AEDB四連桿機構(gòu)中最有爭議的參數(shù)、、尋求最優(yōu)值。否則，有必要改變這個項目，至少改變AEDB機構(gòu)。
以上問題的解決將使我們重新考慮理想液壓支架的系統(tǒng)。由于各種系統(tǒng)參數(shù)存在偏差，實際的考慮將是不同的，這也就是我們?yōu)槭裁从脭?shù)理規(guī)劃法計算參數(shù)、、的最大允許偏差的原因。
2. 液壓支架的選型
首先，有必要開發(fā)一種合適的液壓支架力學(xué)模型。它應(yīng)基于以下假設(shè)：
－—連接是剛體連接
――單個連桿運動速度相對緩慢
液壓支架是有一個自由度的機械。它的運動規(guī)律可以通過兩個四桿機構(gòu)FEDG 和AEDB進行模擬。(Oblak et al. 1998)
AEDB四連桿機構(gòu)對液壓支架的運動具有決定性的影響。機構(gòu)2通常通過液壓缸驅(qū)動。支架的運動可以用藕合點C點的運動軌跡完全表示出來。所以，所做的工作就是通過使C點的運動軌跡盡量趨近理想的運動軌跡尋求機構(gòu)1桿長的最優(yōu)值.
1989年Rao和Dukkipati在運動學(xué)方程的幫助下，即將四連桿機構(gòu)1的綜合情況完全表達了出來，大致狀況如圖3所示。
圖3 C點的運動軌跡L
C點的運動軌跡L的方程已被寫入坐標(biāo)系，將四連桿機構(gòu)具體參數(shù)，………代入C點坐標(biāo)x,y。B點和D點的坐標(biāo)是：
參數(shù)、………相互關(guān)系如下：
將（1）－（4）式代入（5）－（6）式支架方程得到如下結(jié)果：
通過計算參數(shù)、、最優(yōu)值，這個方程表達了數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)。
2.1數(shù)學(xué)模型
1979年Haug 和 Arora以公式化的形式提出系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。
限定條件是：
響應(yīng)方程是：
向量 稱為設(shè)計參數(shù)的向量，v = 是結(jié)果向量，在（9）中的是目標(biāo)函數(shù)。
為了清楚表達四連桿機構(gòu)AEDB的最優(yōu)設(shè)計，設(shè)計參數(shù)的向量被定義為：
響應(yīng)變量的矢量：
尺寸、、的相互關(guān)系就被確定了。
目標(biāo)函數(shù)被定義為介于軌跡L和理想軌跡K之間的尺寸。K被定義為：
這里X＝go(y)是曲線K的方程，ｙ＝fo(y)是軌跡曲線L的方程。
系統(tǒng)有特定的限制條件。系統(tǒng)必須滿足著名的桿長條件：
不等式（15）和（16）四連桿機構(gòu)的特性，連桿，僅作擺動，條件是：
規(guī)定了最短桿和最長桿的設(shè)計參數(shù)。
（9）－（10）的答案不能直接用通?；谔荻鹊淖顑?yōu)化方法解出。這可以通過1984年Hsieh 和 Arora提出的引入模擬設(shè)計變量的方法來實現(xiàn)，新公式可以用一種更方便的形式表達，寫作為：
這里 ，
所以AEDB四連桿機構(gòu)AEDB的非線性規(guī)劃問題可以表示如下：
約束條件：
響應(yīng)方程：
這個公式減小C點的橫向位移與運動軌跡K的差別。結(jié)果使得參數(shù)，，的值最優(yōu)化。
3. 液壓支架的隨機模型
數(shù)學(xué)模型（22）－（28）通常用于計算參數(shù)值如，，，運動軌跡K和L差別是最小的，然而，由于各種影響的存在C點的真實運動軌跡L會偏移與計算出來的數(shù)值。適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)模型偏差應(yīng)當(dāng)分別處理，這取決于參數(shù)，，的公差。
結(jié)論方程（27）－（28）允許我們計算相應(yīng)參數(shù)V的向量，主要取決于設(shè)計參數(shù)U。
這就表示v = (u)。函數(shù)是數(shù)學(xué)模型（22）－（28）的基礎(chǔ)，因為它表示了設(shè)計參數(shù)U的向量和我門所求機械系統(tǒng)目標(biāo)向量V之間的關(guān)系。同樣的函數(shù)能夠用于計算參數(shù)，，所允許的最大偏差。
在隨機模型中，設(shè)計參數(shù)的向量ｕ＝〔……〕作為隨機變量U＝[……,這就意味著目標(biāo)向量也是一個隨機向量， （29）
假定從概率的觀點看設(shè)計參數(shù)它們服從正態(tài)分布（ｋ＝1，2……，）。主要參數(shù)和（ｋ＝1，2……，）一定與工藝概念上的諸如名義尺寸有關(guān)，＝和公差，等等。， ,（ｋ＝1，2……，） (30) 所以這種情況只存在于選擇的可能性。
隨機變量V概率分布函數(shù)取決于隨機向量U概率分布函數(shù)，事實上它不可能計算出來。所以隨機變量V將在數(shù)字特征的幫助下描述，用在點ｕ＝〔……函數(shù)的泰勒逼近式計算，或者用本文所說的1982年Oblak和1988年Harl提出的Monte Carlo防防進行解決。
3.1數(shù)學(xué)模型
用于計算液壓支架最優(yōu)化公差的數(shù)學(xué)模型已被公式化獨立參數(shù)的非線性歸化問題，
目標(biāo)函數(shù)：
條件是：
在（33）中E是C點橫坐標(biāo)X所允許的最大標(biāo)準偏差
所以用于計算非線性規(guī)劃問題的最優(yōu)化偏差被定義為：
給定條件：
4. 例題
液壓支架的承載載荷是1600KN，四連桿機構(gòu)AEDB 和 FEDG必須滿足以下條件： —C點橫向位移必須最小
—必要的側(cè)護能力
液壓支架（圖2）的參數(shù)已在表1中給出。
表1 液壓支架的參數(shù) 表2 機構(gòu)AEDB的桿長參數(shù)
驅(qū)動機構(gòu)FEDG用矢量
（39）表示。
AEDB機構(gòu)用（40）表示。
在（39）中參數(shù)d是支架支柱的最大高度值。機構(gòu)AEDB的桿長參數(shù)值在表2中。
4.1 AEDB機構(gòu)的最優(yōu)化連桿
用這些數(shù)據(jù)，AEDB四連桿機構(gòu)的數(shù)學(xué)模型能寫為（22）－（28）的形式。在圖3中，X=65 （mm）的直線被定義為C點的運動軌跡。那就是為條件（26）產(chǎn)生的原因是(x-65)-a7 ≤0. (41)
AB桿和AE桿之間的角度在76.8到94.8之間變化。條件（41）設(shè)計參數(shù)的最大和最小限制是：
非線性規(guī)劃問題可以固定化為公式（22）－（28）的形式。1991年基于逼近法通過最優(yōu)化描述將問題解決。設(shè)計的東西應(yīng)用直接偏移法將其精確的計算出來。 設(shè)計參數(shù)的初始數(shù)據(jù)是：
最優(yōu)化參數(shù)在重復(fù)計算25次后的結(jié)果是：
用于初始和最優(yōu)化設(shè)計的耦合點C的X,Y軸坐標(biāo)分別列于表3中。
表3 C點的X,Y軸坐標(biāo)
圖4中C點的軌跡L用于初始設(shè)計，直線K的軌跡用于最優(yōu)化設(shè)計。
圖4 C點的運動軌跡
4.2 AEDB機構(gòu)的最佳公差
在非線性規(guī)劃問題中（36）－（38），獨立參數(shù)選定的最大最小范圍是：
獨立參數(shù)的初始值是：
當(dāng)E＝0.01和E＝0.05的兩種情況時，可以選擇軌跡所允許的偏差。第一種情況是，設(shè)計參數(shù)的最佳公差是經(jīng)過9次反復(fù)計算。當(dāng)E＝0.05時，得到的最佳值是經(jīng)過7次反復(fù)計算。結(jié)果列于表格4和5中。標(biāo)準偏差分別表示在在圖表5和6中。由Monte Carlo方法和泰勒逼近法（實線表示泰勒逼近法）
表4 E=0.01時的最佳公差 表5 E=0.05時的最佳公差
圖5 當(dāng)E＝0.01時的標(biāo)準偏差 圖6 當(dāng)E＝0.05時的標(biāo)準偏差
5. 結(jié)論
通過運用適當(dāng)?shù)南到y(tǒng)數(shù)學(xué)模型和數(shù)學(xué)規(guī)劃法，液壓支架的設(shè)計可以被改進，更好性能將會變?yōu)楝F(xiàn)實。然而，由于最佳公差的原因，考慮新的構(gòu)造是合理的。特別是對于AEDB機構(gòu)，因為很小的公差就會增加產(chǎn)品的費用。
6.參考文獻
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Oblak, M.; Ciglariˇc, I.; Harl, B. 1998: The optimal synthesis of
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Rao, S.S.; Dukkipati, R.V. 1989: Mechanism and machine theory.new Delhi: Wiley & Sons
12
摘要
本次設(shè)計的題目是卷煙機鼓輪錐孔絞削工藝裝備的設(shè)計，用于加工鼓輪的錐孔，是整個鼓輪加工工序中的核心工序。
整套鉆具工裝結(jié)構(gòu)小巧，易于安裝、裝配。能與立式銑床進行較好的連接，共同組成統(tǒng)一的整體，完成特定的絞削錐孔的功能。并且?guī)в邢尬谎b置，在加工好一個錐孔后可以限制鉆具的移動，保證加工質(zhì)量，并且使操作簡單，減小工人的勞動量。本次設(shè)計主要有幾部分組成：
第一部分介紹鉆具的總體設(shè)計，從鉆具的主體結(jié)構(gòu)設(shè)計，確定鉆具工裝的傳動方案，以及收集設(shè)計所需的數(shù)據(jù)、資料等。
第二部分是鉆具工裝主體參數(shù)的設(shè)計，是具體確定工裝的各個零件的詳細參數(shù)，連接方式，以及箱體的設(shè)計，是本次畢業(yè)設(shè)計的主體。
第三部分其他附件的設(shè)計，包括限位裝置和對工件的支撐裝置的設(shè)計，同時也是保證加工質(zhì)量的重要裝置。
關(guān)鍵詞：鼓輪、錐孔、鉆具工裝
Abstract
The design is the subject of Cigarette Machine drum cone hole cutter cutting process equipment design, for processing drum round of the tapered hole, Drum round of the whole processes of the core processes.
The Equipment package structure compact, easy to install and assembly. With the vertical milling machine for better connectivity, together forming a unified whole, with the completion of a specific cut cone hole cutter function. And the nonlinear device, the processing of one cone hole after hole can restrict the movement of the quality assurance process, and to make simple operation, reducing the amount of labor workers. The design of a few major components :
On the first part of the overall design, drill, drill from the principal structure design, drill Equipment Drive program, and the collection of data required for the design and materials.
The second part of the drill Tooling main parameters of the design, engineering and assembly is specifically identified in various parts of the detailed parameters, connect, and the box design, is the design of the main graduation.
Annex some of the other third of the design, including installation and spacing of the workpiece support devices, It is also to ensure the quality of the processing devices.
Keyword：Drum round, cone hole, drilling Equipment
目錄
前 言 1
緒 論 8
摘要 1
Abstract 2
1、鉆具的總體設(shè)計 10
1.1 鉆具的總體設(shè)計概述 10
1.1.1 鉆具工裝的設(shè)計步驟 10
1.1.2 調(diào)查研究 10
1.1.3 方案擬訂 11
1.2.3 工作圖設(shè)計 11
1.2 鉆具工裝概論 12
1.2.1概 述 12
1.2.2 基本技術(shù)參數(shù) 12
2 鉆具工裝的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計 14
2.1 鉆具工裝的傳動方案設(shè)計 14
2.2 鉆具工裝主體參數(shù)的設(shè)計 15
2.2.1絞錐孔時扭矩T的確定 15
2.2.2鉆具工裝的齒輪設(shè)計： 16
2.2.4 軸承的選用及校核 30
3 箱體的設(shè)計 33
3.1箱體類零件的功用及結(jié)構(gòu)特點 33
3.2箱體類零件的主要技術(shù)要求、材料和毛坯 34
3.2.1箱體零件的主要技術(shù)要求 34
3.2.2箱體的材料及毛坯 35
3.2.3箱體類零件加工工藝分析 35
4、鉆具工裝其它設(shè)計 41
4.1 支撐裝置的設(shè)計 41
4.2 限位裝置的設(shè)計 44
結(jié)束語 46
致 謝 48
參考文獻 49
前 言
四年的大學(xué)生活接近尾聲時，我們進行了為期近兩個月的畢業(yè)設(shè)計。畢業(yè)設(shè)計是對大學(xué)四年來我們所學(xué)到的基礎(chǔ)知識和專業(yè)知識的一次系統(tǒng)性的總結(jié)與綜合運用，同時也是培養(yǎng)我們分析問題和解決問題能力的良好的機會，而且畢業(yè)設(shè)計也是大學(xué)教學(xué)的最后一個重要環(huán)節(jié)。因此，認真踏實地做好這次畢業(yè)設(shè)計不僅意味著我們能否順利畢業(yè)，而且對今后我們走上工作崗位后能否很出色的做好自己的工作也有十分重要意義。另外，畢業(yè)設(shè)計還可以培養(yǎng)我們獨立思考，開發(fā)思維和協(xié)調(diào)工作的能力，這對今后踏入社會以后能否盡快地適應(yīng)社會也有很大的幫助。
通過這一環(huán)節(jié)的訓(xùn)練，提高了以下能力：
1、 綜合運用所學(xué)知識和技能，獨立分析和解決實際問題的能力；
2、 綜合運用基本技能，包括繪圖、計算機應(yīng)用、翻譯、查閱及閱讀文獻等的能力；
3、 調(diào)動實驗研究的積極性，技術(shù)經(jīng)濟分析和組織協(xié)作工作的能力，學(xué)習(xí)撰寫科技論文和技術(shù)報告，正確運用國家標(biāo)準和技術(shù)語言闡述理論和技術(shù)問題的能力；
4、 學(xué)會收集加工各種信息的能力，以及獲取新知識的能力；
5、 培養(yǎng)創(chuàng)新意識和嚴肅認真的科學(xué)作風(fēng)。、
6、 培養(yǎng)我們綜合運用和鞏固擴展所學(xué)知識，提高理論聯(lián)系實際的能力；
7、 培養(yǎng)我們收集、閱讀、分析和運用各種資料，手冊等科技文獻的能力；
8、 培養(yǎng)學(xué)生調(diào)查研究、正確熟練運用國家標(biāo)準、規(guī)范、手冊等工具書的能力；
9、 使我們更加熟練的運用AUTOCAD、Word 等計算機辦公軟件，提高計算機輔助設(shè)計的能力；
10、訓(xùn)練和提高機械設(shè)計的基本理論和技能；
11、培養(yǎng)我們的團隊合作意識。
本次畢業(yè)設(shè)計的課題是卷煙機鼓輪錐孔鉆削工裝的設(shè)計。鼓輪的作用主要是將香煙的過濾嘴和煙體進行連接。鼓輪上有兩排共計56個錐孔，錐孔內(nèi)大外小。轉(zhuǎn)動時利用流體的動力將過濾嘴和煙體吸合從而進行連接。為了更好的完成本次畢業(yè)設(shè)計，從四月處開始，就不間斷的結(jié)合自己的畢業(yè)設(shè)計進行了畢業(yè)實習(xí)。根據(jù)所選的課題，選擇了實習(xí)工廠——河南理工大學(xué)工程訓(xùn)練中心。在工廠里我們了解了所加工零件的作用和基本工作原理，以及其加工時最重要的一道工序——錐孔的絞削。從而對機械加工工裝設(shè)計有了一個更直接、更感性的認識，對此次畢業(yè)設(shè)計有很大的幫助。
此次設(shè)計的主要內(nèi)容有：問題的提出、總體方案的構(gòu)思、可行性設(shè)計、結(jié)構(gòu)設(shè)計以及對未知問題的探索和解決方案的初步設(shè)計，裝配圖、零件圖等一系列圖紙的設(shè)計與繪制，最后包括畢業(yè)設(shè)計說明書的完成。
這次畢業(yè)設(shè)計是在高瑞棉老師和工程訓(xùn)練中心各位師傅們的帶領(lǐng)和指導(dǎo)下完成的。在做畢業(yè)設(shè)計的期間，自己遇到了諸多的問題，很多時候都是向老師請教，這樣必然會給老師帶來很多麻煩，勢必會影響老師的工作，但是老師還是抽出時間來給我們輔導(dǎo)，一步步指導(dǎo)畢業(yè)設(shè)計有序如期的進行下去。在畢業(yè)設(shè)計的整個過程當(dāng)中，老師都給我們作了明確的計劃，有安排地去完成，而不至于在設(shè)計過程中沒有目標(biāo)，如果那樣會使設(shè)計很盲目。設(shè)計每進行一步，高老師都要認真的檢查，耐心細致的指出設(shè)計中出現(xiàn)的錯誤和不恰當(dāng)?shù)牡胤?，并指?dǎo)我們修改和完善。每次輔導(dǎo)對學(xué)生提出的問題都認真的解答。工程訓(xùn)練中心也為我的設(shè)計做出了耐心的輔導(dǎo)，在此，我向高老師及各位師傅們表示由衷的謝意！
本次畢業(yè)設(shè)計的題目是鼓輪錐孔絞削工裝設(shè)計，設(shè)計的工裝應(yīng)該滿足的基本要求有以下幾點：
（1）加工精度方面的要求。一般包括尺寸精度、表面形狀精度、相互位置精度和表面粗糙度等，是機械制造裝備最基本的要求。
（2）強度、剛度、抗振性和耐用度方面的要求。
（3）加工穩(wěn)定性方面的要求。各種工裝在使用過程中，受到切削熱、摩擦熱、環(huán)境熱等，會產(chǎn)生熱變形，影響加工性能的穩(wěn)定性。
（4）自動化程度和技術(shù)經(jīng)濟方面的要求。
（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)計時還應(yīng)該注意使工裝的體積小，重量輕，外形美觀以，如減少噪音，防止漏油等等。
對于上述所提到的各項技術(shù)指標(biāo)，在設(shè)計工裝的時候應(yīng)該綜合考慮。因為在加工時不僅要考慮保證零件的各項技術(shù)指標(biāo)，還要兼顧經(jīng)濟方面，這是個挑戰(zhàn)又是個機會，鍛煉了自己在設(shè)計時要綜合考慮問題，認真的分析問題的能力。在下面的章節(jié)中進行詳細的敘述。
50
緒 論
機械工業(yè)的生產(chǎn)水平是一個國家現(xiàn)代化建設(shè)水平的主要標(biāo)志之一。這是因為工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國防和科學(xué)技術(shù)的現(xiàn)代化程度，都會通過機械工業(yè)的發(fā)展程度反映出來。人們之所以要廣泛使用機器，是由于機器既能承擔(dān)人力所不能或不便進行的工作，又能較人工生產(chǎn)改進產(chǎn)品的質(zhì)量，特別是能夠大大提高勞動生產(chǎn)率和改善勞動條件。機械工業(yè)肩負著為國民經(jīng)濟各個部門提供技術(shù)裝備和促進技術(shù)改造的重要任務(wù)，在現(xiàn)代化建設(shè)的進程中起著主導(dǎo)和決定性的作用。所以通過大量設(shè)計制造和廣泛使用各種各樣先進的機器，就能大大加強和促進國民經(jīng)濟發(fā)展的力度，加速我國的社會主義現(xiàn)代化建設(shè)。
制造業(yè)是一個國家或地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展的重要支柱，其發(fā)展水平標(biāo)志著該國家或地區(qū)的經(jīng)濟實力、科技水平、生活水準和國防實力。輕工業(yè)機械的制造加工的各項技術(shù)指標(biāo)更是要求嚴格。隨著社會需求和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對輕工業(yè)機械的要求越來越高，相應(yīng)地也對加工設(shè)備提出了更高的要求。但是在實際中，我們通過改進加工時的工裝和夾具也能在精度不是很高的機床上加工出要求較高的零件。因此這次設(shè)計的內(nèi)容實際就是我們在以后的工作中經(jīng)常要遇到的問題。
“工欲善其事，必先利其器”。為了得到更高的產(chǎn)品質(zhì)量（包括產(chǎn)品的尺寸精度、位置精度、強度、耐疲勞強度等各項技術(shù)指標(biāo)）以及數(shù)量上的要求，滿足生產(chǎn)、生活和科學(xué)技術(shù)發(fā)展的需要，進而適應(yīng)社會的發(fā)展和生產(chǎn)力水平的提高，加速社會主義現(xiàn)代化建設(shè)，我們必須不斷的對國民經(jīng)濟發(fā)展的重要支柱進行改造和提高，才能夠為其它的行業(yè)的發(fā)展提供更多的基礎(chǔ)設(shè)施和良好的發(fā)展環(huán)境、條件。這就要求我們機械制造專業(yè)的工人及科研人員要對機械設(shè)備進行適應(yīng)生產(chǎn)力發(fā)展的改造，創(chuàng)新以及發(fā)明。我們這些即將大學(xué)畢業(yè)的機械制造專業(yè)的學(xué)生，要進行對本專業(yè)所學(xué)習(xí)的知識進行綜合的運用和掌握，為此我們要進行畢業(yè)設(shè)計，要自己動手進行思考問題，為社會主義現(xiàn)代化建設(shè)的發(fā)展貢獻力量，也要從此邁出展現(xiàn)自己價值的第一步。
本次設(shè)計是根據(jù)生產(chǎn)實際的需要，設(shè)計一套工裝用來小批量加工鼓輪。所用機床是立式銑床，型號是x5025。本次設(shè)計力圖使鉆孔的精度得到保證，節(jié)約勞動力，節(jié)約生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)的效率。但由于本人的水平有限，結(jié)合生產(chǎn)實際應(yīng)用設(shè)備的能力有限，故沒有能夠做到很詳細的設(shè)計，而且還有許多地方有待改進，請導(dǎo)師給以指導(dǎo)和批評。
1、鉆具的總體設(shè)計
1.1 鉆具的總體設(shè)計概述
所謂鉆具工裝設(shè)計，是設(shè)計人員根據(jù)所加工零件的特點和本廠現(xiàn)有的機床設(shè)備利用現(xiàn)有的技術(shù)條件，在較為簡陋的情況下完成高精度零件的加工。運用有關(guān)的科學(xué)技術(shù)知識，所進行的創(chuàng)造性的勞動。隨著生產(chǎn)的發(fā)展，機械部門工裝設(shè)備的要求也在不斷的提高，而科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和工藝水平的提高，又為制造部門創(chuàng)造了實現(xiàn)使用要求的條件，從而使工藝裝備設(shè)計與制造獲得了迅速的發(fā)展。因此，對各種工裝的精度、生產(chǎn)效率、可靠性等各方面的要求也越來越高。于是，又相繼出現(xiàn)了一些設(shè)計工裝時必須考慮的問題，如工裝的精密性、自動化、柔性化、機電一體化、節(jié)材節(jié)能、符合工業(yè)工程和綠色工程的要求等。
1.1.1 鉆具工裝的設(shè)計步驟
鉆具工裝設(shè)計首先是根據(jù)所加工零件的要求和所現(xiàn)有的機床進行工裝的傳動等各方面的總體設(shè)計。主要分為：1、擬定方案階段。這是設(shè)計做最重要的一個階段，擬定方案的正確與否將是機床能否達到“體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、效率高、質(zhì)量好”的要求。2、技術(shù)設(shè)計階段。根據(jù)以確定的工藝和技術(shù)方案，按照加工示意圖和機床聯(lián)系尺寸圖等開展部件設(shè)計、繪制裝配圖等。3、工作設(shè)計階段。繪制所有專用零件圖，并進行驗算和最重檢查并編制說明書。
1.1.2 調(diào)查研究
調(diào)查研究的內(nèi)容一般包括有：（1）學(xué)習(xí)有關(guān)的設(shè)計工作原理，了解使用功能，明確設(shè)計要求：（2）調(diào)查了解本單位對工裝的要求；（3）詳細了解工廠的設(shè)備條件、技術(shù)能力和生產(chǎn)經(jīng)驗；（4）收集同類型機床的技術(shù)文獻和圖紙資料，注意了解新技術(shù)在同類輔機設(shè)備上的應(yīng)用情況；（5）對于新采用的工藝和結(jié)構(gòu)，必須先經(jīng)科學(xué)實驗，通過實驗取得足夠的數(shù)據(jù)后，才能應(yīng)用與設(shè)計。
1.1.3 方案擬訂
在調(diào)查研究和科學(xué)實驗的基礎(chǔ)上，通?？梢詳M訂出幾個方案進行分析比較。每個方案包括的內(nèi)容有：工藝分析、主要技術(shù)參數(shù)、總布局、傳動系統(tǒng)、主要部件的結(jié)構(gòu)草圖、實驗結(jié)果及技術(shù)經(jīng)濟效果分析等。
在生產(chǎn)中用機械加工方法直接改變毛坯的形狀，尺寸和材料性能，使之成為零件的過程，叫做機械加工工藝過程。設(shè)計時，工藝方案的擬定是否合理，對生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量有著極大的影響。
制定工藝方案時，應(yīng)首先分析生產(chǎn)類型。生產(chǎn)類型是衡量生產(chǎn)規(guī)模的標(biāo)志。生產(chǎn)類型不同，生產(chǎn)組織，生產(chǎn)管理，車間布置以及毛坯、設(shè)備、工具、加工方法和工人熟練程度等方面的要求程度均有所不同。在大量生產(chǎn)下，每個工序任務(wù)比較穩(wěn)定，因此，有條件采用高效率專用機床和工夾具，勞動效率可大大提高，產(chǎn)品成本也可降低。但產(chǎn)量小的情況下，如果仍使用高效率的專用機床和工夾具，由于加工對象經(jīng)常改變，勢必造成機床調(diào)整的復(fù)雜化，降低機床利用率，提高加工成本。所以制定的工藝過程應(yīng)與生產(chǎn)類型相適應(yīng)，以取得合理的經(jīng)濟效果。
由本次設(shè)計的主要工作是鉆具工裝的總體設(shè)計而非工藝，所以工藝方案不做詳細敘述，生產(chǎn)類型是小批生產(chǎn)，因此可以由此來進行方案的擬訂。
由于為小批量單件生產(chǎn)，可以在立式銑床和車床上進行加工工件的錐孔。本次設(shè)計采用的是立式銑床，型號是x5025。
1.2.3 工作圖設(shè)計
首先，繪制鉆具工裝的傳動草圖，確定其結(jié)構(gòu)。其次，繪制鉆具的全部零件圖：然后，整理有關(guān)部件與主要零件的設(shè)計計算說明書，編制各類零件明細表，編寫說明書等技術(shù)文件；最后，對有關(guān)圖紙進行工藝審查和標(biāo)準化審查。
工裝的傳動草圖及方案如下：
1.2 鉆具工裝概論
1.2.1概 述
本套工裝要求結(jié)構(gòu)小巧、加工質(zhì)量可靠、使用安全可靠、生產(chǎn)率高、經(jīng)濟效益好。
工裝主要傳動過程是：將工裝和銑床相連如上圖所示進行傳遞動力，工件定位在銑床工作臺上靜止不動。
鉆具工裝還要有限位元件以限制刀具的位移便以提高加工的效率。另外，由于工件的壁后較薄為薄壁零件，且為懸臂加工，工件易變形不能保證加工精度，所以需要支撐。
1.2.2 基本技術(shù)參數(shù)
如表1-1所示：
表1-1（見下頁）
項目
參 數(shù)
工件材料硬度
HT250 230~280HB
絞孔時的切削用量
切削速度：5~6m/min
進給量：0.08mm/r
X5025主軸轉(zhuǎn)速等級
36、45、58、72、92、118、145、180、230、285、360、455、580、730、920、1130、1430、1800
2 鉆具工裝的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計
鉆具工裝主要分為四部分：1、傳動方案設(shè)計。2、傳動零件的技術(shù)參數(shù)設(shè)計。3.箱體的設(shè)計。4、其它附件的設(shè)計。
2.1 鉆具工裝的傳動方案設(shè)計
傳動簡圖如下：
說明：工件的生產(chǎn)批量為單件小批量生產(chǎn)，為了簡化工裝的結(jié)構(gòu)、減小體積，故采用一次加工一個空，加工好后利用分度裝置分度加工另外的孔。所以加工的效率不高。但是這也是生產(chǎn)批量決定的。為了提高絞孔的效率在銑床的工作臺上加一個擋塊，當(dāng)絞孔到規(guī)定的尺寸時便自動停止進給，避免了每次都要測量的麻煩，提高了效率。如圖，共裝和機床主軸相連帶動齒輪旋轉(zhuǎn)通過中間的過輪帶動三軸上的齒輪旋轉(zhuǎn)從而帶動刀具的旋轉(zhuǎn)，進行絞孔的加工。另外，由于工件的壁后較薄為薄壁零件，且為懸臂加工，工件易變形不能保證加工精度，所以需要支撐。支撐快和工件的接觸部分采用刃口型，從而對工件進行支撐。為了方便調(diào)整工件的高度，需要兩支撐斜鐵能方便的移動，故在兩斜鐵的中間采用螺栓連接，在調(diào)整高度時只需轉(zhuǎn)動螺母就可改變斜鐵的位置，同時也改變了高度。
2.2 鉆具工裝主體參數(shù)的設(shè)計
計算說明及過程
計算結(jié)果
2.2.1絞錐孔時扭矩T的確定：
絞孔時的切削力很小，在設(shè)計時參考《孔加工設(shè)計手冊》和實際加工時的其它因素，在絞孔是的切削扭矩可以用麻花鉆鉆孔時的扭矩計算公式計算。另外，由于鉆孔時的扭矩較大，如按鉆孔時的公式計算必定可以滿足要求。鉆孔時切削扭矩公式如下：
式中:D--鉆頭直徑（毫米）；
F--每轉(zhuǎn)進給量（毫米/轉(zhuǎn)）；
T—切削扭矩（牛/毫米）；
HB—零件的布式硬度值。
所以 T=
=
=1122N/mm
參考《組合機床設(shè)計》查設(shè)計手冊上軸能承受的扭矩。根據(jù)公式可以估算軸的直徑。在本設(shè)計過程中由于需要結(jié)構(gòu)簡單，絞刀為成型絞刀沒有辦法單獨安裝，故需安裝在3軸上，而三軸需要做成空心的軸。根據(jù)設(shè)計手冊可以估算絞刀的直徑。
軸能承受的扭矩可以由由以下公式確定：
d=B
式中：d—軸的直徑（毫米）；
T—軸所傳遞的扭矩（公斤.毫米）；
B--系數(shù)。當(dāng)材料的剪切彈性模數(shù)G=8.10（千克/平方毫米）
所以： d= B
6.2
11.417（mm）
圓整為12mm.
即絞刀的直徑估算為12mm。
另外，絞刀和3軸的連接采用莫氏錐度相連。
2.2.2鉆具工裝的齒輪設(shè)計：
查切削手冊知絞孔時的切削速度范圍為：266—320r/min暫時取為320r/min。立式銑床x5025的轉(zhuǎn)速取為：230r/min。
所以總傳動比 i=320/230=1.39 取為1.4
整個傳動過程總共分為兩級，取第一級傳動比為=1；第二級傳動比
為：=1.4
A、齒輪傳動設(shè)計
齒輪傳動是機械傳動中最重要的傳動之一，型式很多，應(yīng)用廣泛，傳遞的功率可達近十萬千萬，圓周速度可達200m/s。
齒輪傳動的主要特點有：
1) 效率高 在常用的機械傳動中，以齒輪傳動的效率為高。如一級圓柱齒輪傳動的效率可達99%。這對大功率傳動十分重要，因為即使效率只提高1%，也有很大的經(jīng)濟意義。
2）結(jié)構(gòu)緊湊 在同樣的使用條件下，齒輪傳動所需要的空間尺寸一般較小。
3）工作可靠、壽命長 設(shè)計制造正確合理、使用維護良好的齒輪傳動，工作十分可靠，壽命可達一、二十年，這也是其它機械傳動所不能比擬的。這對車輛及在礦井內(nèi)工作的機器尤為重要。
4）傳動比穩(wěn)定 傳動比穩(wěn)定往往是對傳動性能的基本要求。齒輪傳動獲得廣泛應(yīng)用，也就是由于具有這一點。
但是齒輪傳動的制造及安裝精度要求高，價格較貴，且不宜用于傳動距離過大的場合。
齒輪傳動可做成開式、半開式及閉式。如在農(nóng)業(yè)機械、建筑機械以及簡易的機械設(shè)備中，有一些齒輪傳動沒有防塵罩或機殼，齒輪完全暴露在外邊，這叫開式齒輪傳動。這種傳動不僅外界雜物極易侵入，而且潤滑不良，因此工作條件不好，輪齒也容易磨損，故只易于低速轉(zhuǎn)動。當(dāng)齒輪傳動裝有簡單的防護罩，有時還把大齒輪部分的侵入油池中，則稱為半開式齒輪傳動。，它的條件雖有改善，但仍不能做到嚴密防止外界雜物侵入。潤滑條件也不算最好。而汽車、機床、航空發(fā)動機等所用的齒輪傳動，都是裝在經(jīng)過精確加工而且封閉嚴密的箱體內(nèi)，這稱為閉式齒輪傳動。它與開式或半開式的相比，潤滑及防護等條件最好，多用于重要的場合
齒輪的主要失效形式有：
1。輪齒折斷 輪齒折斷有多種形式，在正常工況下，主要是齒根彎曲疲勞折斷，因為在輪齒受載時，齒根處產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力最大，再加上齒根過度部分的截面圖編輯加工刀痕等引起的應(yīng)力集中作用，當(dāng)輪齒重復(fù)受載后，齒根處就會產(chǎn)生疲勞裂紋并逐步擴展致使輪齒疲勞折斷。
2齒面磨損 在齒輪傳動中，齒面隨著工作條件的不同會出現(xiàn)多種不同的磨損形式。這種磨損稱為磨粒磨損。它是開式齒輪傳動的主要失效形式之一。改用閉式齒輪傳動是避免齒面磨粒磨損最有效的辦法。
3齒面點蝕 點蝕是齒面疲勞損傷的現(xiàn)象之一。在潤滑良好的閉式齒輪傳動中，常見的齒面失效形式多為點蝕。所謂點蝕就是齒面材料在變化著的接觸應(yīng)力作用下，由于疲勞而產(chǎn)生的麻點狀損傷現(xiàn)象。齒面上最初出現(xiàn)的點蝕僅為針尖大小的麻點，最后形成了明顯的齒面損傷。
4齒面膠合 對于高速重載的齒輪傳動，齒面間的壓力大，瞬時溫度高，潤滑效果差，當(dāng)瞬時溫度過高時，相嚙合的兩齒面就會發(fā)生粘在一起的現(xiàn)象，由于此時兩齒面又在作相對滑動，相粘結(jié)的部位即被撕破，于是在齒面上沿相對滑動的方向形成傷痕，稱為膠合。
5 塑性變形 塑性變形屬于輪齒永久變形一大類的失效形式，它是由于在過大的應(yīng)力作用下，輪齒材料處于屈服狀態(tài)而產(chǎn)生的齒面或齒體塑性流動所形成的。塑性變形一般發(fā)生在硬度低的齒輪上；但在重載作用下，硬度高的齒輪上也會出現(xiàn)。塑性變形又分為滾壓塑變和捶擊塑變。滾壓塑編是由于嚙合輪齒的相互滾壓和滑動而引起的材料塑性流動所形成的。
B、 3軸和2軸直齒圓柱齒輪的設(shè)計
1． 選定齒輪類型、精度等級、材料及齒數(shù)
1） 由于鉆具工裝的傳動所要求的精度不高。故選用8級精度（GB10095—88）以方便制造，降低成本。
2） 材料的選擇，由《機械設(shè)計》第七版，高等教育出版社（下同）表10—1選擇小齒輪材料為45鋼,調(diào)質(zhì)硬度為240HBS，大齒輪材料為45鋼，調(diào)質(zhì)硬度為240HBS。
3） 選小齒輪齒數(shù)為Z1=20，大齒輪齒數(shù)為。
2． 按齒面接觸強度設(shè)計
由《機械設(shè)計》第七版公式（10—9a）進行計算即：
1) 確定公式內(nèi)的各計算數(shù)值
（1） 試選載荷系數(shù)為=1.3。
（2） 小齒輪傳遞的扭矩為：
（3） 由《機械設(shè)計》第七版表10—7選取齒寬系數(shù)=1。
（4） 由《機械設(shè)計》第七版表10—6查得材料的彈性影響系數(shù)
（5） 由《機械設(shè)計》第七版圖10—21d按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強度極限；大齒輪的接觸疲勞強度極限；
（6） 計算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)：=76800000
（7） 由《機械設(shè)計》第七版圖10—19查得接觸疲勞系數(shù)，。
（8） 計算接觸疲勞許用應(yīng)力
取失效概率為1%，安全系數(shù)s=1由《機械設(shè)計》第七版式（10—12）得
2） 計算：
（1） 試算小齒輪分度圓直徑 ，代入[ ]中較小的值
=39.2mm
（2） 計算齒寬b
（3） 計算齒寬與齒高之比
模數(shù)
齒高
（5） 計算載荷系數(shù)
根據(jù)υ和8級精度，由《機械設(shè)計》第七版圖10—8查得動載系數(shù)
直齒輪，假設(shè).由《機械設(shè)計》第七版表10—3查得
由《機械設(shè)計》第七版表10—2查得使用系數(shù)；
由《機械設(shè)計》第七版表表10—4查得7級精度、小齒輪相對支撐非對稱布置時，
將數(shù)據(jù)代入后得
由b/h=8.89，，查《機械設(shè)計》第七版圖10—13得；
故載荷系數(shù)：
（6） 按實際載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑，由《機械設(shè)計》第七版式（10—10a）得：
（7）計算模數(shù)m
3 按齒根彎曲強度設(shè)計
由《機械設(shè)計》第七版式（10—5）得彎曲強度的設(shè)計公式為
1） 確定公式內(nèi)的各計算數(shù)值
（1） 由 《機械設(shè)計》第七版 圖10—20c查得小齒輪的彎曲疲勞強度極限；大齒輪的彎曲疲勞強度極限 。
（2） 由《機械設(shè)計》第七版圖10 —18查得彎曲疲勞壽命系數(shù)為，。
（3）計算彎曲疲勞許用應(yīng)力
取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.4,由 《機械設(shè)計》第七版式（10—12）得
（4）計算載荷系數(shù)K
（5）查取齒形系數(shù)
由《機械設(shè)計》第七版表10—5查得，，
（6） 查取應(yīng)力校正系數(shù)
由《機械設(shè)計》第七版表10—5查得 ，。
對比計算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強度計算的模數(shù)m大于由齒根彎曲疲勞強度計算的模數(shù)，由于齒輪模數(shù)的大小主要取決于彎曲強度所決定的承載能力，而齒面接觸疲勞強度所決定的承載能力，僅與齒輪直徑（即模數(shù)與齒數(shù)的乘積）有關(guān)，為了符合設(shè)計要求，使精度更高，特選模數(shù)為m=2，小齒輪齒數(shù)為20，大齒輪齒數(shù)為28。
這樣設(shè)計的齒輪即滿足了齒面接觸疲勞強度和彎曲疲勞強度，又符合了設(shè)計要求確保了精度。
4 幾何尺寸計算
1) 計算分度圓直徑
2）計算中心距
4） 計算齒寬厚度
在箱體內(nèi)部由于尺寸的限制和在切削過程中齒輪傳遞的力較小，可將齒寬減小，參考箱體的設(shè)計和尺寸，將齒輪齒寬取為12mm。
5驗算
合適
由于3軸的結(jié)構(gòu)特殊，需要和成形絞刀通過錐孔相連接必須做成空心軸。查設(shè)計手冊知道空心軸的內(nèi)外徑之比最好為（0.5—0.6）。所以估算空心軸的外徑D=12/0.5=24mm。查設(shè)計手冊把軸圓整為標(biāo)準直徑25mm。同時，應(yīng)當(dāng)指出當(dāng)軸上開有鍵槽時，應(yīng)當(dāng)增大軸徑以考慮鍵槽對軸的強度的削弱。對于直徑d<100mm的軸，有一個鍵槽時，軸徑增大5%--7%；有兩個鍵槽時，應(yīng)增大10%--15%。但是這樣會增大整個工裝的尺寸，對加工裝配也有一定的難度，這時考慮到做成齒輪軸比較合適，初步定為齒輪軸如圖2-2（下頁）：
另外，由于鉆具工裝的第一級傳動比為1，所以1軸齒輪的參數(shù)同3軸的一樣，其各個參數(shù)如表2-2：
表2-2
名 稱
代號
備注(mm)
模 數(shù)
m
m=2
壓 力 角
分度圓直徑
d
齒 頂 高
齒 根 高
全 齒 高
h
齒頂圓直徑
齒根圓直徑
中 心 距
a
2.2.3 軸的設(shè)計
a 軸的概述
軸是組成機器的主要零件之一。一切作回轉(zhuǎn)運動的傳動零件，都必須安裝在軸上才能進行運動及動力的傳遞，因此軸的主要功能是支撐回轉(zhuǎn)零件及傳遞運動和動力。
按照承受載荷的不同，軸可分為轉(zhuǎn)軸、心軸和傳動軸3類。工作中既承受彎矩又承受扭矩的軸稱為轉(zhuǎn)軸。這類軸在各種機器中最為常見。只承受彎矩而不承受扭矩的軸稱為心軸。心軸又分為轉(zhuǎn)動心軸和固定心軸兩種。只承受扭矩而不承受而不承受彎矩的軸稱為傳動軸。軸還可按照軸線形狀的不同，分為曲軸和直軸兩大類，曲軸通過連桿可以將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)變?yōu)橥鶑?fù)直線運動，或作相反的運動變換。直軸根據(jù)外形的不同，可分為光軸和階梯軸兩種。光軸形狀簡單，加工容易，應(yīng)力集中源少，但軸上的零件不易裝配及定位；階梯軸則正好與光軸相反。因此光軸主要用于心軸和傳動軸，階梯軸則常用于轉(zhuǎn)軸。
b 3軸的設(shè)計方案
1.材料的選擇
對此鉆具工裝未提出特殊要求，且切削時的切削力不大，功率也不大。因此，選擇最常用的材料45鋼，調(diào)質(zhì)處理。由《機械設(shè)計》（西北工大第七版）表15—1查得抗拉強度，彎曲疲勞強度和剪切疲勞強度分別為。屈服強度極限，許用彎曲應(yīng)力
2.軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計
由于3軸的結(jié)構(gòu)特殊，需要和成形絞刀通過錐孔相連接必須做成空心軸。查設(shè)計手冊知道空心軸的內(nèi)外徑之比最好為（0.5—0.6），且有估算的成形絞刀的直徑為12mm。所以估算空心軸的外徑D=12/0.5=24mm。查設(shè)計手冊把軸的直徑圓整為標(biāo)準直徑25mm。
為了便于裝拆軸承齒輪，將軸設(shè)計成階梯狀。對于同一個軸上的兩個軸承，通常選用同一型號，現(xiàn)暫取角接觸球軸承7005c內(nèi)經(jīng)為25mm，寬度是12mm,與軸承相配合的軸徑取25mm,由機械設(shè)計手冊中查得該軸承定位端面的軸肩直徑應(yīng)取為25mm。為了防止軸上零件受力時發(fā)生沿軸向或周向的相對運動，軸上零件除了有游動或空轉(zhuǎn)的要求外，都必須進行周向或軸向的定位，以保證其準確的工作位置。在軸承和軸相配合處必須進行軸向定位，軸向定位有以軸肩、套筒軸端擋圈、軸承端蓋和圓螺母等來保證。在此采用軸肩定位既可靠又能減小不必要的增加尺寸。
另外，空心軸和成形絞刀通過錐孔連接，為了便于拆卸在絞刀的端頭開一個孔，在需要拆去絞刀時通過孔可以非常方便的進行拆除。
根據(jù)以上所述，現(xiàn)畫出軸的結(jié)構(gòu)草圖如圖2-3：
3. 按疲勞強度的安全系數(shù)校核
（1） 做軸的受力簡圖：
（2）求作用在軸上的力
軸傳遞的轉(zhuǎn)矩T=1122N/mm
=60N
（3）畫彎矩圖，和及合成彎矩圖
A處：
所以
（5）畫出扭矩圖
截面所受的彎矩
（6）按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強度
進行校核時通常只校核軸上承受最大彎矩和扭矩的截面的強度
根據(jù)《機械設(shè)計》西北工大第七版式15-5及所得數(shù)據(jù)，取軸的計算應(yīng)力
符合要求
c 1軸的設(shè)計方案
1.1軸的總體設(shè)計
由于1軸要和立式銑床x5025主軸相連，進行傳動。所
以可在原來的銑床的基礎(chǔ)上進行改進。原來銑床部件如下圖
所示：
如圖所示，軸通過錐孔和銑床相連，因此1軸和銑床相
連接的部分必須有相同的結(jié)構(gòu)。同時考慮到1軸和齒輪相連時的定位問題，如果齒輪通過鍵或過盈連接和1軸相連，則在軸向無法保證齒輪的定位。因此可以將1軸做成齒輪軸。原來的結(jié)構(gòu)不變將軸延長后再軸端加工成一個齒輪。如前齒輪的設(shè)計，1軸齒輪的各個參數(shù)已經(jīng)確定。因此1軸的結(jié)構(gòu)如圖2-9：
2.材料的選擇
對1軸未提出特殊要求，且切削時的切削力不大，功率也不大。因此，選擇最常用的材料45鋼，調(diào)質(zhì)處理。由《機械設(shè)計》（西北工大第七版）表15—1查得抗拉強度，彎曲疲勞強度和剪切疲勞強度分別為。屈服強度極限，許用彎曲應(yīng)力
2.2.4 軸承的選用及校核
1、滾動軸承類型的選擇
選擇滾動軸承類型時可參考以下幾點：
（1）當(dāng)載荷加大后有沖擊載荷時，宜用滾子軸承；當(dāng)載荷較小時，宜用球軸承。
（2）當(dāng)只受徑向載荷時，或雖同時受徑向和軸向載 荷，但以徑向載荷為主時，應(yīng)用向心軸承。
當(dāng)只受軸向載荷時，一般應(yīng)用推力軸承，而當(dāng)轉(zhuǎn)速很高時，可用角接觸球軸承或深溝球軸承。
當(dāng)徑向和軸向載荷都較大時，應(yīng)采用角接觸軸承。
（3）當(dāng)轉(zhuǎn)速較高時，宜用球軸承；當(dāng)轉(zhuǎn)速較低時，可用滾子軸承，也可用球軸承。
（4）當(dāng)要求支承具有較大剛度時，應(yīng)用滾子軸承。
（5）當(dāng)軸的撓曲變形大或軸承座孔不同、跨度大而對支承有調(diào)心要求時，應(yīng)選用調(diào)心軸承。
（6）為便于軸承的裝拆，可選用內(nèi)、外圈分離的軸承。
（7）從經(jīng)濟角度看，球軸承比滾子軸承便宜，精度低的軸承比精度高的軸承便宜，普通結(jié)構(gòu)軸承比特殊結(jié)構(gòu)的軸承便宜。
綜合以上因素在3軸的軸承選用時，選用角接觸球軸承。型號為7005c。
2、軸承的校核：
軸承所受徑向載荷，軸向載荷，轉(zhuǎn)速n=10r/min,壽命預(yù)定為9000h(使用年限為10年，每天工作2h)。軸承基本額定動載荷可由下式計算：
式中：C—基本額定動載荷計算值
P—當(dāng)量動載荷，
fh—壽命因數(shù)
fn—速度因數(shù)
fm—力矩載荷因數(shù)，力矩載荷較小時，fm=1.5,力矩載荷較大時，fm=2
fd—沖擊載荷因數(shù)
--溫度因數(shù)
Cr—軸承尺寸及性能表中徑向基本額定動載荷
Ca--軸承尺寸及性能表中軸向基本額定靜載荷
查表7-2-8——7-2-11（機械工程手冊）得：
fm =1.5，fh=2.38，fn=1.435，fd=1，=1.0
∴
額定靜載荷
---基本額定靜載荷計算值
---當(dāng)量靜載荷
---安全因數(shù)
軸承承受的徑向載荷
軸向力
當(dāng)量動載荷，
由于
，所以當(dāng)為時，，時X=1，Y=0.
即：，
因此，只需驗證即可
，根據(jù)設(shè)計 ，P=0.46257KN，查得C=11
所以，
符合設(shè)計要求。
T=1122N/mm
d=12mm
i=1.4
Z1=20
=1.3
=1
N=76800000
=511.5MPa
=511.5MPa
39.2
b=39.2
=1.96
H=4.41
=1.309
K=2.112
=49.96
K=2.112
=40mm
=56mm
a=48mm
b=12mm
56.1N
53N
=60N
=1122N
1060N
1543.6N
T=1543.6N
符合要求
C=219KN
C=11
符合設(shè)計要求
3 箱體的設(shè)計
3.1箱體類零件的功用及結(jié)構(gòu)特點
箱體類是機器或部件的基礎(chǔ)零件，它將機器或部件中的軸、套、齒輪等有關(guān)零件組裝成一個整體，使它們之間保持正確的相互位置，并按照一定的傳動關(guān)系協(xié)調(diào)地傳遞運動或動力。因此，箱體的加工質(zhì)量將直接影響機器或部件的精度、性能和壽命。
常見的箱體類零件有：機床主軸箱、機床進給箱、變速箱體、減速箱體、發(fā)動機缸體和機座等。根據(jù)箱體零件的結(jié)構(gòu)形式不同，可分為整體式箱體，如圖3－1a、b、d所示的分離式箱體，如下圖所示兩大類。前者是整體鑄造、整體加工，加工較困難，但裝配精度高；后者可分別制造，便于加工和裝配，但增加了裝配工作量。
箱體的結(jié)構(gòu)形式雖然多種多樣，但仍有共同的主要特點：形狀復(fù)雜、壁薄且不均勻，內(nèi)部呈腔形，加工部位多，加工難度大，既有精度要求較高的孔系和平面，也有許多精度要求較低的緊固孔。因此，一般中型機床制造廠用于箱體類零件的機械加工勞動量約占整個產(chǎn)品加工量的15%--20%。
3.2箱體類零件的主要技術(shù)要求、材料和毛坯
3.2.1箱體零件的主要技術(shù)要求
箱體類零件中以機床主軸箱的精度要求最高。箱體零件的技術(shù)要求主要可歸納如下：
(1).主要平面的形狀精度和表面粗糙度
箱體的主要平面是裝配基準，并且往往是加工時的定位基準，所以，應(yīng)有較高的平面度和較小的表面粗糙度值，否則，直接影響箱體加工時的定位精度，影響箱體與機座總裝時的接觸剛度和相互位置精度。
一般箱體主要平面的平面度在0.1～0.03mm，表面粗糙度Ra2.5~0.63μm，各主要平面對裝配基準面垂直度為0.1/300。
(2).孔的尺寸精度、幾何形狀精度和表面粗糙度
箱體上的軸承支承孔本身的尺寸精度、形狀精度和表面粗糙度都要求較高，否則，將影響軸承與箱體孔的配合精度，使軸的回轉(zhuǎn)精度下降，也易使傳動件（如齒輪）產(chǎn)生振動和噪聲。一般機床主軸箱的主軸支承孔的尺寸精度為IT6，圓度、圓柱度公差不超過孔徑公差的一半，表面粗糙度值為Ra0.63～0.32μm。其余支承孔尺寸精度為IT7～IT6，表面粗糙度值為Ra2.5～0.63μm。
(3).主要孔和平面相互位置精度
同一軸線的孔應(yīng)有一定的同軸度要求，各支承孔之間也應(yīng)有一定的孔距尺寸精度及平行度要求，否則，不僅裝配有困難，而且使軸的運轉(zhuǎn)情況惡化，溫度升高，軸承磨損加劇，齒輪嚙合精度下降，引起振動和噪聲，影響齒輪壽命。支承孔之間的孔距公差為0.12～0.05mm，平行度公差應(yīng)小于孔距公差，一般在全長取0.1~0.04mm。同一軸線上孔的同軸度公差一般為0.04～0.01mm。支承孔與主要平面的平行度公差為0.1~0.05mm。主要平面間及主要平面對支承孔之間垂直度公差為0.1～0.04mm。
3.2.2箱體的材料及毛坯
箱體材料一般選用HT200~400的各種牌號的灰鑄鐵，而最常用的為HT200?；诣T鐵不僅成本低，而且具有較好的耐磨性、可鑄性、可切削性和阻尼特性。在單件生產(chǎn)或某些簡易機床的箱體，為了縮短生產(chǎn)周期和降低成本，可采用鋼材焊接結(jié)構(gòu)。此外，精度要求較高的坐標(biāo)鏜床主軸箱則選用耐磨鑄鐵。負荷大的主軸箱也可采用鑄鋼件。
毛坯的加工余量與生產(chǎn)批量、毛坯尺寸、結(jié)構(gòu)、精度和鑄造方法等因素有關(guān)。有關(guān)數(shù)據(jù)可查有關(guān)資料及根據(jù)具體情況決定。
毛坯鑄造時，應(yīng)防止砂眼和氣孔的產(chǎn)生。為了減少毛坯制造時產(chǎn)生殘余應(yīng)力，應(yīng)使箱體壁厚盡量均勻，箱體澆鑄后應(yīng)安排時效或退火工序。
3.2.3箱體類零件加工工藝分析
(1).主要表面加工方法的選擇
箱體的主要表面有平面和軸承支承孔。
主要平面的加工，對于中、小件，一般在牛頭刨床或普通銑床上進行。對于大件，一般在龍門刨床或龍門銑床上進行。刨削的刀具結(jié)構(gòu)簡單，機床成本低，調(diào)整方便，但生產(chǎn)率低；在大批、大量生產(chǎn)時，多采用銑削；當(dāng)生產(chǎn)批量大且精度又較高時可采用磨削。單件小批生產(chǎn)精度較高的平面時，除一些高精度的箱體仍需手工刮研外，一般采用寬刃精刨。當(dāng)生產(chǎn)批量較大或為保證平面間的相互位置精度，可采用組合銑削和組合磨削。
箱體支承孔的加工，對于直徑小于50mm的孔，一般不鑄出，可采用鉆－擴(或半精鏜)－鉸(或精鏜)的方案。對于已鑄出的孔，可采用粗鏜－半精鏜－精鏜(用浮動鏜刀片)的方案。由于主軸軸承孔精度和表面質(zhì)量要求比其余軸孔高，所以，在精鏜后，還要用浮動鏜刀片進行精細鏜。對于箱體上的高精度孔，最后精加工工序也可采用珩磨、滾壓等工藝方法。
(2).擬定工藝過程的原則
a.先面后孔的加工順序
箱體主要是由平面和孔組成，這也是它的主要表面。先加工平面，后加工孔，是箱體加工的一般規(guī)律。因為主要平面是箱體往機器上的裝配基準，先加工主要平面后加工支承孔，使定位基準與設(shè)計基準和裝配基準重合，從而消除因基準不重合而引起的誤差。另外，先以孔為粗基準加工平面，再以平面為精基準加工孔，這樣，可為孔的加工提供穩(wěn)定可靠的定位基準，并且加工平面時切去了鑄件的硬皮和凹凸不平，對后序孔的加工有利，可減少鉆頭引偏和崩刃現(xiàn)象，對刀調(diào)整也比較方便。
b.粗精加工分階段進行
粗、精加工分開的原則：對于剛性差、批量較大、要求精度較高的箱體，一般要粗、精加工分開進行，即在主要平面和各支承孔的粗加工之后再進行主要平面和各支承孔的精加工。這樣，可以消除由粗加工所造成的內(nèi)應(yīng)力、切削力、切削熱、夾緊力對加工精度的影響，并且有利于合理地選用設(shè)備等。
粗、精加工分開進行，會使機床，夾具的數(shù)量及工件安裝次數(shù)增加，而使成本提高，所以對單件、小批生產(chǎn)、精度要求不高的箱體，常常將粗、精加工合并在一道工序進行，但必須采取相應(yīng)措施，以減少加工過程中的變形。例如粗加工后松開工件，讓工件充分冷卻，然后用較小的夾緊力、以較小的切削用量，多次走刀進行精加工。
c.合理地安排熱處理工序
為了消除鑄造后鑄件中的內(nèi)應(yīng)力，在毛坯鑄造后安排一次人工時效處理，有時甚至在半精加工之后還要安排一次時效處理，以便消除殘留的鑄造內(nèi)應(yīng)力和切削加工時產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力。對于特別精密的箱體，在機械加工過程中還應(yīng)安排較長時間的自然時效（如坐標(biāo)鏜床主軸箱箱體）。箱體人工時效的方法，除加熱保溫外，也可采用振動時效。
(3).定位基準的選擇
a.粗基準的選擇在選擇粗基準時，通常應(yīng)滿足以下幾點要求：
第一，在保證各加工面均有余量的前提下，應(yīng)使重要孔的加工余量均勻,孔壁的厚薄盡量均勻，其余部位均有適當(dāng)?shù)谋诤瘢?
第二，裝入箱體內(nèi)的回轉(zhuǎn)零件(如齒輪、軸套等)應(yīng)與箱壁有足夠的間隙；
第三，注意保持箱體必要的外形尺寸。此外，還應(yīng)保證定位穩(wěn)定，夾緊可靠。
為了滿足上述要求，通常選用箱體重要孔的毛坯孔作粗基準。例表8-10大批生產(chǎn)工藝規(guī)程中，以I孔和Ⅱ孔作為粗基準。由于鑄造箱體毛坯時，形成主軸孔、其它支承孔及箱體內(nèi)壁的型芯是裝成一整體放入的，它們之間有較高的相互位置精度，因此不僅可以較好地保證軸孔和其它支承孔的加工余量均勻，而且還能較好地保證各孔的軸線與箱體不加工內(nèi)壁的相互位置，避免裝入箱體內(nèi)的齒輪、軸套等旋轉(zhuǎn)零件在運轉(zhuǎn)時與箱體內(nèi)壁相碰。
根據(jù)生產(chǎn)類型不同，實現(xiàn)以主軸孔為粗基準的工件安裝方式也不一樣。大批大量生產(chǎn)時，由于毛坯精度高,可以直接用箱體上的重要孔在專用夾具上定位，工件安裝迅速，生產(chǎn)率高。在單件、小批及中批生產(chǎn)時，一般毛坯精度較低，按上述辦法選擇粗基準，往往會造成箱體外形偏斜，甚至局部加工余量不夠，因此通常采用劃線找正的辦法進行第一道工序的加工，即以主軸孔及其中心線為粗基準對毛坯進行劃線和檢查，必要時予以糾正，糾正后孔的余量應(yīng)足夠，但不一定均勻。
大批生產(chǎn)工藝規(guī)程中，銑頂面以I孔和Ⅱ孔直接在專用夾具上定位。在單件小批生產(chǎn)時，由于毛坯精度低，一般以劃線找正法安裝。表8-8小批生產(chǎn)工藝規(guī)程中的序號40規(guī)定的劃線，劃線時先找正主軸孔中心，然后以主軸孔為基準找出其它需加工平面的位置。加工箱體時，按所劃的線找正安裝工件，則體現(xiàn)了以主軸孔作粗基準。
(2)精基準的選擇為了保證箱體零件孔與孔、孔與平面、平面與平面之間的相互位置和距離尺寸精度，箱體類零件精基準選擇常用兩種原則：基準統(tǒng)一原則、基準重合原則。
?、僖幻鎯煽?(基準統(tǒng)一原則) 在多數(shù)工序中，箱體利用底面(或頂面)及其上的兩孔作定位基準，加工其它的平面和孔系，以避免由于基準轉(zhuǎn)換而帶來的累積誤差。如表8-9所示的大批生產(chǎn)工藝過程中，以頂面及其上兩孔2-?8H7為定位基準，采用基準統(tǒng)一原則。
?、谌娑ㄎ?基準重合原則) 箱體上的裝配基準一般為平面，而它們又往往是箱體上其它要素的設(shè)計基準，因此以這些裝配基準平面作為定位基準，避免了基準不重合誤差，有利于提高箱體各主要表面的相互位置精度。表8－8小批生產(chǎn)過程中即采用基準重合原則。
由分析可知，這兩種定位方式各有優(yōu)缺點，應(yīng)根據(jù)實際生產(chǎn)條件合理確定。在中、小批量生產(chǎn)時，盡可能使定位基準與設(shè)計基準重合，以設(shè)計基準作為統(tǒng)一的定位基準。而大批量生產(chǎn)時，優(yōu)先考慮的是如何穩(wěn)定加工質(zhì)量和提高生產(chǎn)率，由此而產(chǎn)生的基準不重合誤差通過工藝措施解決，如提高工件定位面精度和夾具精度等。
另外，箱體中間孔壁上有精度要求較高的孔需要加工時，需要在箱體內(nèi)部相應(yīng)的地方設(shè)置鏜桿導(dǎo)向支承架，以提高鏜桿剛度。因此可根據(jù)工藝上的需要，在箱體底面開一矩形窗口，讓中間導(dǎo)向支承架伸入箱體。產(chǎn)品裝配時窗口上加密封墊片和蓋板用螺釘緊固。這種結(jié)構(gòu)形式已被廣泛認可和采納。
若箱體結(jié)構(gòu)不允許在底面開窗口，而又必需在箱體內(nèi)設(shè)置導(dǎo)向支承架，中間導(dǎo)向支承需用吊架裝置懸掛在箱體上方。由于吊架剛度差，安裝誤差大，影響孔系精度；且吊裝困難，影響生產(chǎn)率。
在本次設(shè)計中，由于是單件小批量生產(chǎn)以上方法不合適。采用焊接的方法進行箱體的設(shè)計。先將法蘭、上板、下板、3軸套筒按照定位尺寸進行焊接。焊接時，上、下板中間孔即2軸孔%%C20H(+0.033^0)應(yīng)插入工藝棒，焊接時采取相應(yīng)措施注意防止變形。焊接后，底面刨削1mm，最后加工箱體滿足尺寸要求。
最后的箱體如下圖所示：
4、鉆具工裝其它設(shè)計
要想加工出合格的零件還必須對鉆具工裝進行一些附件的設(shè)計。首先，被加工零件為薄壁零件，在進行絞孔時容易受力變形。所以，在進行加工時必須采取相應(yīng)的措施以保證加工質(zhì)量。故需設(shè)計一個支撐裝置。其次，本鉆具為單件小批量加工時的工裝，效率不高，每次加工完一個孔時都需要進行測量顯然很不方便。在設(shè)計時考慮到這個問題所以需設(shè)計一個限位裝置。
4.1 支撐裝置的設(shè)計
被加工零件為薄壁零件（如下圖所示），在進行絞孔為懸臂加工，容易受力變形。所以，在進行加工時必須采取相應(yīng)的措施以保證加工質(zhì)量。
薄壁零件在加工過程中，往往由于夾緊力、切削力和切削熱的影響而引起變形，致使加工精度降低。防止
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