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濰坊學院本科畢業(yè)設計 1 摘要：本論文主要介紹機床動力部件的選用及設計過程。包括動力頭的設計， 傳動裝置的設計，以及組合刀具的設計過程，首先分析了加工零件的工藝性，動力 頭的設計涉及主軸組件的設計過程，主軸部件的布置形式的選用，軸承的配置形式， 軸承精度等級的選用，以及主軸結構的設計，主軸剛度的計算等。然后介紹了傳動 裝置的設計，涉及帶傳動的設計，包括了同步齒形帶的傳動計算過程。刀具的設計 過程主要概括了，刀具主要參數的選擇確定過程。 關鍵詞：動力頭 組合機床 動力裝置 液壓滑臺 Abstract：The present paper main introduction engine bed power part selects and the design process. Including the power head design, the transmission device design, as well as combines the cutting tool the design process, first analyzed the processing components technology capability, the power head design has involved the main axle module the design process, main axle part arrangement form selection, the bearing disposition form, bearing precision class selection, as well as main axle structure design, main axle rigidity computation and so on. Then introduced the transmission device design, involves the belt transmission the design, including synchronized tooth profile belt transmission computation process. The cutting tool design process mainly summarized, cutting tool main parameter choice definite process. Key words: power head unit machine power device hydraumatic skid platform 濰坊學院本科畢業(yè)設計 2 前言 組合機床是以通用部件為基礎，配以按工件特定形狀和加工工藝設計的專用部 件和夾具，組成的半自動或自動專用機床。 組合機床一般用于加工箱體類或特殊形狀的零件。加工時，工件一般不旋轉， 由刀具的旋轉運動和刀具與工件的相對進給運動，來實現鉆孔、擴孔、锪孔、鉸孔、 鏜孔、銑削平面、切削內外螺紋以及加工外圓和端面等。有的組合機床采用車削頭 夾持工件使之旋轉，由刀具作進給運動，也可實現某些回轉體類零件(如飛輪、汽車 后橋半軸等)的外圓和端面加工。 二十世紀 70 年代以來，隨著可轉位刀具、密齒銑刀、鏜孔尺寸自動檢測和刀 具自動補償技術的發(fā)展，組合機床的加工精度也有所提高。銑削平面的平面度可達 0.05 毫米／1000 毫米，表面粗糙度可低達 2.5～0.63 微米；鏜孔精度可達 IT7～6 級，孔距精度可達 0.03～0.02 微米。 專用機床是隨著汽車工業(yè)的興起而發(fā)展起來的。在專用機床中某些部件因重復 使用，逐步發(fā)展成為通用部件，因而產生了組合機床。 最早的組合機床是 1911 年在美國制成的，用于加工汽車零件。初期，各機床制 造廠都有各自的通用部件標準。為了提高不同制造廠的通用部件的互換性，便于用 戶使用和維修，1953 年美國福特汽車公司和通用汽車公司與美國機床制造廠協(xié)商， 確定了組合機床通用部件標準化的原則，即嚴格規(guī)定各部件間的聯(lián)系尺寸，但對部 件結構未作規(guī)定。 通用部件按功能可分為動力部件、支承部件、輸送部件、控制部件和輔助部件 五類。動力部件是為組合機床提供主運動和進給運動的部件。主要有動力箱、切削 頭和動力滑臺。 支承部件是用以安裝動力滑臺、帶有進給機構的切削頭或夾具等的部件，有側 底座、中間底座、支架、可調支架、立柱和立柱底座等。 輸送部件是用以輸送工件或主軸箱至加工工位的部件，主要有分度回轉工作臺、 環(huán)形分度回轉工作臺、分度鼓輪和往復移動工作臺等。 控制部件是用以控制機床的自動工作循環(huán)的部件，有液壓站、電氣柜和操縱臺 等。輔助部件有潤滑裝置、冷卻裝置和排屑裝置等。 為了使組合機床能在中小批量生產中得到應用，往往需要應用成組技術，把結 構和工藝相似的零件集中在一臺組合機床上加工，以提高機床的利用率。這類機床 常見的有兩種，可換主軸箱式組合機床和轉塔式組合機床。 組合機床未來的發(fā)展將更多的采用調速電動機和滾珠絲杠等傳動，以簡化結構、 縮短生產節(jié)拍；采用數字控制系統(tǒng)和主軸箱、夾具自動更換系統(tǒng)，以提高工藝可調 性；以及納入柔性制造系統(tǒng)等。 濰坊學院本科畢業(yè)設計 3 1 零件工藝分析 1.1 氣缸蓋的作用 上裝氣門機構，與缸體用螺栓連接起來共同構成燃燒室。內設通入冷卻水的冷 卻水套，防止發(fā)動機工作時因活塞過熱而磨損。另外缸蓋上還設有進氣孔，排氣孔 和噴油嘴孔。分別用于進氣，排氣和安裝噴油嘴。 1.2 本工序各待加工處的技術要求 表 1-1 加工面 尺寸及偏差 公差及精度 等級 表面粗糙度 形位公差 進氣孔 φ56 0+0.03 IT6 Ra0.8μm ◎φ0.05mm A 排氣孔 φ53 0+0.03 IT6 Ra0.8μm ◎φ0.05mm B 進氣導桿孔 φ16 0+0.015 IT7 Ra3.2μm ⊥φ0.05mm 排氣導桿孔 φ16 0+0.015 IT7 Ra3.2μm ⊥φ0.05mm 氣缸蓋零件結構復雜，孔加工較多。且本次加工中對進排氣孔的加工精度要求 較高，主要是為了防止在做功沖程中有漏氣現象的發(fā)生。同時要求零件有一定的耐 磨性，因此要保證零件的硬度。 1.3 審查氣缸蓋本次加工的工藝性 導桿孔要求與端面 C 的垂直度為 φ0.05mm，位置精度要求較高。分步加工比較 困難，所以考慮采用復合刀具進行加工，以減少其形位誤差。進油口內槽加工精度 要求較低，考慮到工藝經濟性，進排氣門閥座、導桿孔、軸向尺寸精度均較低。采 用液壓滑臺驅動進給，以擋鐵和行程開關完全可以保證其尺寸精度。 1.4 缸蓋的生產類型 已知 Q=10000 臺/年，m=6 件/臺；結合生產實際備品率和廢品率分別取 10%和 10%代如公式得： 濰坊學院本科畢業(yè)設計 4 已知 Q=10000 臺/年，m=6 件/臺；結合生產實際備品率和廢品率分別取 10%和 10%代如公式得： N=10000 臺/年* m=6 件/臺*(1+10%)*(1+10%)=72600 件/年 2 組合機床動力部件選用 通用部件是具有特定功能、按標準化、系列化、通用化原則設計制造的組合機 床基礎部件。 2.1 選用通用部件的基本方法 跟據所需的功率進給力、進給速度等要求，選擇動力部件及其配套部件。選用 原則如下： （1）切削功率應滿足加工所需的計算功率（包括切削所需功率、空轉功率及傳 動功率） 。 （2）進給部件應滿足加工所需的最大計算進給力、進給速度和工作行程及工作 循環(huán)的要求，同時還須考慮裝刀、調刀的方便性。 應滿足加工精度的要求。選用時應注意結構不同或者結構相同、精度等級不同 的動力部件所能達到的加工精度是不同的。,盡可能按通用部件的配套關系選用有關 通用部件。 2.2 通用部件的選用 （1） 動力部件的選用 選用動力部件主要是確定動力部件的品種和規(guī)格。 根據加工工藝分析和機床總體設計選擇所需的動力部件及規(guī)格如下： 表 2-1 部件名稱 規(guī)格 數量 鉸孔鉸頭 DSS800-F-L 2 左液壓滑臺 SEHY-F630/630 1 右液壓滑臺 SEHY-F400/400 1 鉸孔電機 YD132S-6/4/2-B3 2 切槽電機 Y100L-6B3 1 動力滑臺主要用來實現進給運動的通用部件。此外他還可以作為自動檢驗和壓 套等輔助工序的傳動裝置，以及自動線上的運輸裝置等用。液壓滑臺主要由滑座、 滑臺、和液壓缸三部分組成?；_由固定在滑座內的油缸活塞桿推動，沿滑座的導 軌作直線運動，左側滑臺要承受較重的壓力，故選用雙矩形導軌，為提高精度，右 側選用三角形矩行組合導軌 ?；_的運動由液壓系統(tǒng)控制，能實現快進-工進-停留- 濰坊學院本科畢業(yè)設計 5 快退-停止。根據所選液壓滑臺選用相應的組件。以及配做相應的零件。 3 主軸組件設計 主軸組件包括主軸、主軸支撐和安裝在主軸上的傳動件、密封件等。因為主軸 帶動工件或刀具直接參加工件表面形成運動，所以它的工作性能對加工質量和生產 率產生直接影響，是機床上最重要的部件之一。 3.1 主軸組件的設計要求 主軸組件應達到以下幾點設計基本要求： （1） 旋轉精度 指機床在空載低速旋轉時（機動或手動） ，主軸前端安裝工件 或刀具部位的徑向和軸向跳動值滿足要求（其值可參見有關機床精度標準） 。目的是 保證加工零件的幾何精度和表面粗糙度。 （2） 剛度 指主軸組件在外力（例如切削力）的作用下，仍能保持一定工作 精度的能力。剛度不足時，不僅影響加工精度和表面質量，還容易引起振動。惡化 傳動件和軸承的工作條件。設計時應在其它條件允許的條件下，盡量提高剛度值。 （3） 抗振性 指主軸組件在切屑過程中抵抗強迫振動和自己振動保持平穩(wěn)運 轉的能力。抗振性直接影響加工表面質量和生產率，應盡量提高。 （4） 溫升和熱變性 溫升會引起機床部件熱變性，使主軸旋轉中心的相對位 置發(fā)生變化，影響加工精度。并且溫度過高會改變軸承等元件的間隙，破壞潤滑條 件，加速磨損甚至報廢軸。 （5） 耐磨性 指長期保持其原始精度的能力。主要影響因素有材料熱處理、 軸承類型和潤滑方式。 同時，主軸結構要保證各零件定位可靠、工藝性好等要求。 設計時應綜合考慮以上幾項要求，注意吸收新技術，以獲得滿意的設計方案。 3.2 主軸組件的設計步驟 （1）調研，跟據設計要求調查機床廠現行同類型機床的主軸系統(tǒng)情況。查閱、 收集和分析國內外有關技術資料。尤其注意新技術的應用情況。通過分析，摸清現 有的技術水平和發(fā)展趨勢。 （2）在調研的基礎上，考慮設計要求及給定的設計條件，確定主軸軸承類型及 配置方式，合理布置傳動件。 （3）確定主軸軸徑，選擇主軸端部形狀并初步確定支承跨距。然后再考慮各組 件的定位、工藝性等要求的基礎上定出主軸全部結構尺寸。 （4）進行主軸剛度驗算。如果轉速較高，還應進行主軸臨界轉速的驗算。 （5）選定主軸材料、熱處理及技術要求。 濰坊學院本科畢業(yè)設計 6 3.3 主軸組件的布局 3.3.1 軸承的選取 機床主軸軸承有滾動軸承和滑動軸承兩大類。滾動軸承性能日臻完善，并由專 門工廠生產標準化的滾動軸承，得到廣泛的應用。當然，滑動軸承工作平穩(wěn)、抗震 性好（阻尼比高），這是滾動軸承難以代替的。軸承的選擇原則主要是下列幾點：1,滿 足承載能力和剛度的要求。2,滿足精度要求。3,滿足轉速要求。用容許極限轉速作 為衡量指標。4,適應結構的要求。為了在結構緊湊的前提下，盡量增大主軸直徑以 提高剛度，通常選用輕型或特輕型軸承減小外徑尺寸?；蛟谝粋€支承中安裝兩個軸 承達到同一目的。 3.3.2 軸承的配置形式 軸承的配置以前軸承為中心，選擇推力軸承的安裝位置并配上合適的后軸承。 當支承跨距較大時，為了增強剛性，可采用三支承的主軸系統(tǒng)。當以前中支承為主 時，剛度較高，但結構復雜。而前后支撐為主時，剛度差一些，但結構上易于實現。 選用和配置兩支承主軸滾動軸承時應考慮的一般原則： （1）適應承載能力和剛度的要求 所謂承載能力是指主軸在保證正常工作并在所具有額定壽命時間中，所能承受 的最大負荷。在軸向承載能力和剛度方面，線接觸的圓柱或圓錐滾子軸承要比點接 觸的球軸承好，雙列滾動軸承比單列好。在軸向承載能力和剛度方面，以推力球軸 承為最好，其次依次為圓錐滾子軸承和向心推力球軸承。向心球軸承也可以承受一 些軸向力，但軸向剛度很差。 因此，徑向載荷較大時，一般應選用雙列短圓柱滾子軸承或圓錐滾子軸承；較 小時可選用向心推力球軸承。通常前支承所受載荷大于后支承，而且前支承變形對 主軸軸端位影響較大，故一般要求前支承的承載能力和剛度應比后支承大。 （2）適應轉速的要求 軸承發(fā)熱會直接影響它的精度和工作壽命，而發(fā)熱量的 大小主要取決于轉速的高低。不同型號和規(guī)格的軸承所允許的最高轉速是不同的。 （3）適應精度的要求 主軸前、后支承處徑向軸承類型的選用，主要有該處的 支承精度要求和徑向載荷來決定。 （4）適應結構的要求 主軸部件在結構上要求徑向尺寸緊湊時，可選用輕型或 特輕型軸承。 （5）適應經濟性要求 在配置主軸軸承形式時，也要作經濟分析，使經濟效果 好。 濰坊學院本科畢業(yè)設計 7 3.3.3 滾動軸承間隙的調整和預緊 滾動軸承在較大間隙的情況下工作時，會使載荷集中作用在處于加載方向的一、 二個滾動體上，使該滾動體和內、外圈滾道接觸處產生很大的集中應力，從而使軸 承磨損加快，壽命縮短，還降低剛度。當把軸承調整到不僅完全消除間隙，而且產 生一定的過盈量時，這就是滾動軸承的預緊。這是滾動體和滾道接觸處產生一定的 彈性變形，它們間的接觸面積加大了，承載區(qū)逐漸擴大，各滾動體受力較均勻，同 時抵抗變形的能力也增大了，因此剛度增加，壽命延長。 3.3.4 主軸滾動軸承的精度和配合 主軸滾動軸承精度主要采用 C、D、E 三級。對于精度特別高的主軸部件，當 C 級軸承仍不能滿足要求時，可向軸承廠訂購超 C 級的軸承。但應注意，軸承精度提 高一級，價格要貴很多。前軸承的精度對主軸部件的旋轉精度影響較大。因此，前 軸承的選用精度高一級。各種精度等級的機床，主軸滾動軸承的精度等級可參考下 表 機床主軸軸承精度選擇 表 3-1 機床精度等級 前軸承 后軸承和推力軸承 普通精度級 D 或 C E 或 D 精密級 C 或 B C 高精度級 B B 滾動軸承的配合對主軸部件的工作性能也有很大影響。軸承內圈與軸頸、外圈 與支承座孔的配合過松，則受載后會出現松動，影響主軸部件的旋轉精度和剛度， 縮短軸承的使用壽命。過緊，則會使內、外圈變形，也會影響旋轉精度，加速軸承 的磨損、增加溫升和熱變形，并給裝配帶來困難。滾動軸承的配合可參考下表 滾動軸承的配合 表 3-2 配合部位 配合 主軸軸徑與軸承 內圈 m5 k5 JS6 k6 座孔與軸承外圈 K6 J6 或 JS6 或規(guī)定一定過盈量 濰坊學院本科畢業(yè)設計 8 軸徑與軸承內圈的配合用 m5，緊固性較好，但不易裝拆。用 k5 則平均過盈接 近于零，易裝拆，受沖擊不大時同軸度較好。軸承外圈與支承座孔的配合應稍松一 點，常用 J6、JS6 或 K6，重載時才用 M6。 對于輕載的精密機床，為避免軸頸或支承座孔的形狀誤差影響軸承精度，常采 用有間隙的配合。對需要調整間隙的軸承，為使調整時能軸向移動，配合應稍松些。 3.3.5 主軸傳動件的布置 這里是針對傳動件直接裝在主軸上，傳動力主軸和主軸軸承承受的主軸組件。 （1）傳動件的軸向布置 為增強剛度，傳動件應盡可能靠近剛度高的前軸承。有兩個齒輪時，傳遞大扭 矩的齒輪應更靠近前軸承。對于傳遞進給運動的齒輪，也應靠近相應的軸承位置。 （2）傳動件空間布置 目的是使主軸前端在對加工精度影響最大的方向上的變形最小。當然還應考 慮結構上實現的可能性。 3.3.6 主軸組件布局設計 根據以上分析并結合工程實例,設計鉸削頭的主軸組件。目前國內外的鏜鉸床 普遍采用雙列向心軸承加推力軸承的結構，但也有不少鏜鉸床采用兩個圓錐軸承的 結構。分別繪制結構簡圖如下（圖 3-1，圖 3-2） 圖 3-1 濰坊學院本科畢業(yè)設計 9 圖 3-2 這兩種結構各有優(yōu)缺點，前者徑向和軸向剛度較好，但主軸結構復雜，裝配調 整調整比較麻煩。后者的軸向剛度稍差一點，但主軸結構簡單，裝配調適方便，精 度也能滿足要求。本系列鏜削頭用于粗精鏜孔，切削受的徑向力較大，軸向力較小， 考慮到既要保證所要求的加工精度，同時又要盡量結構簡單，便于制造、裝配和調 整。因此在本次設計中采用了兩個圓錐滾子軸承組成主軸前固定支撐。后端采用短 圓柱滾子軸承作為輔助支撐，允許主軸受熱時有一定的軸向移動 3.4 主軸結構設計 3.4.1 主軸軸徑的確定 主軸軸徑通常是指主軸前軸頸的直徑。在確定前軸徑 見下表）后，用下列公1D 式得到后軸徑 。 =（0.7~0.85）D12D2 為了方便通過棒料和裝拆工夾具應適當取較大值。但是當 時0.7d???平 （ 為平均直徑）主軸剛度會急劇下降。故一般情況取 。 根據一下經驗平 .5?平 圖表，現取主軸前端直徑為 80mm。 主軸軸徑 1D 表 3-3 功 率 2.6~3.6 3.7~5.5 5.6~7.3 7.4~11 11~14.7 14.8~18.4 18.5~22 22~29.5 車 床 70~90 70~105 95~130 110~145 140~165 150~190 220 230 濰坊學院本科畢業(yè)設計 10 升 降 臺 銑 床 60~90 60~95 75~100 90~105 100~115 外 圓 磨 床 50~60 55~70 70~80 75~90 75~100 90~100 105 105 3.4.2 主軸前端懸伸量的選擇 主軸懸伸量 a 值愈小愈能提高主軸部件的剛度。為減小 a 值可采取下列措施： （1）盡量采用短錐法蘭式的主軸端部結構。 （2）前支承中的推力軸承應安裝在徑向軸承的內側。 3）盡量利用主軸端部的法蘭盤和軸肩等構成密封裝置。 （4）成對安裝的圓錐滾子軸承，應采取滾錐小端相對形式，成對安裝的向心推 力球軸承，應采取類似的背對背型安裝。這樣可提高前支承的剛性，有可減小 a 值。 3.4.3 主軸剛度的驗算 一般的說來，剛性主軸只要其剛度能滿足要求，強度大多是足夠的，除在特殊 的重切削情況下工作的主軸外，通常不必作強度驗算，只驗算其剛度就可以了。主 軸的剛度驗算，主要是驗算主軸在受力時的彎曲變形，即主軸前端的撓度 X 和前 支承處的傾角 θ。（見圖 3-4）????2210.5(3aXPaLQCMLEJ? ?????? ?? ?毫 米 ）2(????弧 度 ） 式中 E——主軸材料的彈性模數（公斤/毫米 2 ）； J——前支承處的截面慣性距（毫米 4 ）：實心軸 ; 24RJ?? R——主軸的半徑； M——軸支承的反力矩（公斤*毫米）； P——切削力（公斤）； 濰坊學院本科畢業(yè)設計 11 Q——傳動力（公斤）。 4 傳動裝置設計 4.1 傳動方案擬定 由于在本機床傳動系統(tǒng)的傳動比不大，約為 2。另外由于采用了雙速電動機大 大簡化了傳動裝置的結構，降低了傳動比。綜上可以考慮齒輪傳動和同步帶傳動兩 種方式?，F比較兩種傳動方式如下：齒輪傳動的主要優(yōu)點是：具有準確的瞬時傳動 比，適用的圓周速度及傳遞功率的范圍廣，效率高，壽命長，工作可靠。同步帶傳 動的優(yōu)點是：它是一種工作面為齒形的環(huán)形傳動帶，有與采用了伸長率小的承載層， 它的節(jié)距可保持不變。它與鏈傳動相似，不靠磨擦傳遞動力，而是利用帶上的齒與 帶輪上相應的齒槽嚙合。所以，同步齒形帶具有速比較準確，不打滑，效率高，初 張力小，對軸及軸承的壓力小，傳動平穩(wěn)等優(yōu)點。但與其他傳動帶相比，其安裝、 制造等要求較高，過載保護及吸振性能稍差。結合帶傳動和齒輪傳動的優(yōu)缺點，同 時考慮到帶傳動傳動比較小。決定以同步帶傳動為傳動方案設計傳動裝置。 4.2 帶傳動設計 4.2.1 選用的齒形帶的參數一般如下： 線速 v：5~50m/sec;功率 N： 10kW? 速比 i： ；效率10?:.92~.8? 工作溫度： 28C?? 齒形帶最主要的一個參數是節(jié)距。齒形帶的節(jié)線周長 L 為標準長度。相鄰兩齒 形中心線間沿節(jié)線量度的弧長稱為齒形帶的節(jié)距 t，一般常以模數 m 作為衡量齒形 帶的標志。 4.2.2 同步齒形帶的傳動計算 計算時，已知條件是：a.所傳遞的功率（kw）；b.轉速 n1、n2 或速比 i；c.傳 動布置的空間和工作條件。計算的目的是確定：a.齒形帶的模數 m，寬度 b，齒數 Z 和長度；b.帶輪的齒數 Z1，Z2，節(jié)圓直徑 D1，D2；c.實際中心距 A。 鉸頭傳動系統(tǒng)同步齒形帶傳動計算： （1） 確定計算功率 （kw） jN （ 工作情況系數） 則 =3.6KwjNK?1 j 濰坊學院本科畢業(yè)設計 12 （2） 選擇齒形帶模數 m（mm） 查圖[1]5.2-22 取模數為 4mm （3） 確定小帶輪齒數 20 1Z 根據 ， 見表[1]5.2-45 確定 為1minZ?i 1Z （4） 確定大齒輪齒數 2 =4021i? （5） 確定小帶輪節(jié)圓直徑 （mm）1D =80mm1DZ （6） 確定大帶輪節(jié)圓直徑 (mm) 2 =160mm2m? （7）確定齒形帶速度 v(mm/s) 12.18mm/s160*nv?maxv? （8）確定齒形帶長度與齒數 L(mm),Z ?? 2101202()4DLAA??? 查表[1]5.2-41 選區(qū)相近的帶長和齒數 L=1068.1 Z=85 （9）確定實際中心矩 A(mm) A=350mm （10）核驗小帶輪與齒形帶的嚙合齒數 Z?1360Z???? （11）確定 1mm 寬齒形帶由離心力而產生的張力 T(Kfg/mm) 71.2 2qvTg2?? （12） 確定齒形帶寬度 b(mm)????102jNbpTv?? 取 b=50mm （13）確定齒形帶傳動對軸的作用力 Q(kgf)??1.0~2QP? 濰坊學院本科畢業(yè)設計 13 式中 P——傳遞的圓周力 102()NPkgfv? Q=1242.36kgf 5 加工刀具設計 本次刀具為復合孔夾攻刀具。復合孔加工是將兩把或兩把以上的同類或不同類 的孔加工刀具組成一體來同時或順序加工兩個或兩個以上工序或工步的刀具。 5.1 本次設計中應考慮的問題及應采取的方案 （1）切削圖形采用各階刀具順序加工，這種方式工藝緊湊切削余量均勻，但刀 具長懸伸量大，且各把刀具間的負載不均勻，切削時間較長。 由工件加工要求決定， 多次用不同工藝復合刀具加工，切削時應盡量使各把刀具負荷均勻。 （2）結構形 式采用裝配式，該方式制造刃磨方便但因增加了接合面和緊固件，影響了加工精度， 降低了刀具耐用度，但重磨后尺寸可調節(jié)，刀具利用率高。 用于粗加工刀具和前后 刀具直徑相差較大的復合孔加工刀具幾大尺寸的復合孔加工刀具。（3）刀具材料采 用硬質合金，其耐熱性和耐磨性均好，高速的復合孔加工刀具耐用度要求較高時常 用。選用刀具材 8SiCr 和 40Cr（4）排屑方法：前后刀具有各自容屑槽，切屑不易 干擾刀具結構復雜這種方式在前后刀具相距較遠時常用。（5）刀齒安排采用前后刀 具刀齒對齊形式。具有制造方便的優(yōu)點。（6）由于本次設計采用了剛性主軸因此沒 有必要使用導向裝置。這種設計方式大大簡化了夾具的結構，卻要求主軸有更高的 剛度。 5.2 刀具設計 刀具是機械加工工藝中必要的工藝裝備之一,而復合刀具的采用是把幾道工序合 并在一起,可縮短基本工作時間和輔助時間,顯著提高了勞動生產率;此外,由于工序 數目的減少,導致降低工藝系統(tǒng)的調整誤差,從而提高了零件的加工精度;同時簡化了 操作過程。用一臺機床完成多臺機床才能完成的加工任務,也減少了操作工人的數目。 5.2.1 復合鉸刀的應用 現將在氣缸蓋氣門座孔和氣門導桿孔的精加工工序中,采用一把精鉸擠光復合鉸 刀把氣門導桿孔的精鉸、擠壓和氣門座孔的精鉸加工三道工序合并一次完成介紹如 下。 氣門導桿孔和氣門座孔圖紙要求如圖 1 所示。氣門導桿孔尺寸為 16 ，圓?018.? 柱度公差 0.01,與底面垂直度公差為 100: 0.1,表面粗糙度 Ra=3.2 m.氣門座孔尺?? 濰坊學院本科畢業(yè)設計 14 寸 （ ）,圓柱度公差為 0.015,與氣門導桿孔的同軸度公差為 0.05,表03.5??03.6? ? 面粗糙度 Ra=3.2 m. ? 方案一 氣門導桿孔和氣門座孔加工工藝過程是在二孔半精鏜后,再用專用鉸刀精鉸孔至 15.79 ,再在 40 噸油壓機上用推擠刀擠壓孔為 16 。?015. ?018.? 方案二 采用精鉸擠光復合鉸刀合并工序 精鉸刀部分是六齒鉸刀. 具體結構如圖總體分五部分,前導部分精鉸刀部分,擠 光部分(無刃鉸刀),鉸座孔部分和刀柄部分.采用精鉸擠光復合鉸刀,可以使氣門導桿 孔的精鉸和擠光兩道工序連續(xù)進行,而且在擠光氣門導桿孔的同時又能鉸削氣門座孔。 使三道工序合并。 5.2.2 采用精鉸擠光復合鉸刀的作用 (1) 無刃鉸刀的過度刃和每一個刀的前后角幾何形狀都制成圓滑過渡面,并且和 精鉸刀尺寸公差一樣,無刃鉸刀外圓及過渡面的粗糙度與精鉸刀的外圓表面粗糙度一 致。這樣,刀具在導桿中平滑擠壓通過時,擠去精鉸后孔的收縮量及中心歪斜引起的 附加量,使孔表面呈現黑色,且發(fā)亮,粗糙度可達 Ra=0.8 m,尺寸精度可達 H7,且孔徑? 尺寸穩(wěn)定。 (2) 座圈孔鉸刀鉸孔時,擠光段已有 4/5 的長度進入了導桿孔,起著前導向作用。 由于導向點離加工區(qū)近,增加了導向的剛性,提高了座圈孔的加工精度。 (3) 由于擠光段無刃鉸刀和導桿孔的精鉸刀具有相同的尺寸公差,當無刃鉸刀全 長進入導桿孔后,無刃鉸刀的中心線就代表了導桿孔的中心線,在精鉸座圈孔時,無刃 鉸刀起定心作用,而且提高了座圈孔中心線與導桿孔中心線的同軸度。減少了工件在 原工序時的裝夾次數,避免了多次裝夾帶來的安裝誤差。 (4) 采用精鉸擠光復合鉸刀,使擠壓導桿孔和精鉸閥座孔的機動時間重合。這樣 使機加工時縮短,而且由于工序合并減少了多次裝卸的輔助時間,由原精加工工時 29 分鐘縮減為 12 分鐘,提高工效近 1.5 倍。 (5) 精鉸擠光復合鉸刀代替了原 3 個工序所用的刀具,使刀具成本降低了 50%. (6) 精鉸擠光復合鉸刀做到了工序集中,這樣,減少了機床和生產工人的數量,減 少了車間面積和運輸工作量,同時也簡化了生產計劃和組織工作。采用精鉸擠光復合 鉸刀加工氣門導桿孔和氣門座孔,既可以保證零件加工質量,提高加工精度,又提高了 勞動生產率,降低了成本,具有明顯的技術經濟效益。 5.2.3 鉸刀刀片材料選擇 所加工缸蓋倒桿孔材料為合金鑄鐵,硬度為 HB200-230,鑄件。導桿孔要求低的 濰坊學院本科畢業(yè)設計 15 表面粗糙度和高的加工精度。 5.2.4 精鉸刀直徑和公差確定 鉸刀的直徑與公差直接影響到被加工孔的尺寸精度、鉸刀的制造成本與使用壽 命。鉸刀在加工合金鑄鐵件時，由于刀齒的徑向跳動、工作與刀具的安裝偏差、積 屑瘤的作用，鉸出的孔要比校準部分的實際直徑大，即產生所謂的“擴張”現象。 因此確定槍鉸刀公差上、下極限值的規(guī)則[2]為： ⑴ 鉸刀直徑的上限尺寸等于孔的最大直徑減 0.1IT，0.1IT 的值應圓整到 0.001mm 整數倍。 ⑵ 鉸刀直徑的下限尺寸等于孔的最大直徑減 0.35IT，0.35IT 的值應圓整到 0.001mm 整數倍。 因加工孔的公差為 φ16H7 mm，所以鉸刀公差為：015.? 上限尺寸=16.015-0.1×0.015=16.013mm 下限尺寸=16.013-0.35×0.015=16.008mm 所以鉸刀直徑公差為 φ16 mm013.8? 5.2.5 鉸刀齒數 Z 選擇 如鉸刀齒數過少,加工出的孔精度和表面粗糙度達不到要求, 齒數過多, 容屑槽 尺寸小,刀齒強度削弱。加工韌性材料取小值,脆性材料取大值。為了便于測量，齒 數取偶數。根據鉸刀直徑確定齒數，d=(16~32)之間的且孔精度較高，Z=6 比較合適。 5.2.6 鉸刀齒槽形狀確定 選擇導桿孔鉸刀齒槽為直槽。 5.2.7 鉸刀幾何參數確定 ⑴ 主偏角 Kr 切削厚度 a = sinKr ,軸向力 Fx= F sinKr。由此可見，Kr 愈小，軸向力 cZf N Fx 和切削厚度 a 也愈小，鉸削時，鉸刀的導向性好，已加工表面粗糙度較小，加 工精度高。但 Kr 過小時，鉸削時，擠壓摩擦較大，鉸刀耐用度低，切入和切出時 間長。鉸加工鑄鐵時 Kr 取值 3°~5°，取 Kr=5°為了減小表面粗糙度，在切削刃 和校準部分之間磨出長度為 1～2mm 的過渡刃，其偏角 Kr =1°～2°。 ⑵ 前角 γp 濰坊學院本科畢業(yè)設計 16 鉸削余量一般很小，切屑很薄，切屑與前刀面接觸長度很短，前角作用不大。 一般為 γ =0 。但在加工韌性材料時，為了減小切屑變形及抑制積屑瘤產生，可取 0 γ =5 °～10°。取 γ =5°。0 ⑶ 后角 α 、刃帶 bp1? 鉸刀是精加工刀具，后角一般取小些，α =6°～ 10°。取 =8°。鉸刀切削部分p0? 的刀齒應刃磨鋒利而不留刃帶，校準部分應留 b =0.1～0.25mm 的刃帶以保證良好1? 的導向及修光作用，提高加工表面質量及鉸刀壽命，同時也便于鉸刀的制造和檢驗。 但若取得過大，則加大刃帶與孔壁的摩擦。取 b =0.1～0.2mm。1? ⑷ 刃傾角 λs 硬質合金鉸刀在鉸削時切屑由切削液強制排出，不劃傷已加工表面，所以一般 刃傾角 λs=0 ，同時也便于制造。0 5.2.8 刀片型號的選擇和工作部分長度確定 刀片型號已經標準化，E 組是鉸刀組，根據鉸刀尺寸大小選擇 E505。鉸刀切削 部分長度 L1 根據主偏角 Kr 和鉸削余量 A 來確定， L1=（1.3-1.4 ）arctg k L1=（1.3-1.4）×0.4×arctg5=（1.3-1.4）×4.62，取 L1=7㎜。r 一般當 d=3~32mm 時，區(qū)機用鉸刀的工作部分 L=(0.8~3)d。L=33mm。 校準部分用來校準和修光孔。校準部分長度一般取為（0.8~1.5）d。為了使切削 平穩(wěn)，減少摩擦，防止鉸刀在孔中傾斜時而使校準部分后段將孔擴大，校準部分除 圓柱部分外做成倒錐，全長上倒錐量為 0.005~0.008 ㎜。在校準部分的末端應做出 后錐，后錐角為 3°~5°，長度為 3~5 ㎜，以防止退刀時劃傷孔壁和擠碎刀具。 濰坊學院本科畢業(yè)設計 17 結束語 通過這次設計讓我了解到機械設計是從使用要求等出發(fā)，對動力部件的三大組 成部分和刀具的設計過程有了深一步地了解，以及各個零件的材料和形狀尺寸等問 題進行構思、分析和決策的工作過程，這種過程的結果要表達成設計圖紙、說明書 及各種技術文件。 通過組合機床動力部件的設計,了解了各種通用部件的原理以及其結構。從組合 機床動力部件的設計中，我學到了機械設計的思想--以最少的成本達到最好的目的, 以最簡單的結構達到所需的功能。設計思想中最突出得的是—-合理二字。整個設計 過程使我受益非淺。 近三個月的畢業(yè)設計我學到了很多課堂上學不到的東西。它不但增強了我的實 際動手操作能力，而且使我學會了如何把現實中的東西和自己所學的理論聯(lián)系起來。 現在我已能用自己所學的知識來分析和解決生活中的一些簡單的機械設計工作原理 和制造方法。 畢業(yè)設計是我們在大學里所學到的最后一門重要課程，是對我們大學四年學習 的全部課程的一次綜合性檢測。它不但使我們有了一次復習過去所學課程的機會， 而且更重要的是它把我們所學的各門課程都穿插起來，組成了一個整體，使我們對 所學知識有了一個綜合性、整體性的認識，加深對所學專業(yè)的了解。 本次畢業(yè)設計除了對所學知識的復習、鞏固、提高和更新外，還使我學到了一 些道理。設計工作與別的工作不同，在工作時必須養(yǎng)成扎扎實實和一絲不茍的工作 作風。以計算為例，如果其中的一個零件計算錯誤而又不去改的話，這個數據可能 影響到機器的某種工作特性，嚴重時可能還會對企業(yè)經濟造成影響。所以說在設計 工作中要養(yǎng)成一個好的工作習慣。 總之，這次畢業(yè)設計給我上了人生中完美的一課，為我接下來的工作打下了一 個良好的基礎。我會以積極的心態(tài)去面對以后的人生。 限于本人的知識水平，本次設計難免會有很多錯誤，敬請各位領導、老師指正。 濰坊學院本科畢業(yè)設計 18 參考文獻 [1] 涂灝主編.機械設計手冊.北京：機械工業(yè)出版社，2006 [2] 韓秋實主編.機械制造技術基礎.北京：機械工業(yè)出版社，2005 [3] 紀名剛主編.機械設計.西北工業(yè)大學機械原理及機械零件教研室，2001 [4] 北京農業(yè)機械化學院主編.金屬材料及熱處理.北京：農業(yè)出版社，1980 [5] 上海市機械工程學會編.簡明實用機械設計手冊.機械工業(yè)出版社，1991 [6] 朱冬梅主編.畫法幾何及機械制圖，北京：機械工業(yè)出版社，2002 [7] 楊黎明主編.機械零件簡明手冊.北京：兵器工業(yè)出版社，1992 [8] 唐增寶主編.機械設計課程設計.武漢：華中科技大學出版社，1999 [9] 于鴻文主編.材料力學.北京高等教育出版社，1991 [10] 涂發(fā)越主編.機械零件制造結構設計手冊.廣西科學技術出版社，2001 [11] 李澄吳、天生主編.機械制圖.北京：高等教育出版社，1997 [12] 張建明主編.機電一體化系統(tǒng)設計.北京：高等教育出版社，1997 [13] 大連組合機床研究所編.組合機床設計參考圖冊。北京機械工業(yè)出版社，1975 [14] 沈陽大學主編.組合機床設計.上海：上?？茖W技術出版社，1985.9 [15] 楊榮柏主編.金屬切學機床-原理與設計.華中工學院出版社，1982 [16] 路劍中、孫家寧主編金屬切學原理與刀具.上海機械專科學校，1987 [17] 范云漲、陳兆年主編.金屬切學機床設計簡明手冊.機械工業(yè)出版社，1993.8 濰坊學院本科畢業(yè)設計 19 致謝 本次畢業(yè)設計即將結束，我謹向對我的畢業(yè)設計給予大力支持的各位老師表示 衷心的感謝，感謝各位老師在百忙之中抽出時間對我的畢業(yè)設計進行精心的指導。 正是因為有了您的指導，我的設計才會這么順利地完成，才會取得這么好的成績， 在我的成績里有您辛勤的汗水。同時，對關心我們畢業(yè)設計的各位系領導表示由衷 的謝意。感謝你們?yōu)榱四茏屛覀冺樌?、保質保量的完成畢業(yè)設計，給我們創(chuàng)造、 提供的良好的學習環(huán)境和條件。 在設計初期于老師幫助我制定資料的查找方向，又不辭辛苦，反復地對底稿進 行審查和修改，對我碰到的疑問進行耐心地解答。在計算過程中，于老師給予了我 熱情、詳細而耐心的指導。在論文的審核階段，于老師不辭辛苦，反復為我修改論 文，并提出寶貴的意見，在于老師的悉心指導下，我的論文得以順利完成。更可貴 的是，在整個設計過程中于老師言傳身教，不但使我學到了專業(yè)知識，更學會了如 何做人，待人接物，真正做到了為人師表，以身作則，為我今后踏上社會的行為定 下了準則，做出了榜樣，再次向她表示衷心的感謝，道一聲：“于老師，您辛苦了！ ” 在課題的研究過程中，圖書館老師給予了熱情的支持和幫助，提供了許多寶貴 的參考資料，在此表示衷心的感謝! 此外，還要感謝輔導員及系里各位老師在我的設計過程中給予的大力協(xié)助，同 時感謝那些給予我支持和鼓勵的同學和朋友們，使我的設計能夠最終完成，在此表 達我對他們由衷的感謝。 濰坊學院本科畢業(yè)設計 20 摘要 ....................................................................1 前言 ....................................................................2 1 零件工藝分析 ..........................................................3 1.1 氣缸蓋的作用 ......................................................3 1.2 本工序各待加工處的技術要求 ........................................3 1.3 審查氣缸蓋本次加工的工藝性 ........................................3 1.4 缸蓋的生產類型 ....................................................4 2 組合機床動力部件選用 ..................................................4 2.1 選用通用部件的基本方法 ............................................4 2.2 通用部件的選用 ....................................................4 3 主軸組件設計 ..........................................................5 3.1 主軸組件的設計要求 ................................................5 3.2 主軸組件的設計步驟 ................................................6 3.3 主軸組件的布局 ....................................................6 3.3.1 軸承的選取 .....................................................6 3.3.2 軸承的配置形式 .................................................6 3.3.3 滾動軸承間隙的調整和預緊 .......................................7 3.3.4 主軸滾動軸承的精度和配合 .......................................7 3.3.5 主軸傳動件的布置 ...............................................8 3.3.6 主軸組件布局設計 ...............................................8 3.4 主軸結構設計 ......................................................9 3.4.1 主軸軸徑的確定 .................................................9 3.4.2 主軸前端懸伸量的選擇 ..........................................10 濰坊學院本科畢業(yè)設計 21 3.4.3 主軸剛度的驗算 ................................................10 4 傳動裝置設計 .........................................................11 4.1 傳動方案擬定 .....................................................11 4.2 帶傳動設計 .......................................................11 4.2.1 選用的齒形帶的參數一般如下： ..................................11 4.2.2 同步齒形帶的傳動計算 ..........................................11 5 加工刀具設計 .........................................................13 5.1 本次設計中應考慮的問題及應采取的方案 .............................13 5.2 刀具設計 .........................................................13 5.2.1 復合鉸刀的應用 ................................................13 5.2.2 采用精鉸擠光復合鉸刀的作用 ...................................14 5.2.3 鉸刀刀片材料選擇 ..............................................14 5.2.4 精鉸刀直徑和公差確定 .........................................14 5.2.5 鉸刀齒數 Z 選擇 ..............................................15 5.2.6 鉸刀齒槽形狀確定 .............................................15 5.2.7 鉸刀幾何參數確定 .............................................15 結束語 .................................................................17 參考文獻 ...............................................................18 致謝 ...................................................................19