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摘要 2
前言 3
1 零件工藝分析 4
1.1氣缸蓋的作用 4
1.2本工序各待加工處的技術(shù)要求 4
1.3審查氣缸蓋本次加工的工藝性 5
1.4缸蓋的生產(chǎn)類型 5
2 組合機(jī)床動力部件選用 5
2.1 選用通用部件的基本方法 5
2.2通用部件的選用 5
3主軸組件設(shè)計 6
3.1主軸組件的設(shè)計要求 6
3.2主軸組件的設(shè)計步驟 6
3.3主軸組件的布局 7
3.3.1軸承的選取 7
3.3.2軸承的配置形式 7
3.3.3滾動軸承間隙的調(diào)整和預(yù)緊 8
3.3.4主軸滾動軸承的精度和配合 8
3.3.5主軸傳動件的布置 9
3.3.6主軸組件布局設(shè)計 9
3.4主軸結(jié)構(gòu)設(shè)計 10
3.4.1主軸軸徑的確定 10
3.4.2主軸前端懸伸量的選擇 11
3.4.3主軸剛度的驗算 11
4 傳動裝置設(shè)計 12
4.1傳動方案擬定 12
4.2帶傳動設(shè)計 12
4.2.1選用的齒形帶的參數(shù)一般如下： 12
4.2.2同步齒形帶的傳動計算 12
5加工刀具設(shè)計 14
5.1在本次設(shè)計中應(yīng)考慮的問題及應(yīng)采取的方案 14
5.2刀具設(shè)計 14
5.2.1復(fù)合鉸刀的應(yīng)用 14
5.2.2 采用精鉸擠光復(fù)合鉸刀的作用 15
5.2.3鉸刀刀片材料選擇 15
5.2.4 精鉸刀直徑和公差確定 15
5.2.5 鉸刀齒數(shù) Z 選擇 16
5.2.6 鉸刀齒槽形狀確定 16
5.2.7 鉸刀幾何參數(shù)確定 16
結(jié)束語 17
參考文獻(xiàn) 18
致謝 19
摘要：本論文主要介紹機(jī)床動力部件的選用及設(shè)計過程。包括動力頭的設(shè)計，傳動裝置的設(shè)計，以及組合刀具的設(shè)計過程，首先分析了加工零件的工藝性，動力頭的設(shè)計涉及主軸組件的設(shè)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(jié)構(gòu)的設(shè)計，主軸剛度的計算等。然后介紹了傳動裝置的設(shè)計，涉及帶傳動的設(shè)計，包括了同步齒形帶的傳動計算過程。刀具的設(shè)計過程主要概括了，刀具主要參數(shù)的選擇確定過程。
關(guān)鍵詞：動力頭 組合機(jī)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 word: power head unit machine power device hydraumatic skid platform
前言
組合機(jī)床是以通用部件為基礎(chǔ)，配以按工件特定形狀和加工工藝設(shè)計的專用部件和夾具，組成的半自動或自動專用機(jī)床。
??組合機(jī)床一般采用多軸、多刀、多工序、多面或多工位同時加工的方式，生產(chǎn)效率比通用機(jī)床高幾倍至幾十倍。由于通用部件已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化和系列化，可根據(jù)需要靈活配置，能縮短設(shè)計和制造周期。因此，組合機(jī)床兼有低成本和高效率的優(yōu)點(diǎn)，在大批、大量生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用，并可用以組成自動生產(chǎn)線。
??組合機(jī)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(zhuǎn)，由刀具的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動和刀具與工件的相對進(jìn)給運(yùn)動，來實(shí)現(xiàn)鉆孔、擴(kuò)孔、锪孔、鉸孔、鏜孔、銑削平面、切削內(nèi)外螺紋以及加工外圓和端面等。有的組合機(jī)床采用車削頭夾持工件使之旋轉(zhuǎn)，由刀具作進(jìn)給運(yùn)動，也可實(shí)現(xiàn)某些回轉(zhuǎn)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(jì)70年代以來，隨著可轉(zhuǎn)位刀具、密齒銑刀、鏜孔尺寸自動檢測和刀具自動補(bǔ)償技術(shù)的發(fā)展，組合機(jī)床的加工精度也有所提高。銑削平面的平面度可達(dá)0.05毫米／1000毫米，表面粗糙度可低達(dá)2.5～0.63微米；鏜孔精度可達(dá)IT7～6級，孔距精度可達(dá)0.03～0.02微米。
?專用機(jī)床是隨著汽車工業(yè)的興起而發(fā)展起來的。在專用機(jī)床中某些部件因重復(fù)使用，逐步發(fā)展成為通用部件，因而產(chǎn)生了組合機(jī)床。
最早的組合機(jī)床是1911年在美國制成的，用于加工汽車零件。初期，各機(jī)床制造廠都有各自的通用部件標(biāo)準(zhǔn)。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(jī)床制造廠協(xié)商，確定了組合機(jī)床通用部件標(biāo)準(zhǔn)化的原則，即嚴(yán)格規(guī)定各部件間的聯(lián)系尺寸，但對部件結(jié)構(gòu)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、控制部件和輔和發(fā)年干助部件五類。動力部件是為組合機(jī)床提供主運(yùn)動和進(jìn)給運(yùn)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(jìn)給機(jī)構(gòu)的切削頭或夾具等的部件，有側(cè)底座、中間底座、支架、可調(diào)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(zhuǎn)工作臺、環(huán)形分度回轉(zhuǎn)工作臺、分度鼓輪和往復(fù)移動工作臺等。
控制部件是用以控制機(jī)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(jī)床能在中小批量生產(chǎn)中得到應(yīng)用，往往需要應(yīng)用成組技術(shù)，把結(jié)構(gòu)和工藝相似的零件集中在一臺組合機(jī)床上加工，以提高機(jī)床的利用率。這類機(jī)床常見的有兩種，可換主軸箱式組合機(jī)床和轉(zhuǎn)塔式組合機(jī)床。
組合機(jī)床未來的發(fā)展將更多的采用調(diào)速電動機(jī)和滾珠絲杠等傳動，以簡化結(jié)構(gòu)、縮短生產(chǎn)節(jié)拍；采用數(shù)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(diào)性；以及納入柔性制造系統(tǒng)等。
1 零件工藝分析
1.1氣缸蓋的作用
上裝氣門機(jī)構(gòu)，與缸體用螺栓連接起來共同構(gòu)成燃燒室。內(nèi)設(shè)通入冷卻水的冷卻水套，防止發(fā)動機(jī)工作時因活塞過熱而磨損。另外缸蓋上還設(shè)有進(jìn)氣孔，排氣孔和噴油嘴孔。分別用于進(jìn)氣，排氣和安裝噴油嘴。
1.2本工序各待加工處的技術(shù)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(jìn)氣孔
φ560+0.03
IT6
Ra0.8μm
◎φ0.05mm A
排氣孔
φ530+0.03
IT6
Ra0.8μm
◎φ0.05mm B
進(jìn)氣導(dǎo)桿孔
φ160+0.015
IT7
Ra3.2μm
⊥φ0.05mm
排氣導(dǎo)桿孔
φ160+0.015
IT7
Ra3.2μm
⊥φ0.05mm
氣缸蓋零件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，孔加工較多。且本次加工中對進(jìn)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(xiàn)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(dǎo)桿孔要求與端面C的垂直度為φ0.05mm，位置精度要求較高。分步加工加工比較困難，所以考慮采用復(fù)合刀具進(jìn)行加工，以減少其形位誤差。進(jìn)油口內(nèi)槽加工精度要求較低，考慮到工藝經(jīng)濟(jì)性，進(jìn)排氣閥座、刀桿孔、槽的軸向尺寸精度均較低。采用液壓滑臺驅(qū)動進(jìn)給，以擋鐵和行程開關(guān)完全可以保證其尺寸精度。
1.4缸蓋的生產(chǎn)類型
已知 Q=10000臺/年，m=6件/臺；結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際備品率和廢品率分別取10%和10%代如公式得：
已知 Q=10000臺/年，m=6件/臺；結(jié)合生產(chǎn)實(shí)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(jī)床動力部件選用
通用部件是具有特定功能、按標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化原則設(shè)計制造的組合機(jī)床基礎(chǔ)部件。
2.1 選用通用部件的基本方法
跟據(jù)所需的功率進(jìn)給力、進(jìn)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(yīng)滿足加工所需的計算功率（包括切削所需功率、空轉(zhuǎn)功率及傳動功率）。
（2）進(jìn)給部件應(yīng)滿足加工所需的最大計算進(jìn)給力、進(jìn)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(diào)刀的方便性。
應(yīng)滿足加工精度的要求。選用時應(yīng)注意結(jié)構(gòu)不同或者結(jié)構(gòu)相同、精度等級不同的動力部件所能達(dá)到的加工精度是不同的。,盡可能按通用部件的配套關(guān)系選用有關(guān)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(jù)加工工藝分析和機(jī)床總體設(shè)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(shù)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(jī)
YD132S-6/4/2-B3
2
切槽電機(jī)
Y100L-6B3
1
3主軸組件設(shè)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(yùn)動，所以它的工作性能對加工質(zhì)量和生產(chǎn)率產(chǎn)生直接影響，是機(jī)床上最重要的部件之一。
3.1主軸組件的設(shè)計要求
主軸組件應(yīng)達(dá)到以下幾點(diǎn)設(shè)計基本要求：
（1） 旋轉(zhuǎn)精度 指機(jī)床在空載低速旋轉(zhuǎn)時（機(jī)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(guān)機(jī)床精度標(biāo)準(zhǔn)）。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(zhì)量，還容易引起振動。惡化傳動件和軸承的工作條件。設(shè)計時應(yīng)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(qiáng)迫振動和自己振動保持平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)的能力?？拐裥灾苯佑绊懠庸け砻尜|(zhì)量和生產(chǎn)率，應(yīng)盡量提高。
（4） 溫升和熱變性 溫升會引起機(jī)床部件熱變性，使主軸旋轉(zhuǎn)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，加速磨損甚至抱軸。
（5） 耐磨性 指長期保持其原始精度的能力。主要影響因素時材料熱處理、軸承類型和潤滑方式。
同時，主軸結(jié)構(gòu)要保證各零件定位可靠、工藝性好等要求。
設(shè)計時應(yīng)綜合考慮以上幾項要求，注意吸收新技術(shù)，以獲得滿意的設(shè)計方案。
3.2主軸組件的設(shè)計步驟
（1）調(diào)研，跟據(jù)設(shè)計要求調(diào)查機(jī)床廠現(xiàn)行同類型機(jī)床的主軸系統(tǒng)情況。查閱、收集和分析國內(nèi)外有關(guān)技術(shù)資料。尤其注意新技術(shù)的應(yīng)用情況。通過分西，摸清現(xiàn)有的技術(shù)水平和發(fā)展趨勢。
（2）在調(diào)研的基礎(chǔ)上，考慮設(shè)計要求及給定的設(shè)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，選擇住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(chǔ)上定出主軸全部結(jié)構(gòu)尺寸。
（4）進(jìn)行主軸剛度驗算。如果轉(zhuǎn)速較高，還應(yīng)進(jìn)行主軸臨界轉(zhuǎn)速的驗算。
（5）選定主軸材料、熱處理及技術(shù)要求。
3.3主軸組件的布局
3.3.1軸承的選取
機(jī)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(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化的滾動軸承，得到廣泛的應(yīng)用。當(dāng)然，滑動軸承工作平穩(wěn)、抗振性好（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(diǎn)：1,滿足承載能力和剛度的要求。2,滿足精度要求。3,滿足轉(zhuǎn)速要求。用容許極限轉(zhuǎn)速作為衡量指標(biāo)。4,適應(yīng)結(jié)構(gòu)的要求。為了在結(jié)構(gòu)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(dá)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(dāng)支承跨距較大時，為了增強(qiáng)剛性，可采用三支承的主軸系統(tǒng)。當(dāng)以前中支承為主時，剛度較高，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜。而前后支撐為主時，剛度差一些，但結(jié)構(gòu)上易于實(shí)現(xiàn)。選用和配置兩支承主軸滾動軸承時應(yīng)考慮的一般原則：
（1）適應(yīng)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(fù)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(diǎn)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(yīng)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段位影響較大，故一般要求前支承的承載能力和剛度應(yīng)比后支承大。
（2）適應(yīng)轉(zhuǎn)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(zhuǎn)速的高低。不同型號和規(guī)格的軸承所允許的最高轉(zhuǎn)速是不同的。
（3）適應(yīng)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(yīng)結(jié)構(gòu)的要求 主軸部件在結(jié)構(gòu)上要求徑向尺寸緊湊時，可選用輕型或特輕型軸承。
（5）適應(yīng)經(jīng)濟(jì)性要求 在配置主軸軸承形式時，也要作經(jīng)濟(jì)分析，使經(jīng)濟(jì)效果好。
3.3.3滾動軸承間隙的調(diào)整和預(yù)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(nèi)、外圈滾道接觸處產(chǎn)生很大的集中應(yīng)力，從而使軸承磨損加快，壽命縮短，還降低剛度。當(dāng)把軸承調(diào)整到不僅完全消除間隙，而且產(chǎn)生一定的過盈量時，這就是滾動軸承的預(yù)緊。這是滾動體和滾道接觸處產(chǎn)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(kuò)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(dāng)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(yīng)注意，軸承精度每高一級，價格要貴很多。前軸承的精度對主軸部件的旋轉(zhuǎn)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(jī)床，主軸滾動軸承的精度等級可參考下表
機(jī)床主軸軸承精度選擇
表 3-1
機(jī)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(nèi)圈與軸頸、外圈與支承座孔的配合過松，則受載后會出現(xiàn)松動，影響主軸部件的旋轉(zhuǎn)精度和剛度，縮短軸承的使用壽命。過緊，則會使內(nèi)、外圈變形，也會影響旋轉(zhuǎn)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(nèi)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
軸徑與軸承內(nèi)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(yīng)稍松一點(diǎn)，常用J6、JS6或K6，重載時才用M6。
對于輕載的精密機(jī)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(diào)整間隙的軸承，為使調(diào)整時能軸向移動，配合應(yīng)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(qiáng)剛度，傳動件應(yīng)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(yīng)更靠近前軸承。對于傳遞進(jìn)給運(yùn)動的齒輪，也應(yīng)靠近相應(yīng)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(dāng)然還應(yīng)考慮結(jié)構(gòu)上實(shí)現(xiàn)的可能性。
3.3.6主軸組件布局設(shè)計
根據(jù)以上分析并結(jié)合工程實(shí)例,設(shè)計銑削頭的主軸組件。目前國內(nèi)外的鏜銑床普遍采用雙列向心軸承加推力軸承的結(jié)構(gòu)，但也有不少鏜銑床采用兩個圓錐軸承的結(jié)構(gòu)。分別繪制結(jié)構(gòu)簡圖如下（圖 3-1，圖 3-2）
圖 3-1
圖 3-2
這兩種結(jié)構(gòu)各有優(yōu)缺點(diǎn)，前者徑向和軸向剛度較好，但主軸結(jié)構(gòu)復(fù)雜，裝配調(diào)整調(diào)整比較麻煩。后者的軸向剛度稍差一點(diǎn)，但主軸結(jié)構(gòu)簡單，裝配調(diào)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(jié)構(gòu)簡單，便于制造、裝配和調(diào)整。因此在本次設(shè)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(jié)構(gòu)設(shè)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，用下列公式得到后軸徑。 =（0.7~0.85）D1
為了方便通過棒料和裝拆工夾具應(yīng)適當(dāng)取較大值。但是當(dāng)時（為平均直徑）主軸剛度會急劇下降。故一般情況取。 根據(jù)一下經(jīng)驗圖表，現(xiàn)取主軸前端直徑為80mm。
主軸軸徑
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
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(jié)構(gòu)。
（2）前支承中的推力軸承應(yīng)安裝在徑向軸承的內(nèi)側(cè)。
3）盡量利用主軸端部的法蘭盤和軸肩等構(gòu)成密封裝置。
（4）成對安裝的圓錐滾子軸承，應(yīng)采取滾錐小端相對形式，成對安裝的向心推力球軸承，應(yīng)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(qiáng)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(qiáng)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）
式中 E——主軸材料的彈性模數(shù)（公斤/毫米2 ）；
J——前支承處的截面慣性距（毫米4 ）：實(shí)心軸 ;
R——主軸的半徑；
M——軸支承的反力矩（公斤*毫米）；
P——切削力（公斤）；
Q——傳動力（公斤）。
4 傳動裝置設(shè)計
4.1傳動方案擬定
由于在本機(jī)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(jī)大大簡化了傳動裝置的結(jié)構(gòu)，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(xiàn)比較兩種傳動方式如下：齒輪傳動的主要優(yōu)點(diǎn)是：具有準(zhǔn)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(diǎn)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(yīng)的齒槽嚙合。所以，同步齒形帶具有速比較準(zhǔn)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(diǎn)。但與其他傳動帶相比，其安裝、制造等要求較高，過載保護(hù)及吸振性能稍差。結(jié)合帶傳動和齒輪傳動的優(yōu)缺點(diǎn)，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(shè)計傳動裝置。
4.2帶傳動設(shè)計
4.2.1選用的齒形帶的參數(shù)一般如下：
線速v：5~50m/sec;功率N：
速比i：；效率
工作溫度：
齒形帶最主要的一個參數(shù)是節(jié)距。齒形帶的節(jié)線周長L為標(biāo)準(zhǔn)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(shù)m作為衡量齒形帶的標(biāo)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(zhuǎn)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(shù)m，寬度b，齒數(shù)Z和長度；b.帶輪的齒數(shù)Z1，Z2，節(jié)圓直徑D1，D2；c.實(shí)際中心距 A。
粗銑頭傳動系統(tǒng)同步齒形帶傳動計算：
（1） 確定計算功率（kw）
（工作情況系數(shù)） 則=3.6Kw
（2） 選擇齒形帶模數(shù)m（mm）
查圖[1]5.2-22取模數(shù)為4mm
（3） 確定小帶輪齒數(shù)20
根據(jù)，見表[1]5.2-45確定為
（4） 確定大齒輪齒數(shù)
=40
（5） 確定小帶輪節(jié)圓直徑（mm）
=80mm
（6） 確定大帶輪節(jié)圓直徑(mm)
=160mm
（7）確定齒形帶速度v(mm/s)
12.18mm/s
（8）確定齒形帶長度與齒數(shù)L(mm),Z
查表[1]5.2-41選區(qū)相近的帶長和齒數(shù) L=1068.1 Z=85
（9）確定實(shí)際中心矩A(mm)
A=350mm
（10）核驗小帶輪與齒形帶的嚙合齒數(shù)
（11）確定1mm寬齒形帶由離心力而產(chǎn)生的張力T(Kfg/mm)
71.2
（12） 確定齒形帶寬度b(mm)
取b=50mm
（13）確定齒形帶傳動對軸的作用力Q(kgf)
式中P——傳遞的圓周力
Q=1242.36kgf
5加工刀具設(shè)計
本次刀具為復(fù)合孔夾攻刀具。復(fù)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在本次設(shè)計中應(yīng)考慮的問題及應(yīng)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(fù)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(fù)合刀具加工，切削時應(yīng)盡量使各把刀具負(fù)荷均勻。 （2）結(jié)構(gòu)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(diào)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(fù)合孔加工刀具幾大尺寸的復(fù)合孔加工刀具。（3）刀具材料采用硬質(zhì)合金，其耐熱性和耐磨性均好，高速的復(fù)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(jié)構(gòu)復(fù)雜這種方式在前后刀具相距較遠(yuǎn)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(diǎn)。（6）由于本次設(shè)計采用了剛性主軸因此沒有必要使用導(dǎo)向裝置。這種設(shè)計方式大大簡化了夾具的結(jié)構(gòu)，卻要求主軸有更高的剛度。
5.2刀具設(shè)計
刀具是機(jī)械加工工藝中必要的工藝裝備之一,而復(fù)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(chǎn)率;此外,由于工序數(shù)目的減少,導(dǎo)致降低工藝系統(tǒng)的調(diào)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(jī)床完成多臺機(jī)床才能完成的加工任務(wù),也減少了操作工人的數(shù)目。
5.2.1復(fù)合鉸刀的應(yīng)用
現(xiàn)將在氣缸蓋氣門座孔和氣門導(dǎo)桿孔的精加工工序中,采用一把精鉸擠光復(fù)合鉸刀把氣門導(dǎo)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(dǎo)桿孔和氣門座孔圖紙要求如圖1所示。氣門導(dǎo)桿孔尺寸為16，圓柱度公差0.01,與底面垂直度公差為100:0.1,表面粗糙度Ra=3.2m.氣門座孔尺寸（）,圓柱度公差為0.015,與氣門導(dǎo)桿孔的同軸度公差為0.05,表面粗糙度Ra=3.2m.
方案一
氣門導(dǎo)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(jī)上用推擠刀擠壓孔為16。
方案二 采用精鉸擠光復(fù)合鉸刀合并工序
精鉸刀部分是六齒鉸刀. 具體結(jié)構(gòu)如圖總體分五部分,前導(dǎo)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(fù)合鉸刀,可以使氣門導(dǎo)桿孔的精鉸和擠光兩道工序連續(xù)進(jìn)行,而且在擠光氣門導(dǎo)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(fù)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(dǎo)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(xiàn)黑色,且發(fā)亮,粗糙度可達(dá)Ra=0.8m,尺寸精度可達(dá)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(jìn)入了導(dǎo)桿孔,起著前導(dǎo)向作用。由于導(dǎo)向點(diǎn)離加工區(qū)近,增加了導(dǎo)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(dǎo)桿孔的精鉸刀具有相同的尺寸公差,當(dāng)無刃鉸刀全長進(jìn)入導(dǎo)桿孔后,無刃鉸刀的中心線就代表了導(dǎo)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(dǎo)桿孔中心線的同軸度。減少了工件在原工序時的裝夾次數(shù),避免了多次裝夾帶來的安裝誤差。
(4) 采用精鉸擠光復(fù)合鉸刀,使擠壓導(dǎo)桿孔和精鉸閥座孔的機(jī)動時間重合。這樣使機(jī)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(fù)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(fù)合鉸刀做到了工序集中,這樣,減少了機(jī)床和生產(chǎn)工人的數(shù)量,減少了車間面積和運(yùn)輸工作量,同時也簡化了生產(chǎn)計劃和組織工作。采用精鉸擠光復(fù)合鉸刀加工氣門導(dǎo)桿孔和氣門座孔,既可以保證零件加工質(zhì)量,提高加工精度,又提高了勞動生產(chǎn)率,降低了成本,具有明顯的技術(shù)經(jīng)濟(jì)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(dǎo)桿孔要求低的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(zhǔn)部分的實(shí)際直徑大，即產(chǎn)生所謂的“擴(kuò)張”現(xiàn)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(yīng)圓整到 0.001mm 整數(shù)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(yīng)圓整到 0.001mm 整數(shù)倍。
因加工孔的公差為φ16H7mm，所以鉸刀公差為：
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φ16mm
5.2.5 鉸刀齒數(shù) Z 選擇
如鉸刀齒數(shù)過少,加工出的孔精度和表面粗糙度達(dá)不到要求, 齒數(shù)過多, 容屑槽尺寸小,刀齒強(qiáng)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(shù)取偶數(shù)。根據(jù)鉸刀直徑確定齒數(shù)，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(dǎo)桿孔鉸刀齒槽為直槽。
5.2.7 鉸刀幾何參數(shù)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 Fx 和切削厚度a也愈小，鉸削時，鉸刀的導(dǎo)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(zhǔn)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
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(chǎn)生，可取
γ =5 °～10°。取γ=5°。
⑶ 后角α、刃帶b
鉸刀是精加工刀具，后角一般取小些，α=6°～10°。取=8°。鉸刀切削部分的刀齒應(yīng)刃磨鋒利而不留刃帶，校準(zhǔn)部分應(yīng)留b=0.1～0.25mm 的刃帶以保證良好的導(dǎo)向及修光作用，提高加工表面質(zhì)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。
⑷ 刃傾角λs
硬質(zhì)合金鉸刀在鉸削時切屑由切削液強(qiáng)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。
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(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，E 組是鉸刀組，根據(jù)鉸刀尺寸大小選擇 E505。鉸刀切削部分長度 L1根據(jù)主偏角 Kr 和鉸削余量 A 來確定，
L1=（1.3-1.4）arctg kL1=（1.3-1.4）×0.4×arctg5=（1.3-1.4）×4.62，取L1=7㎜。一般當(dāng)d=3~32mm時，區(qū)機(jī)用鉸刀的工作部分L=(0.8~3)d。L=33mm。
校準(zhǔn)部分用來校準(zhǔn)和修光孔。校準(zhǔn)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(zhǔn)部分后段將孔擴(kuò)大，校準(zhǔn)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(zhǔn)部分的末端應(yīng)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。
結(jié)束語
通過這次設(shè)計讓我了解到機(jī)械設(shè)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(shè)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(jìn)行構(gòu)思、分析和決策的工作過程，這種過程的結(jié)果要表達(dá)成設(shè)計圖紙、說明書及各種技術(shù)文件。
通過組合機(jī)床動力部件的設(shè)計,了解了各種通用部件的原理以及其結(jié)構(gòu)。從組合機(jī)床動力部件的設(shè)計中，我學(xué)到了機(jī)械設(shè)計的思想--以最少的成本達(dá)到最好的目的,以最簡單的結(jié)構(gòu)達(dá)到所需的功能。設(shè)計思想中最突出得的是—-合理二字。整個設(shè)計過程使我受益非淺。
近三個月的畢業(yè)設(shè)計即將結(jié)束，在這段時間里我學(xué)到了很多課堂上學(xué)不到的東西。它不但增強(qiáng)了我的實(shí)際動手操作能力，而且使我學(xué)會了如何把現(xiàn)實(shí)中的東西和自己所學(xué)的理論聯(lián)系起來?，F(xiàn)在我已能用自己所學(xué)的知識來分析和解決生活中的一些簡單的機(jī)械設(shè)計工作原理和制造方法。
畢業(yè)設(shè)計是我們在大學(xué)里所學(xué)到的最后一門重要課程，是對我們大學(xué)四年學(xué)習(xí)的全部課程的一次綜合性檢測。它不但使我們有了一次復(fù)習(xí)過去所學(xué)課程的機(jī)會，而且更重要的是它把我們所學(xué)的各門課程都穿插起來，組成了一個整體，使我們對所學(xué)知識有了一個綜合性、整體性的認(rèn)識，加深對所學(xué)專業(yè)的了解。
本次畢業(yè)設(shè)計除了對所學(xué)知識的復(fù)習(xí)、鞏固、提高和更新外，還使我學(xué)到了一些道理。設(shè)計工作與別的工作不同，在工作時必須養(yǎng)成扎扎實(shí)實(shí)和一絲不茍的工作作風(fēng)。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(shù)據(jù)可能影響到機(jī)器的某種工作特性，嚴(yán)重時可能還會對企業(yè)經(jīng)濟(jì)造成影響。所以說在設(shè)計工作中要養(yǎng)成一個好的工作習(xí)慣。
總之，這次畢業(yè)設(shè)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(chǔ)。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(shè)計難免會有很多錯誤，敬請各位領(lǐng)導(dǎo)、老師指正。
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致謝
本次畢業(yè)設(shè)計即將結(jié)束，我謹(jǐn)向?qū)ξ业漠厴I(yè)設(shè)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(shè)計進(jìn)行精心的指導(dǎo)。正是因為有了您的指導(dǎo)，我的設(shè)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(guān)心我們畢業(yè)設(shè)計的各位系領(lǐng)導(dǎo)表示由衷的謝意。感謝你們?yōu)榱四茏屛覀冺樌?、保質(zhì)保量的完成畢業(yè)設(shè)計，給我們創(chuàng)造、提供的良好的學(xué)習(xí)環(huán)境和條件。
在設(shè)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(fù)地對底稿進(jìn)行審查和修改，對我碰到的疑問進(jìn)行耐心地解答。在計算過程中，于老師給予了我熱情、詳細(xì)而耐心的指導(dǎo)。在論文的審核階段，于老師不辭辛苦，反復(fù)為我修改論文，并提出寶貴的意見，在于老師的悉心指導(dǎo)下，我的論文得以順利完成。更可貴的是，在整個設(shè)計過程中于老師言傳身教，不但使我學(xué)到了專業(yè)知識，更學(xué)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(zhǔn)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(dǎo)員及系里各位老師在我的設(shè)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(xué)和朋友們，使我的設(shè)計能夠最終完成，在此表達(dá)我對他們由衷的感謝。