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山東大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 1 引 言 數(shù)控技術(shù)及數(shù)控機(jī)床在當(dāng)今機(jī)械制造業(yè)中的重要地位和巨大效益 顯示了其在國(guó)家基礎(chǔ) 工業(yè)現(xiàn)代化中的戰(zhàn)略性作用 并已成為傳統(tǒng)機(jī)械制造工業(yè)提升改造和實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化 柔性化 集成化生產(chǎn)的重要手段和標(biāo)志 數(shù)控技術(shù)及數(shù)控機(jī)床的廣泛應(yīng)用 給機(jī)械制造業(yè)的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu) 產(chǎn)品種類和檔次以及生產(chǎn)方式帶來了革命性的變化 數(shù)控機(jī)床是現(xiàn)代加工車間最重要的裝備 它的發(fā)展是信息技術(shù) 1T 與制造技術(shù) MT 結(jié)合發(fā)展的結(jié)果 現(xiàn)代的 CAD CAM FMS CIMS 敏捷制造和智能制造技術(shù) 都是建立在數(shù)控技術(shù)之上的 掌握現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)知識(shí)是現(xiàn)代機(jī)電 類專業(yè)學(xué)生必不可少的 隨著機(jī)械工程的發(fā)展 越來越多的大型工件走進(jìn)了機(jī)械制造領(lǐng)域 同時(shí)也為作為工作 母機(jī) 的機(jī)床提出了更高的要求 尤其大型管件的運(yùn)用 為鏜床的加工帶來了很大的難度 因此提出了 TKA2140 的設(shè)計(jì)理念 進(jìn)一步的設(shè)計(jì)中授油器成為制約鏜床加工精度的瓶頸 大 型工件精度的保證很大程度上集中于授油器的工作性能 集支撐 頂緊 冷卻 潤(rùn)滑于一體 的授油器成為設(shè)計(jì)中的重中之重 在論文中從各個(gè)方面從理論和方案設(shè)計(jì)上都做了詳細(xì)的論證和計(jì)算 從主軸的設(shè)計(jì)到計(jì) 算校核都從不同的方案中比較選擇 盡量選擇出最優(yōu)的設(shè)計(jì) 部件的選擇中 遵循國(guó)標(biāo) 基 于互換性的原則 來進(jìn)一步設(shè)計(jì)出完善的部件 在論文的最后對(duì)數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì) 從而 使 TKA2140 數(shù)控深孔鏜床的功能更加完善 由于時(shí)間和自身水平等原因 論文中存在許多不足之處 望大家多多督促 在以后的學(xué) 習(xí)和工作中 我一定會(huì)努力改正 山東大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 2 第一章 緒論 1 1 論文研究背景和意義 數(shù)控技術(shù)裝備工業(yè)的技術(shù)水平和現(xiàn)代化程度決定著整個(gè)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的水平和現(xiàn)代化程度 數(shù)控技術(shù)及裝備是發(fā)展新興高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)和尖端工業(yè) 如信息技術(shù)及其產(chǎn)業(yè) 生物技術(shù)及其 產(chǎn)業(yè) 航空 航天等國(guó)防工業(yè)產(chǎn)業(yè) 的使能技術(shù)和最基本的裝備 馬克思曾經(jīng)說過 各種經(jīng) 濟(jì)時(shí)代的區(qū)別 不在于生產(chǎn)什么 而在于怎樣生產(chǎn) 用什么勞動(dòng)資料生產(chǎn) 制造技術(shù)和裝 備就是人類生產(chǎn)活動(dòng)的最基本的生產(chǎn)資料 而數(shù)控技術(shù)又是當(dāng)今先進(jìn)制造技術(shù)和裝備最核心 的技術(shù) 當(dāng)今世界各國(guó)制造業(yè)廣泛采用數(shù)控技術(shù) 以提高制造能力和水平 提高對(duì)動(dòng)態(tài)多變 市場(chǎng)的適應(yīng)能力和競(jìng)爭(zhēng)能力 此外世界上各工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家還將數(shù)控技術(shù)及數(shù)控裝備列為國(guó)家 的戰(zhàn)略物資 不僅采取重大措施來發(fā)展自己的數(shù)控技術(shù)及其產(chǎn)業(yè) 而且在 高精尖 數(shù)控關(guān) 鍵技術(shù)和裝備方面對(duì)我國(guó)實(shí)行封鎖和限制政策 總之 大力發(fā)展以數(shù)控技術(shù)為核心的先進(jìn)制 造技術(shù)已成為世界各發(fā)達(dá)國(guó)家加速經(jīng)濟(jì)發(fā)展 提高綜合國(guó)力和國(guó)家地位的重要途徑 專家們 預(yù)言 二十一世紀(jì)機(jī)械制造業(yè)的競(jìng)爭(zhēng) 其實(shí)質(zhì)是數(shù)控技術(shù)的競(jìng)爭(zhēng) 加入世貿(mào)組織后 中國(guó)正 在逐步變成 世界制造中心 為了增強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)力 中國(guó)制造業(yè)已經(jīng)開始廣泛推廣先進(jìn)的數(shù)控 技術(shù) 1 2 數(shù)控機(jī)床國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和微電子技術(shù)的發(fā)展 數(shù)控機(jī)床的性能日臻完善 同時(shí) 為了滿足制造 業(yè)向更高層次發(fā)展 為柔性制造單元 柔性制造系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)集成系統(tǒng)提供基礎(chǔ)設(shè)備 數(shù)控 機(jī)床正朝著高精度 高速度 高可靠性 多功能 智能化 開放化等方向發(fā)展 隨著先進(jìn)的 數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用 我國(guó)世界制造業(yè)加工中心地位的形成 數(shù)控技術(shù)的提高和發(fā)展已經(jīng)成為中 國(guó)機(jī)械制造業(yè)的瓶頸 十五 期間 是我國(guó)機(jī)床工具行業(yè)發(fā)展最快的五年 通過引進(jìn)技術(shù) 合作生產(chǎn)等形式 在新產(chǎn)品研發(fā)方面取得較大進(jìn)展 在高速 高精 多軸 復(fù)合等方面都有 較大突破 尤其是車削加工中心和數(shù)控鏜銑床更為突出 鏜床類產(chǎn)品技術(shù)含量普遍較低 數(shù) 控機(jī)床產(chǎn)業(yè)化程度仍然不高 這便要求更進(jìn)一步的提高數(shù)控技術(shù) 加強(qiáng)技術(shù)含量在機(jī)床設(shè)計(jì) 中的比重 山東大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 3 1 3 論文主要研究?jī)?nèi)容 TKA2140 機(jī)床是加工圓柱形深孔零件的專用機(jī)床 它可以鏜削通孔 階梯孔 也可以進(jìn) 行光整滾壓加工 此次設(shè)計(jì)的目的是為了更進(jìn)一步的學(xué)習(xí)了解鏜床內(nèi)部組件構(gòu)成 原理 工 作性能 以及對(duì)現(xiàn)行鏜削加工的改進(jìn) 經(jīng)過對(duì) TKA2140 機(jī)床整體設(shè)計(jì)和授油器主軸及其部件 的設(shè)計(jì)進(jìn)一步探討對(duì)于主軸工作性能及影響其工作負(fù)何的相關(guān)因素 力求提高整體加工精度 授油器是鏜床中保證加工精度 調(diào)整車床的主要部件 其主要功用是與主軸箱卡緊工件 支承鏜桿鏜削 授油器的工作狀況 將直接影響鏜床加工精度 授油器的主要工作原理在正 文中將具體講述 授油器主軸較車床主軸承受的扭矩較小 主要為卡緊 調(diào)整功用 其主軸 精度將直接影響加工性能 世界先進(jìn)制造技術(shù)的不斷興起 超高速切削 超精密加工等技術(shù) 的應(yīng)用 柔性制造系統(tǒng)的迅速發(fā)展和計(jì)算機(jī)集成系統(tǒng)的不斷成熟 對(duì)數(shù)控加工技術(shù)提出了更 高的要求 但是在鏜床加工方面仍然是剛剛開始數(shù)控歷程 鏜削加工的改進(jìn)后高速度 高精 度化 智能化 CAD CAM 數(shù)控系統(tǒng)小型化仍然是問題 所以必須加強(qiáng)研究關(guān)于數(shù)控鏜床各 結(jié)構(gòu)組件的工作性能 在主軸設(shè)計(jì)中改進(jìn)主軸結(jié)構(gòu) 調(diào)整部件的裝配尺寸 配合 都能夠從相應(yīng)的部分提高主 軸的精度 便于鏜削加工 進(jìn)而提高授油器工作性能 改進(jìn) TKA2140 數(shù)控鏜床的加工精度 山東大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 4 第二章 數(shù)控鏜床總體及部件的總體設(shè)計(jì) 2 1 TKA2140 數(shù)控深孔鏜床總體設(shè)計(jì) 2 1 1 調(diào)查研究 在設(shè)計(jì)鏜床之前對(duì)供需市場(chǎng)進(jìn)行調(diào)查 在大規(guī)模鏜削中 直徑較大的管件難以加工 需 要專門化機(jī)床對(duì)大型工件進(jìn)行鏜削 而國(guó)內(nèi)市場(chǎng)中存在極少型號(hào)的大型鏜床 數(shù)控化專用鏜 床領(lǐng)域仍然是剛剛觸及 所以提出了此次對(duì)數(shù)控深孔鏜床設(shè)計(jì)的理念 旨在解決深孔鏜床鏜 削大型工件的不足之處 2 1 2 方案擬定 本機(jī)床是加工圓柱形深孔零件的專用機(jī)床 它可以鏜削通孔 階梯孔 也可以進(jìn)行光整 滾壓加工 擬定鏜床各部分位置及功能分配 床身 床身導(dǎo)軌寬度 1000 mm 床身長(zhǎng)度 12000 mm 主軸箱 主軸頭號(hào) A215 短錐定位 工件安裝方式 錐度頂緊 主軸通孔直徑 100 mm 主軸孔前端錐度 公制 140 主軸轉(zhuǎn)速范圍 20 300 轉(zhuǎn) 分 兩檔無級(jí)調(diào)速 20 96 轉(zhuǎn) 分 96 300 轉(zhuǎn) 分 動(dòng)力系統(tǒng) 主軸電動(dòng)機(jī)型號(hào) 變頻電機(jī) VFG280S 25 37 4 功率 37 KW 山東大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 5 恒功率調(diào)速范圍 1 4 進(jìn)給電機(jī)型號(hào) 交流伺服電機(jī) 40 3000i 功率 5 5 KW 額定轉(zhuǎn)矩 38 n m 冷卻系統(tǒng)電機(jī)功率 22 KW 轉(zhuǎn)速 1450 r min 潤(rùn)滑泵電機(jī)功率 轉(zhuǎn)速 1450 r min 2 1 3 各部件總體設(shè)計(jì) 主軸箱 主軸箱為一全封閉箱體 主軸的旋轉(zhuǎn)是由固定在底座上的變頻主電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)彈性聯(lián)軸器 經(jīng)過各級(jí)齒輪傳遞至主軸 可在兩檔內(nèi)無級(jí)調(diào)速 全部調(diào)速通過操縱數(shù)控系統(tǒng)或操作面板上 的按鈕實(shí)現(xiàn) 主軸的軸向力是由主軸前端的 2344 型雙向推力角接觸軸承來承受 避免整根 主軸在全長(zhǎng)上受力 并通過主軸箱前部的壓板緊扣在床身的臺(tái)階側(cè)面上 使主軸箱固定牢固 可靠 不會(huì)因頂緊工件受力而變形錯(cuò)位 床身 床身采用寬矩型導(dǎo)軌 布置了縱橫交叉的加強(qiáng)筋結(jié)構(gòu) 穩(wěn)定性好 剛性好 床身導(dǎo)軌面 進(jìn)行中頻淬火磨削加工 相配的床鞍導(dǎo)軌及授油器底座均粘貼聚四氟乙烯軟帶 具有較高的 剛性并減少了磨損 床身兩邊的側(cè)面固定了高精度的齒條 與床鞍上的驅(qū)動(dòng)裝置組成齒輪齒 條傳動(dòng)副 驅(qū)動(dòng)床鞍及刀架運(yùn)動(dòng) 鐵屑及冷卻油除大部分集屑箱帶走外 另一小部分也可從 床身中部的空隙而落入地基的槽子中 這對(duì)于機(jī)床周圍的清潔以及對(duì)鐵屑的消除方面都是十 分有利的 床身下部?jī)蛇叺挠筒凼窍嗤ǖ?后部的油槽通過油管使油回至冷卻油箱 床鞍 床鞍與床身導(dǎo)軌配合的導(dǎo)軌上粘貼聚四氟乙烯軟帶 減少磨損 床鞍上還固定著鏜桿箱 是鏜刀架移動(dòng)的支撐底座 床鞍靠伺服電機(jī)通過減速后帶動(dòng)床身兩側(cè)的齒輪齒條嚙合驅(qū)動(dòng) 伺服電機(jī)通過能夠調(diào)整傳遞扭矩的無側(cè)隙彈性聯(lián)軸器與傳動(dòng)軸相連 經(jīng)一級(jí)減速后又通過可 調(diào)扭矩聯(lián)軸器分與兩側(cè)減速箱 經(jīng)再次減速后驅(qū)動(dòng)齒輪齒條嚙合而使床鞍移動(dòng) 床鞍的正常 工作進(jìn)給與快進(jìn)快退是靠數(shù)控系統(tǒng)或手動(dòng)操作設(shè)定 山東大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 6 授油器 授油器安裝于底座上 底座與床身配合的導(dǎo)軌上粘貼有聚四氟乙烯軟帶 減少磨損 授 油器主要用于支撐工件 授油器前面應(yīng)裝有與刀架相符的襯套 并帶有錐面 其錐面與工件 錐面一致 起密封冷卻液作用 后面裝有與鏜桿相符的襯套 中間為冷卻液進(jìn)油口 授油器 在使用時(shí)必須可靠鎖緊 其鎖緊裝置是利用固定在床身兩側(cè)的齒條 用反向齒條齒與齒相咬 合而達(dá)到固定鎖緊的 在床身兩側(cè)布置了四套鎖緊裝置 一般只利用前邊的兩套即可 授油器上邊布置了一套機(jī)動(dòng)調(diào)整工件的裝置 當(dāng)工件太大 裝夾時(shí)需要轉(zhuǎn)動(dòng)工件進(jìn)行調(diào) 整時(shí) 用人力轉(zhuǎn)動(dòng)工件太困難 這時(shí)可利用機(jī)動(dòng)調(diào)整裝置 放下壓桿 調(diào)整齒輪互相嚙合 啟動(dòng)電機(jī)即可 在授油器的底座下留有安裝推拉油缸的固定座 同時(shí)在床身的相應(yīng)位置也留 有油缸固定位置 液壓站上備有油路接口 相應(yīng)電路也已設(shè)計(jì) 用戶可自行安裝液壓移動(dòng)授 油器的油缸 也可按合同要求為用戶配備此液壓缸 鏜桿支架 鏜桿用中心架用以導(dǎo)向和支撐帶有刀頭的鏜桿 其上放置著可更換的襯套 可按不同的 鏜桿直徑而更換 襯套的潤(rùn)滑油是用支架上的油池供給 鏜桿中心架的移動(dòng)是通過一對(duì)齒輪 和固定在床身上的齒條嚙合來實(shí)現(xiàn)的 工作時(shí)鏜桿中心架的移動(dòng)是利用鏜桿箱的推力來實(shí)現(xiàn) 也可用手搖動(dòng)固定在其上的驅(qū)動(dòng)裝置 通過齒輪齒條嚙合移動(dòng)中心支撐授油器 2 2 授油器總體設(shè)計(jì) 2 2 1 授油器參數(shù) 授油器頂緊油缸最大行程 110 mm 授油器對(duì)工件的最大頂緊力 120 KN 鎖緊方式 齒條鎖緊 鏜孔最大直徑 400 mm 鏜孔最大深度 3000 mm 中心高度 從導(dǎo)軌平面至主軸中心 650 mm 主軸最大扭矩 11042 N m 最大工件直徑 600 mm 2 2 2 工作原理 授油器安裝于底座上 底座與床身配合的導(dǎo)軌上粘貼有聚四氟乙烯軟帶 減少磨損 授 山東大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 7 油器主要用于支撐工件 授油器前面應(yīng)裝有與刀架相符的襯套 并帶有錐面 其錐面與工件 錐面一致 起密封冷卻液作用 后面裝有與鏜桿相符的襯套 中間為冷卻液進(jìn)油口 工件頂緊由液壓裝置控制 首先是啟動(dòng)液壓站油泵 接通二位四通電磁閥 推動(dòng)授油器 上油缸 其油缸行程為 110 毫米 可頂緊或松開工件 授油器油缸活塞面積為 67180 平方毫 米 可通過調(diào)節(jié)液壓系統(tǒng)壓力調(diào)整頂緊力大小 一般油缸油壓不超過 1 5MPa 授油器在使用時(shí)必須可靠鎖緊 其鎖緊裝置是利用固定在床身兩側(cè)的齒條 用反向齒條 齒與齒相咬合而達(dá)到固定鎖緊的 在床身兩側(cè)布置了四套鎖緊裝置 一般只利用前邊的兩套 即可 授油器上邊布置了一套機(jī)動(dòng)調(diào)整工件的裝置 當(dāng)工件太大 裝夾時(shí)需要轉(zhuǎn)動(dòng)工件進(jìn)行調(diào) 整時(shí) 用人力轉(zhuǎn)動(dòng)工件太困難 這時(shí)可利用機(jī)動(dòng)調(diào)整裝置 放下壓桿 調(diào)整齒輪互相嚙合 啟動(dòng)電機(jī)即可 在授油器的底座下留有安裝推拉油缸的固定座 同時(shí)在床身的相應(yīng)位置也留 有油缸固定位置 液壓站上備有油路接口 用以安裝液壓移動(dòng)授油器的油缸 2 2 3 授油器設(shè)計(jì)規(guī)劃 在設(shè)計(jì)中首先對(duì)授油器主軸結(jié)構(gòu) 軸上零件的定位進(jìn)行設(shè)計(jì) 從主軸箱主軸處類比出授 油器主軸的大概直徑 計(jì)算出軸的總體長(zhǎng)度 再進(jìn)一步設(shè)計(jì)出軸的各段直徑 在設(shè)計(jì)的最后 提出了主軸的技術(shù)要求 然后對(duì)軸的強(qiáng)度進(jìn)行校核 確定軸的設(shè)計(jì)方案后對(duì)軸上部件進(jìn)行設(shè) 計(jì)和校核 在軸承的比較選用中對(duì)軸承的裝配方案也提出了改進(jìn)措施 在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)后對(duì)軸系的總體都進(jìn)行了改進(jìn)方案的初步嘗試 在設(shè)計(jì)的最后對(duì)軸及主要部 位的公差精度配合都做了相關(guān)的探討和描述 力爭(zhēng)在現(xiàn)有的方案上進(jìn)一步的改進(jìn)其性能和精 度 在軸的設(shè)計(jì)中 首先對(duì)軸的總體結(jié)構(gòu)初擬 對(duì)于軸上零件的定位經(jīng)過比較確定軸的初步 方案 經(jīng)過計(jì)算后確定出最小直徑 逐步進(jìn)行設(shè)計(jì) 確定出兩套方案進(jìn)行比較 在軸承的選 用設(shè)計(jì)中 首先經(jīng)過分析載荷情況確定其類型 在國(guó)標(biāo)中初選型號(hào)再進(jìn)行壽命計(jì)算 最后經(jīng) 過比較確定所選軸承型號(hào) 關(guān)于螺栓的設(shè)計(jì)進(jìn)行了反復(fù)的比較和驗(yàn)證 液壓缸的螺栓強(qiáng)度關(guān) 系整個(gè)授油器頂緊工件力及支撐鏜桿的精度 螺栓的選擇非常重要 經(jīng)過各種方案的比較確 定最優(yōu)的方案 在方案改進(jìn)中對(duì)現(xiàn)行方案做了初步的比較和驗(yàn)證 尤其軸承的裝配問題 對(duì) 軸系的受力取得了很大的改善 對(duì)系統(tǒng)精度的論述做為初步的描述和選用 精度的選擇在軸 與軸承的裝配中及軸與襯套的配合中顯的尤為重要 在此一并做了論述 設(shè)計(jì)的最后對(duì)液壓 山東大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 8 系統(tǒng)做了初步的校核計(jì)算 并在潤(rùn)滑 冷卻方面也做了方案選擇和比較 第三章 主軸設(shè)計(jì) TKA2140 授油器主軸設(shè)計(jì)包括兩部分 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和工作能力設(shè)計(jì)兩方面 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是根 據(jù)軸上零件安裝 定位以及軸的制造工藝等方面的要求 合理的確定軸的結(jié)構(gòu)形式和尺寸 工作能力設(shè)計(jì)是關(guān)于軸的強(qiáng)度剛度振動(dòng)穩(wěn)定性的設(shè)計(jì) 3 1 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中軸的總體設(shè)計(jì)是由軸在機(jī)器中的安裝位置 軸上卡盤 1 2 擋圈 2 個(gè)球 軸承 擋塊和推力球軸承左端拆卸 套筒 3 杯套由中間階梯固定 右三個(gè)杯套 7 8 9 由 螺栓相繼固定 右端拆卸 圖 3 1 授油器主體結(jié)構(gòu)圖 1 前錐套 2 主軸前套 3 軸承 4 齒輪 5 導(dǎo)向鍵 6 主軸 7 固定套 8 法蘭盤 9 后錐套 10 授 油器體 11 授油器底座 12 冷卻液入口 13 導(dǎo)向壓板 14 調(diào)整鑲條 15 授油器移動(dòng)油缸連接支架 山東大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 9 在前錐套上分布有連接螺紋孔 在加工不同直徑工件時(shí) 還可加裝錐套 鏜桿導(dǎo)向套靠 螺釘緊固在主軸上 刀桿不同時(shí)應(yīng)更換導(dǎo)向套 后錐套可適量調(diào)節(jié)直徑大小 以調(diào)整刀桿的 準(zhǔn)確位置 鑲條用以調(diào)整授油器在移動(dòng)時(shí)的導(dǎo)向精度 使用一段時(shí)間后應(yīng)檢查調(diào)整 圖 3 2 襯套方案比較 方案 A 采用軸直接支承鏜桿而省去鏜桿導(dǎo)向套 減少裝配 但在支承處易摩擦 損壞后無法 更換 不及圖中 B 方案合理 可以運(yùn)用導(dǎo)向套來調(diào)整鏜桿 精度達(dá)不到要求后可以及時(shí)更換 所以 B 方案更為合理 3 2 軸上零件定位 3 2 1 軸肩定位 為了放置軸上零件并進(jìn)行軸向定位 軸在受力時(shí)保證平穩(wěn) 保證準(zhǔn)確的工作位置 與此 同時(shí)能發(fā)生沿周向或軸向的相對(duì)運(yùn)動(dòng) 軸上零件除了由游動(dòng)或空轉(zhuǎn)的要求外 都必進(jìn) 圖 3 3 主軸軸肩定位示意圖 行軸向定位 如圖所示 深溝球軸承由左端彈簧擋圈及 1 處軸階固定 推力球軸承由左擋塊 右軸環(huán)固定 左旋轉(zhuǎn)盤由螺栓固定在軸外套齒輪上 中鏜桿襯套由螺栓組與 3 軸階固定 固 定套 法蘭盤 后錐套由螺栓固定 在固定中 盡量采用了軸肩 軸環(huán)定位 定位可靠 構(gòu) 造簡(jiǎn)單 在軸肩定位時(shí) 過渡圓角半徑 R 必須小于與之相配的零件 轂孔端面的圓角半徑和 山東大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 10 倒角尺寸 C 彈性擋圈在定位時(shí)只能承受很小的軸向力 因主軸裝夾加工工件過程中 主要 承受單向軸向力 所以在另一側(cè)可以用軸環(huán)固定 3 2 2 改進(jìn)軸強(qiáng)度 在軸的設(shè)計(jì)中 運(yùn)用以下方法提高軸的強(qiáng)度 1 主軸在工作中承受變應(yīng)力 軸在截面尺寸發(fā)生突變時(shí)產(chǎn)生應(yīng)力集中 軸的疲勞破壞也 易發(fā)生于此 可在軸肩處采用較大的過渡圓角半徑 R 來減低應(yīng)力集中 并在定位軸肩處采用 凹角 具體各處參數(shù)在圖紙中標(biāo)出 2 采用盤銑刀加工鍵槽 因其在過渡處對(duì)軸的截面削弱較為平緩 應(yīng)力集中小 便于提 高軸的強(qiáng)度 3 由于軸的表面粗糙度和表面強(qiáng)化處理方法也會(huì)對(duì)軸的疲勞強(qiáng)度產(chǎn)生影響 所以軸的表 面越粗糙 疲勞強(qiáng)度也就越低 采用熱處理的方法來消除應(yīng)力進(jìn)而提高抗疲勞強(qiáng)度能力 對(duì) 主軸采用去應(yīng)力退火 3 3 各軸端直徑和長(zhǎng)度的確定 3 3 1 主軸平均直徑設(shè)計(jì) 授油器主軸大概直徑由主軸箱主軸的直徑類比得到 初選 500mm 主軸內(nèi)孔直徑 d 的確定 主軸內(nèi)徑主要用來通過鏜桿 確定孔徑 d 的主要原則是為了減輕主軸重量 減小主軸轉(zhuǎn) 動(dòng)慣量 在滿足空心軸徑的要求及不削弱主軸剛度的要求下 應(yīng)盡量取大值 主軸本身的剛度 K 正比于抗彎斷面慣性矩的 I 41D 空 空實(shí) 實(shí) 由此得主軸孔徑 d 對(duì)剛度影響曲線 山東大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 11 圖 3 4 孔徑對(duì)剛度的影響 D 主軸平均直徑 d 主軸平均孔徑 K 實(shí) 直徑為 D 的實(shí)心軸剛度 K 空 直徑為 D 孔徑為 d 的實(shí)心主軸剛度 取 0 7 d 0 7XD 0 7X600 420 主軸懸伸量 a 確定 主軸前端面到支承徑向反力作用中點(diǎn)的距離 a 為主軸的懸伸量 其主要取決于主軸端面 結(jié)構(gòu)和尺寸 前支承的軸及配置 密封裝置等 懸伸量對(duì)主軸的性能影響很大 在滿足結(jié)構(gòu) 要求前提下盡可能取小值 在此次設(shè)計(jì)中采用短錐法蘭式主軸端部結(jié)構(gòu)將推力軸承配置在徑 向軸承內(nèi)側(cè) 運(yùn)用向心推力軸承代替向心軸承 3 3 2 主軸支承跨距的確定 支承跨距是主軸相鄰兩支承的支承反力作用點(diǎn)之間的距離 主軸端部受力時(shí)的總位移 y 由 主軸彎曲變形引起位置變形 yb 主軸彎曲變形引起的軸端位移 ys 主軸支承變形引起的軸端 位移 ye 山東大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 12 圖 3 4 主軸軸端各項(xiàng)位移與跨距 l 的關(guān)系曲線 授油器主軸為不承受傳動(dòng)力的二支撐主軸部件 其最佳跨距 l0由式 13126 574EIDdc E 彈性模量 C1 主軸前支承的支承剛度 C2 主軸后支承的支承剛度 Il 主軸跨距部分慣性矩 3 1 lm L Dl 主軸跨距部分平均值 dl 主軸跨距部分平均孔徑 當(dāng) l l0 時(shí) 造成了主軸部件的剛度損失 山東大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 13 圖 3 5 跨度對(duì)剛度的影響 當(dāng) lrat 0 75 1 5 l0時(shí) 都認(rèn)為合理跨度 主軸部件設(shè)計(jì)中通常都采用支承跨度 l lrat l0 除了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以外 從主軸精度而言 當(dāng) D a 一定時(shí) l 越大 軸承的徑向跳 動(dòng)對(duì)主軸前端的徑向跳動(dòng)影響越小 從抗振性來說 加大主軸跨度易使主軸部件卡盤工件的 重心落在跨距中 可減少振動(dòng) 因此設(shè)計(jì)主軸長(zhǎng)度為 lrat 1610mm 符合主軸性能要求 3 3 3 軸段精確直徑長(zhǎng)度 軸的形狀確定后 各軸端的直徑與軸上的載荷相關(guān) 主軸初擬定是心軸 只承受彎矩 不受轉(zhuǎn)矩 主軸最小直徑由工作需求初擬后校核 看是否符合工作要求 軸的左端裝配軸承 應(yīng)首先參考軸承國(guó)標(biāo)代號(hào)選擇精確的主軸的直徑 經(jīng)查得初選 550mm 左右的軸承 擬小徑為 560mm 的 618 560 的軸承 確定軸小徑 兩組深溝球軸承后裝 配推力軸承 選擇軸肩定位 加大軸徑 與此同時(shí) 選擇推力軸承中的國(guó)標(biāo) 擬定 511 600 型號(hào) 則第二段軸徑確定 寬度由推力軸承的寬度確定 85mm 推力軸承定位仍然選擇軸肩 定位 設(shè)置一軸環(huán)定位 加大軸徑 40mm 寬初擬 60mm 軸徑繼續(xù)為推力軸承處的軸徑 便 于加工 選用 600mm 導(dǎo)向鍵鍵槽在軸段進(jìn)入箱體后即可開鍵槽 由于授油器行程 110mm 在行程外加游動(dòng)間隙 設(shè)為 220mm 開鍵槽 在主軸的中部設(shè)進(jìn)油孔 定位 520mm 打孔 因?yàn)檩S必須有段預(yù)留距離 設(shè)計(jì)至此 從右段裝配精度要求較高位置開始設(shè)計(jì)軸 軸的右端 需要螺栓固定 固定卡盤 使其在下面加襯套后固定鏜桿 初步設(shè)定螺栓孔中心線 520mm 軸徑設(shè)為 558mm 套液壓缸 精度要求較高 在軸段上開密封圈 2 處 設(shè)一軸肩 便于活塞 固定 加大軸徑 10mm 主軸由于帶動(dòng)大重量的工件 需要設(shè)計(jì)為中空 另外 授油器第二 大功用的實(shí)現(xiàn)也要求主軸為中空且能夠帶襯套 經(jīng)計(jì)算選內(nèi)徑 480mm 在主軸中部定位 130mm 的裝配襯套的軸段 至此 主軸的主要功用已經(jīng)全部設(shè)計(jì) 確定軸的總長(zhǎng)度 在 1600mm 1800mm 之間 調(diào)整軸段取 210mm 確定主軸長(zhǎng)度 1610mm 在主軸的具體部位 留圓 角 退刀槽 確定主軸能夠首先完成其功能 其次方案盡可能合理 擬定主軸結(jié)構(gòu)方案 山東大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 14 圖 3 6 授油器主軸設(shè)計(jì) 注 安裝標(biāo)準(zhǔn)件處的軸滾動(dòng)軸承 聯(lián)軸器 密封圈處的軸徑 取為相應(yīng)的國(guó)標(biāo) 3 4 軸在設(shè)計(jì)中的技術(shù)要求 1 主軸前后軸頸中心的連線 是主軸工作時(shí)的回轉(zhuǎn)中心線 因此要求兩個(gè)軸頸的同軸 度 以一個(gè)軸頸對(duì)另一個(gè)軸頸的跳動(dòng)度表示 查表得 小于 0 03 2 對(duì)卡盤的定心軸頸及其定位軸肩應(yīng)該提出精度要求 用以保證卡盤 工件的安裝精 度 定心軸頸的配合類型和配合精度應(yīng)該在 6 級(jí)過渡配合 定心軸頸對(duì)前后軸 承的軸頸中心徑向跳動(dòng)度為 0 025 定位軸肩對(duì)主軸前后軸頸中心線的跳動(dòng)度應(yīng) 該在 0 4 內(nèi) 3 5 軸校核 3 5 1 由彎矩合成強(qiáng)度條件計(jì)算 通過軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 軸的主要結(jié)構(gòu)尺寸 軸上零件的定位 以及外載荷和支反力的作 用位置已經(jīng)確定 軸上載荷可以進(jìn)一步求得 因而可按彎矩合成強(qiáng)度條件對(duì)軸進(jìn)行強(qiáng)度校核 計(jì)算 力學(xué)模型 鏜床加工工件擬 10 噸 山東大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 15 圖 3 7 工件受力分析 將支承力分解 F1 50000N F2 50000N 由工作要求授油器頂緊力 Fa 120KN 圖 3 8 工件受力模型 X 0 FA FX 0 Y 0 F1 F2 0 MA 0 G 580 F2 770 0 解方程組可得 F1 17532N F2 7532 5N 力學(xué)模型 山東大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 16 圖 3 9 工件受力圖 圖 3 10 主軸軸力圖 圖 3 11 主軸彎矩圖 3 5 2 校核軸的強(qiáng)度 根據(jù)所求出軸的彎矩 由強(qiáng)度理論校核危險(xiǎn)截面 M W W 軸的抗彎截面系數(shù) 軸的抗彎截面系數(shù)計(jì)算 3 2 340 1 Wd 490 558 0 878 3 3 所以可得 34 10 87 36 7 山東大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 17 3 4 22221ca MTTWW 式中 軸的計(jì)算應(yīng)力 M 軸所受的彎矩 N mmca T 軸所受的轉(zhuǎn)矩 N mm W 軸的抗彎截面系數(shù) 3m 帶入數(shù)據(jù)的 3 5 66108 5 43 1073 ca MPa 計(jì)算應(yīng)力 ca 3 6 1 3 5 3 軸重要部位校核 校核在軸環(huán)處是否壓潰 圖 3 12 軸環(huán)受力分析 3 7 6210 1 534FKNMPaA 因?yàn)?所以在階梯處安全 F n 山東大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 18 第四章 主軸連接件設(shè)計(jì) 4 1 球軸承的計(jì)算 深溝球軸承 GB276 82 圖 4 1 深溝球軸承示意圖 由軸承的軸向力和徑向力的比 Fa Fr 120KN 50KN 2 04 4 1 Fa Fr 1 14 故不適合運(yùn)用角接觸軸承 軸向力太大 必須使用推力軸承承受軸向載荷 此處可以認(rèn) 為深溝球軸承不承受軸向力 僅承受徑向力 Fr 表 4 1 軸承表示格式 表示方法 軸承小徑 以內(nèi)徑尺寸被整除得的商表示 內(nèi)徑尺寸 10 12 15 1720 495mm 10 17mm 代號(hào) 00 01 02 03 山東大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 19 表 4 2 軸承初選 按照加工工件的要求以及傳統(tǒng)鏜床的軸承參數(shù)初設(shè)軸承的小徑為 560mm 因?yàn)橄到y(tǒng)以軸 向力和徑向力分開承受 選用深溝球軸承承受徑向力 推力球軸承承受徑向力 同時(shí) 球軸 承的構(gòu)造簡(jiǎn)單 價(jià)格較底 求當(dāng)量動(dòng)載荷 Pr 由于軸承型號(hào)未確定 Cr Cor A R e X Y 等值都無法確定 必須試算 試選 d 560mm 選用軸承代號(hào) 618 560 寬度系列代號(hào) 1 直徑代號(hào) 8 球軸承 X 1 Y 0 fp 1 8 中等沖擊 中等慣性沖擊 運(yùn)用于機(jī)床組件 由 Lh 每天工作 8 小時(shí)的機(jī)器 Lh 12000 20000h 附錄 A P fp XFr YFa 1 8 1 35443N 0 63797 4N 4 2 由式軸承應(yīng)有的基本額定動(dòng)載荷值 Cr 650KN 額定靜載荷 Cor 1208KN 查表得 fn 0 481 fd 1 5 fm ft 1 0 4 6532r79nT 由 fh 3 2 ln 16500h 軸承符合使用要求 能夠選用 4 2 軸推力軸承 軸向當(dāng)量動(dòng)載荷 4 3 aPF 基本尺寸 基本額定載 荷 極限 轉(zhuǎn)速 軸承代號(hào) 基本尺寸 d B D Cr Cor 油 D2 da min Dmax 500 78 670 445 808 630 619 500 615 0 522 648 560 100 720 650 1208 560 600 560 580 560 725 山東大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 20 軸向當(dāng)量靜載荷 4 4 oaPF 最小軸向載荷 4 5 2min 10aA 式中 n 轉(zhuǎn)速 r min GB T301 1995 設(shè)計(jì)中采用軸向徑向力分別計(jì)算負(fù)載的功能 軸向力采用單向推力球軸承即滿足使用要 求 n 300r min Lh 12000 20000h Fa 120KN 試選 511 530 因 Fr 0 Fa Fr 1 14 查得 P 0 35Fr 0 57Fa 由 GB T301 1995 查 Cr 595KN Cor 3570KN 由式 4 6 nthmdfPC 查得各參數(shù) fh 3 42 fn 0 481 ln 20000h fd 1 2 fT 0 95 fm 1 P 0 418 0 95 3 42 1 2 595 66 25KN 按當(dāng)量動(dòng)載荷求得軸向力 Fa P 0 57 44 165 0 57 77 48KN Fa1 14 查得 P 0 35Fr 0 57Fa 由 GB T301 1995 查 Cr 1320KN Cor 9300KN 由式 4 8 nthmdfP 查得各參數(shù) fh 3 42 fn 0 481 ln 20000h fd 1 2 ft 0 95 fm 1 P 0 418 0 95 3 42 1 2 1320 146 372219KN 山東大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 21 按當(dāng)量動(dòng)載荷求得軸向力 Fa P 0 57 146 372219 0 57 256KN Fa 120KN Fa Fa 511 630 軸承能選用 表 4 3 軸承初選 4 3 鼓形卡盤設(shè)計(jì) 鼓形卡盤是一個(gè)過渡卡盤 用螺釘緊固于主軸箱主軸上 它是用來夾緊工件及傳遞扭距 的 在鼓形卡盤上開有窗口 作為加工到頭時(shí)攫取刀具用 鼓形卡盤前錐用于頂緊工件 靠 更換其中的襯套頂緊不同直徑尺寸的工件 一般來說 其前錐角度采用 30 度 半角為 15 度 或不超過 90 度的錐角 半角為 45 度 采用稍小些的錐角頂緊工件更有利于提高機(jī)床的使用 壽命 4 4 軸及其配件的擬改進(jìn)方案 4 4 1 導(dǎo)向鍵選擇 可以為專用件 也能選用國(guó)標(biāo) 主要功能為防止主軸旋轉(zhuǎn) 導(dǎo)向作用 導(dǎo)向平鍵 GB 1097 1979 靠側(cè)面?zhèn)鬟f轉(zhuǎn)矩 對(duì)中性良好 裝拆方便 但不能實(shí)現(xiàn)軸上零件的固定 鍵與轂槽為動(dòng)配合 軸上零件能做軸向移動(dòng) 為了拆卸方便 沒有起槽螺孔 用于軸上零件 軸向移動(dòng)量不大的場(chǎng)合 在原設(shè)計(jì)中導(dǎo)向鍵是專用件 損壞后不易修復(fù) 易選用標(biāo)準(zhǔn)件 采 用盤銑刀加工鍵槽 減輕軸截面應(yīng)力集中 4 4 2 導(dǎo)向套 基本尺寸 mm 基本額定 載荷 最小 載荷 常數(shù) 極限轉(zhuǎn) 速 r min 重量 KG 軸承代 號(hào) 其他尺寸 d D T Cr Cor A 脂 油 W 5100 型 d1 D1max rmin 530 640 85 708 4000 80 0 260 380 57 3 511 530 534 635 3 630 850 175 1320 9300 481 100 160 252 512 630 635 845 6 山東大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 22 圖 4 2 襯套方案設(shè)計(jì) 擬方案改進(jìn) 在授油器右端的固定套 法蘭盤 后錐套作用是對(duì)鏜桿的支承作用 若改為此固定套 可以減少裝配次數(shù) 提高裝配精度 采用一次裝配完成主軸裝配 但是由于不能更換錐套 當(dāng)錐套受損后不能修復(fù) 再者由于加工工件的不同 鏜桿也需要調(diào)整 所以此方案行不通 山東大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 23 第五章 主軸及連接件的精度 5 1 極限 在授油器主軸與軸承的配合中 軸承為標(biāo)準(zhǔn)件 采用基孔制 選取軸段上標(biāo)準(zhǔn)公差數(shù)值 表 GB T 1800 3 1998 軸支撐軸承選用 6 級(jí)公差 對(duì)于無相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的零件 通常選用 h 配合 作為一般的定位配合 由優(yōu)先數(shù)系基準(zhǔn)孔制 選用 H7 h6 對(duì)于襯套選用 js 配合 IT 20 平均起來為稍有間隙的配合 要求間隙比 h 軸配合時(shí)小 并允許略有過盈的 定位配合 用木棰裝配 5 1 1 各部位極限選擇 鏜床能否保證加工 3000mm 工件的精度 授油器是極為關(guān)鍵的部件 而主軸的作用便不 言而喻 主軸在支撐工件的同時(shí) 支承著鏜桿 鏜桿在鏜削時(shí)的加工強(qiáng)度的保證都由中襯套 和后襯套來保證 選用原則基于下表 在主軸軸頸與軸承配合的部位采用 6 級(jí)精度 左襯套因要求頂緊工件鏜削 加工精度要求較高 用 6 級(jí)精度 鏜桿導(dǎo)向套是保證鏜桿加工精度的重要部件 外部選用 6 級(jí)精度 內(nèi)孔加工不便 選用 7 級(jí)精度 后襯套與主軸配合是支承鏜桿的重要部位 外部采用 6 級(jí)精度 內(nèi)孔采用 7 級(jí)精 度 法蘭盤配合精度要求較高 外部選用 6 級(jí) 內(nèi)孔 7 級(jí)精度 主軸為固定心軸 與箱體配合要求不高 選用 8 級(jí)即可 表 5 1 精度等級(jí)選用場(chǎng)合 精度等級(jí) 應(yīng)用場(chǎng)合 IT6 廣泛運(yùn)用于機(jī)械制造中的重要場(chǎng)合 配合表面有較高 均勻性要求的場(chǎng)合 山東大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 24 IT7 與 6 級(jí)相似 精度稍低 在一般的機(jī)械制造中運(yùn)用廣 泛 IT8 在機(jī)械制造中屬于中等等級(jí) 在鐘表 儀表制造中由 于基本尺寸較小確定性要求不高的場(chǎng)合運(yùn)用 5 1 2 具體選用部位 主軸中襯套精度 圖 5 1 襯套精度選擇 鑲片材料為銅 由于支承鏜桿為滑動(dòng)摩擦 為了節(jié)省材料 采用過盈配合將其固定 而且在摩擦?xí)r間久后可以拆換鑲片 襯套繼續(xù)使用 在 1 處需要導(dǎo)圓角 使得鑲片 2 能與 1 容易配合 襯套與鑲片配合選用基孔制 過盈配 合 壓入襯套內(nèi) 5 2 公差帶選擇 5 2 1 各部件的公差帶 對(duì)于卡盤與襯套的定位配合 因加工不同的工件需要拆換 采用 H7 H6 的配合 H7 H6 配合間隙較小 能較好的對(duì)準(zhǔn)中心 一般多用于常拆卸或在調(diào)整時(shí)需要移動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng) 的連接處 軸與軸承套的配合采用過渡配合 起定位作用 H7 js6 最松的一種過渡配合 用于 山東大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 25 頻繁拆卸 同心度要求不高的場(chǎng)合 銅套與鏜桿導(dǎo)向套的配合采用過盈配合 壓入導(dǎo)向套中 H7 p6 在銅套磨損后易于 拆卸 才用此種配合提高定位精度 鏜桿導(dǎo)向套與軸孔配合 H7 H6 配合間隙較小 能較好的對(duì)準(zhǔn)中心 一般用于常拆 卸或在調(diào)整時(shí)需要移動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)的聯(lián)接處 在一般配合中 都采用 H7 H6 配合 因?yàn)榕浜祥g隙較小 能較好的對(duì)準(zhǔn)中心 一般用于 常拆或在調(diào)整時(shí)易轉(zhuǎn)動(dòng)的場(chǎng)合 表 5 2 公差選用 公差帶 選用場(chǎng)合 f 多用于 IT6 IT7 IT8 級(jí)的一般轉(zhuǎn)動(dòng)配合 被廣泛 運(yùn)用于普通潤(rùn)滑油潤(rùn)滑軸承的支承 g 配合間隙很小 制造成本高 除精密安裝配置外 不推薦使用轉(zhuǎn)動(dòng)配合 h 多用于 IT4 11 級(jí) 廣泛運(yùn)用于無相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的零件 作為一般的定位配合 js 為完全對(duì)稱偏差 IT 2 平均起來 稍有間隙的配 合 5 2 2 軸與軸承的公差帶 1 公差與配合的選用 基準(zhǔn)的選用 選擇基準(zhǔn)時(shí) 首先要考慮加工工藝及測(cè)量經(jīng)濟(jì)性 其次結(jié)構(gòu)形式的合理性 選用原則如 下 優(yōu)先選用基孔制 以減少孔的尺寸和定位刀具 獲得顯著的經(jīng)濟(jì)效益 一軸配多孔 且各處松緊要求不同的配合 由公差帶來保證 精度不高且需要經(jīng)常裝拆的情況允許采用 非基準(zhǔn)制 在授油器主軸與軸承的裝配中 軸承為標(biāo)準(zhǔn)件 所以采用基孔制 2 公差等級(jí)的選用 公差等級(jí)的高低直接影響產(chǎn)品使用性能和加工的經(jīng)濟(jì)性 等級(jí)過低 產(chǎn)品質(zhì)量得不到保 證 等級(jí)過高 將使制造成本增多 山東大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 26 選用原則 滿足使用原則 經(jīng)濟(jì)性好 一般選用方法 類比法 在一般配合中選用 IT5 IT12 3 配合選用 配合類別的選用 標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定間隙 過渡和過盈配合 因?yàn)槭谟推餍枰獋鬟f一定彎矩和轉(zhuǎn)矩 選擇過 渡配合 配合代號(hào) 確定配合制度和標(biāo)準(zhǔn)等級(jí)后 根據(jù)使用要求確定與基準(zhǔn)件配合的軸或者孔的基本偏 差代號(hào) H7 js6 5 3 形狀公差和位置公差 主軸一方面支承鏜桿 還需要頂緊工件 便要求主軸左端 右端的同軸度 對(duì)于導(dǎo) 向套的中心孔線與 A B 基準(zhǔn)共同的同軸度來保證鏜桿軸向的精度 經(jīng)查表得 同軸度控制 在 0 025 對(duì)主軸右端面與襯套連接 襯套內(nèi)裝卡盤支承鏜桿 要求有跳動(dòng)度來保證 確定裝 配后授油器主軸與襯套要求同軸度 0 025 5 4 授油器部件表面粗糙度選擇 軸的粗糙度將影響其壽命 機(jī)床的耐磨性 配合穩(wěn)定性 疲勞強(qiáng)度 抗腐蝕性 因此對(duì) 于表面粗糙度的選擇 便顯得尤為重要 通常按如下原則進(jìn)行選擇 1 工作表面的表面粗糙度參數(shù)值應(yīng)比非工作表面小 2 相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度高 單位面積壓力大的摩擦表面的表面粗糙度值應(yīng)該小 3 承受變應(yīng)力的零件 易產(chǎn)生應(yīng)力集中 圓角 溝槽表面粗糙度要小 4 對(duì)于箱體 可選用表面粗糙度很大的值 半精度加工的面 支架 箱體 離合器 帶輪側(cè)面 軸和孔的退刀槽選用 20 40 的值 山東大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 27 授油器的主軸箱座和箱蓋的結(jié)合面 中等尺寸帶輪的工作面 襯套低速轉(zhuǎn)動(dòng)的軸徑 Rz 取 6 3 10 在活塞的活塞銷孔 要求氣密的表面和支撐面取 1 6 3 2 汽缸內(nèi)表面 取 0 4 0 8 第六章 授油器液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 授油器液壓缸在加工中主要起頂緊作用 由于軸向力過大 使得液壓系統(tǒng)成為授油器主 軸部件中極為重要的部件 在液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中要求該液壓系統(tǒng)主要有三種作用 1 控 制授油器的前進(jìn)和后退 2 控制授油器頂緊油缸的頂緊和松開 3 控制換擋油缸的換 擋 由此工作性能來設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng) 液壓缸工作性能要求參數(shù) 1 液壓系統(tǒng)額定壓力 6 3MPa 2 液壓系統(tǒng)總流量 105 59pts min 3 大泵流量 50ml r 小泵流量 10ml r 4 大泵工作壓力 2 5MPa 小泵工作壓力 3 5MPa 5 液壓電機(jī)功率 5 5kw 960rpm 6 1 液壓缸的計(jì)算 由主軸尺寸確定油缸大致尺寸 d 查國(guó)標(biāo)后選用 560mm 桿外徑選用 500mm 行程系列參 選國(guó)標(biāo) 110 mm 工作壓力 2DPp P 工作壓力 油缸機(jī)械效率 用耐 油橡膠密封圈 取 0 95 6308 9541kgf 山東大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 28 作用時(shí)間 251 0DSTQ D 缸徑 mm S 行程 mm Q 流量 L min 6 2 634 6 2 螺栓設(shè)計(jì) 工作臺(tái)承受 120KN 頂緊力經(jīng)液壓缸 右端蓋 緊固螺栓 螺栓承受軸向力 120KN 因緊固連接 選用普通粗牙螺紋 牙型為等邊三角形 試選螺紋 表 6 1 螺紋型號(hào) 螺栓組連接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 1 連接結(jié)合面的幾何形狀要合理 設(shè)計(jì)為軸對(duì)稱的形狀 且接合面要合理 便于加工 制造 2 螺栓組的形心與接合面形心重合 3 螺栓的位置應(yīng)合理 且使螺栓靠近接合面邊緣 進(jìn)而減少螺栓受力 4 同一組的螺栓直徑 長(zhǎng)度相同 5 盡量避免螺栓受附加彎矩 6 載荷垂直于連接的接合面 其合理通過螺栓組截面形心 工作要求 螺栓應(yīng)預(yù)緊 受載后保證密封性 當(dāng)各螺栓截面直徑一樣時(shí) 各螺栓均受等拉力 螺紋型號(hào) 螺距 P D2 小徑 M16 2 14 701 13 835 M20 2 5 18 376 17 294 M24 3 22 051 20 752 山東大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 29 6 3 QPZ Q 螺栓外載荷 Z 螺栓數(shù)量 預(yù)緊力 P0 滿足緊密性要求 P0 K0 P 6 4 K0 3 0 按最大應(yīng)力設(shè)計(jì) 6 5 1 6lpPd 6 6 sln s 材料屈服極限 Mpa n 1 2 1 5 lp 許用應(yīng)力 Mpa 表 6 2 各初選材料的強(qiáng)度 鋼號(hào) 熱處理 s MP b Q235 235 375 500 Q255 255 410 550 Q195 195 315 430 15 正火 920 度 225 375 20 正火 回火 195 320 470 25 正火 回火 225 390 520 30 正火 回火 295 490 45 調(diào)質(zhì) 430 650 800 N 6 時(shí) 山東大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 30 P0 120 6 20 KN Q235 lp 225 1 5 150MPa P K0 P0 3 20 60KN 6 7 1 6 60251lpPdm 由第一公差系列 dmin 在 n 6 時(shí)取 25mm 45 鋼 lp 430 1 5 286 MPa d 19 5mm 由第一公差系列 dmin 在 n 6 時(shí)取 20mm N 8 時(shí) P0 120 8 15KN Q235 lp 225 1 5 150Mpa P K0 P0 3 15 45KN d 22mm 由第一公差系列 dmin 在 n 8 時(shí)取 24mm 45 lp 430 1 5 286 MPa d 16 15mm 由第一公差系列 dmin 在 n 8 時(shí)取 20mm 在布置中 為了更進(jìn)一步使螺栓受力平穩(wěn) 緩解螺栓受力 采用 n 8 的鏈接 為了使螺 栓鏈接可靠 采用 45 鋼螺栓連接 取 n 8 d 20mm 的連接 強(qiáng)度校核 6 8 021 3 1 57944caFKNMPad 最終選取 45 鋼 N 8 d 20 的布置 山東大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 31 第七章 系統(tǒng)輔助部件設(shè)計(jì) 7 1 潤(rùn)滑 授油器中主要部件如鏜桿 鏜刀 主軸的潤(rùn)滑主要由切削液來實(shí)現(xiàn) 軸承采用脂潤(rùn)滑 在使用中不得用砂布或其它硬物磨 刮機(jī)床 冷卻潤(rùn)滑油 對(duì)含炭量低的材料用純機(jī)油 對(duì) 合金鋼材料要用含硫和氯化脂的切削液 它的潤(rùn)滑效果較好 如果加工鑄鐵則一定要用乳化 油 本冷卻系統(tǒng)除單獨(dú)從授油器接口外 還可以從授油器及鏜桿箱主軸后端部同時(shí)進(jìn)油 實(shí) 現(xiàn)潤(rùn)滑與冷卻的同時(shí)進(jìn)行 7 2 密封 授油器的密封主要選擇橡膠圈密封 從國(guó)標(biāo)中選擇其合適的尺寸 各軸段選用國(guó)標(biāo)同用 O 型圈 GB T3452 1 1992 選擇即可 7 3 冷卻系統(tǒng) 7 3 1 冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì) 冷卻系統(tǒng)由冷卻液壓泵 冷卻液箱 輸液裝置 凈化裝置 防護(hù)裝置組成 授油器在工 作時(shí)卡盤頂緊工件 切削與工件的高速旋轉(zhuǎn)都產(chǎn)生大量的熱量 冷卻成為授油器工作的又一 大功用 授油器冷卻液從主軸中孔通一路冷卻液 另一路由鏜桿刀頭所帶冷卻液 采用向前 排冷卻液的方法 在主軸箱前部的鼓形卡盤處排除冷卻液 冷卻系統(tǒng)由一個(gè)底座式電動(dòng) 機(jī) 22 千瓦 帶動(dòng)一個(gè)輸油量為 360 升 分鐘的螺桿泵組成 調(diào)節(jié)管路中的控制閥可獲得不同 的輸油量 鏜孔直徑越大則泵的流量越大而泵的壓力越小 反之鏜孔的直徑小則泵的流量小 而泵的壓力高 冷卻系統(tǒng)裝置的冷卻潤(rùn)滑油出口一端應(yīng)與鏜桿箱主軸末端相連 另一端接在 山東大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 32 授油器上 鐵屑收集裝置放置在工件前端 鐵屑收集筐是帶篩網(wǎng)過濾的 冷卻潤(rùn)滑油經(jīng)過鐵 屑收集筐回到油槽 油槽的容納油量應(yīng)不小于螺桿泵最大輸油量的 10 12 倍 這樣有充分 時(shí)間進(jìn)行冷卻 冷卻潤(rùn)滑油 對(duì)含炭量低的材料用純機(jī)油 對(duì)合金鋼材料要用含硫和氯化脂 的切削液 它的潤(rùn)滑效果較好 7 3 2 切削液的選擇 在鏜削過程中 切削液不僅能夠帶走大量的熱 降低切削區(qū)溫度 而且有潤(rùn)滑作用 還 能減少摩擦 從而降低切削力和切削熱 與此同時(shí) 切削液還有冷卻潤(rùn)滑的作用 表 7 1 切削液種類 切削液種類 導(dǎo)熱系數(shù) 比熱 汽化熱 水 0 0015 1 540 油 0 0003 0 0005 0 4 0 5 40 75 采用水中增加填加劑或油冷的方法都可以起到冷卻防銹的作用 防銹劑能夠在金屬的表面優(yōu)先吸附形成保護(hù)膜 與金屬表面化合形成鈍化膜 防止金屬 表面與腐蝕作用介質(zhì)接觸 在水冷時(shí)加入防銹劑便能夠?qū)崿F(xiàn)其功能 而且水冷要比油冷導(dǎo)熱系數(shù)大 2 3 倍 比熱容 大 是很好的冷卻油 表 7 2 水冷組成 成分名稱 百分比 三乙醇氨 7 5 葵二酸 10 亞硝酸鈉 8 水 余量 運(yùn)用煤油也可以實(shí)現(xiàn)冷卻功能 98 的煤油與 2 的石油硫酸鋇混合 山東大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 33 第八章 部件改進(jìn)創(chuàng)新 8 1 授油器驅(qū)動(dòng)裝置 授油器在裝換不同長(zhǎng)度的工件時(shí)需要用手輪來移動(dòng)工件 有一定的阻力 在此設(shè)計(jì)出 了幾種方案進(jìn)行比較 以更好的改進(jìn)工作勞動(dòng)強(qiáng)度 圖 8 1 授油器驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 8 1 1 擬齒輪傳動(dòng) 將授油器頂部的輔助電機(jī)改到授油器后面 利用滑移齒輪進(jìn)行傳遞 在調(diào)整工件時(shí) 接 旋轉(zhuǎn)盤 在更換工件時(shí)換到另一位置 通過控制換向桿和步進(jìn)電機(jī)電氣控制開關(guān)來控制 授油器前進(jìn)與后退 傳動(dòng)方案 山東大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 34 圖 8 2 齒輪傳動(dòng)方案 傳動(dòng)路線設(shè)計(jì) 由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)齒輪減速機(jī)構(gòu) 在滑移齒輪處調(diào)整工件時(shí)至卡盤 裝夾工件時(shí)經(jīng)轉(zhuǎn)動(dòng)路線 至導(dǎo)軌 傳動(dòng)比設(shè)計(jì) 2041 837i 電機(jī)選擇 查表得 JO2系列 JO3 系列適用于對(duì)轉(zhuǎn)速及其它性能無特殊要求場(chǎng)合 表 8 1 電機(jī)選擇 電機(jī)型號(hào) 功率 kw 轉(zhuǎn)速 r min 重量 kg JO2 22 4 1 5 1410 32 JO2 31 4 2 2 1430 40 JO2 21 4 1 1 1410 27 驅(qū)動(dòng)電機(jī)功率要求較小選用 1 5kw 即可 選用 JO2 22 4型 齒輪選擇 山東大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 35 齒輪選用 m 2 小齒輪齒數(shù) z1 20 d1 mz 40mm 大齒輪齒數(shù) z2 40 d2 mz 80mm 數(shù)選用 0 80 843 蝸輪蝸桿設(shè)計(jì) 查表得 中心距 a 40mm i 4 83 m 2 蝸桿分度圓直徑 d1 22 4 蝸桿頭數(shù) z1 6 蝸輪齒數(shù) z2 29 系統(tǒng)電機(jī)控制電路 由開關(guān) SB2 SB3 控制電機(jī)正反轉(zhuǎn) 實(shí)現(xiàn)授油器在床身導(dǎo)軌上的前進(jìn)與后退 圖 8 3 電機(jī)電氣控制圖 8 1 2 擬液壓控制方案 從授油器液壓缸中引出液壓油路 將齒條與導(dǎo)軌的控制端設(shè)置一簡(jiǎn)單的液壓缸 通過液 壓回路來控制授油器前進(jìn)與后退 具體方案如下 方案一 中換向閥換向時(shí)由蓄能器吸收沖擊 并且在停止時(shí)有保壓作用 山東大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 36 圖 8 4 液壓控制系統(tǒng) 在授油器前進(jìn)時(shí)通過二位四通換向閥控制液壓系統(tǒng) 方案二 蓄能器不能吸收振動(dòng)沖擊 而且在退回時(shí)蓄能器不能增速 所以方案一比較合理 8 2 軸承裝配方案 圖 8 5 軸承裝配方案設(shè)計(jì) 軸承裝配方案 左推力球軸承承擔(dān)主要軸向力使得軸向力通過 路線傳至箱體 深溝球軸承 不受軸向力 便于工作 A 處運(yùn)用襯套將運(yùn)動(dòng)件與靜止件分開便于深溝球軸承高速旋轉(zhuǎn) 授油器主要承受軸向力 此 方案便于授油器工作 同時(shí)存在的不足是深溝球軸承裝配路線過長(zhǎng) 不便安裝 需要配合公 差來保證安裝 山東大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 37 第九章第九章 機(jī)床的電氣設(shè)計(jì)機(jī)床的電氣設(shè)計(jì) 9 1 計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng) 計(jì)算機(jī)數(shù)控 Computer Numerical Control CNC 系統(tǒng)是面向機(jī)床數(shù)控而設(shè)計(jì)的專用計(jì) 算機(jī)系統(tǒng) 它以計(jì)算機(jī)為核心 配有專用的 I 0 接口 利用軟件處理數(shù)字信息 實(shí)現(xiàn)數(shù)字控 制功能 數(shù)控機(jī)床在 CNC 系統(tǒng)的控制下 自動(dòng)地按給定的加工程序加工出工件 所以 計(jì)算 機(jī)數(shù)控系統(tǒng)是一種包括計(jì)算機(jī)在內(nèi)的數(shù)字控制系統(tǒng) 9 1 1 CNC 系統(tǒng)的組成 CNC 系統(tǒng)以計(jì)算機(jī)為控制部件 由數(shù)控系統(tǒng)的軟件實(shí)現(xiàn)部分或全部數(shù)控功能 進(jìn)而對(duì)數(shù) 控機(jī)床進(jìn)行實(shí)時(shí)控制 CNC 系統(tǒng)主要有輸入 輸出接口 CNC 裝置 包括硬件和軟件兩部分 PLC 可編程控制器 主軸驅(qū)動(dòng)裝置 進(jìn)給 伺服 驅(qū)動(dòng)裝置 電氣控制單元等組成 CNC 系統(tǒng)通過鍵盤 磁盤 通信接口 顯示器等輸入 輸出裝置進(jìn)行輸入和輸出 CNC 裝 置負(fù)責(zé)完成刀具運(yùn)動(dòng)軌跡行程量的數(shù)字控制任務(wù) PLC 承擔(dān)機(jī)床部件各相應(yīng)開關(guān)量的邏輯控 制 各驅(qū)動(dòng)裝置為數(shù)控機(jī)床的執(zhí)行機(jī)構(gòu) 控制機(jī)床各坐標(biāo)的運(yùn)動(dòng) 9 1 2 CNC 系統(tǒng)的功能 目前各數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)商生產(chǎn)的 CNC 系統(tǒng)有高 中 低檔多種系列 其性能和功能也各不 相同 但不管是何種類型的數(shù)控系統(tǒng) 都具備刀具補(bǔ)償 準(zhǔn)備功能 插補(bǔ)功能等數(shù)控加工的 基本功能 同時(shí) 用戶還可根據(jù)機(jī)床用途 特點(diǎn)選用數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)商提供的選擇功能 CNC 系統(tǒng)的主要功能如下 1 軸控制功能 CNC 裝置能控制的軸數(shù)以及能同時(shí)控制 即聯(lián)動(dòng) 的軸數(shù)是器主要性能 之一 控制軸數(shù)表示數(shù)控系統(tǒng)最多可以控制的坐標(biāo)軸數(shù) 坐標(biāo)軸可分為移動(dòng)軸和回轉(zhuǎn) 軸 也可分為基本軸和附加軸 2 準(zhǔn)備功能 即 G 功能 用以指令機(jī)床的動(dòng)作 如坐標(biāo)設(shè)定 絕對(duì)值方式和相對(duì)值方式 編程的轉(zhuǎn)化 刀具補(bǔ)償 米 英制轉(zhuǎn)換 平面選擇 基準(zhǔn)點(diǎn)返回等 3 輔助功能 即 M 功能 用以指令機(jī)床的主軸起停 主軸換向 換刀 切削液開關(guān)等機(jī) 床各部件的動(dòng)作 4 主軸功能 即 S 功能 用以指令主軸轉(zhuǎn)速 能實(shí)現(xiàn)恒轉(zhuǎn)速 恒線速 定向停止 轉(zhuǎn)速 修調(diào) 山東大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 38 5 刀具功能 即 T 功能 用以選擇加工所需的刀具 包括刀具的種類 數(shù)量 換刀方式 等 6 進(jìn)給功能 即 F 功能 用以指令機(jī)床各坐標(biāo)軸的合成速度 經(jīng)速度控制指定各軸的進(jìn) 給速度 進(jìn)給功能主要包括切削進(jìn)給 同步進(jìn)給 快速進(jìn)給 進(jìn)給率修調(diào)等 7 插補(bǔ)功能 主要包括刀具位置補(bǔ)償 刀具長(zhǎng)度補(bǔ)償和刀具半徑補(bǔ)償以及程序段間的自 動(dòng)轉(zhuǎn)接處理 利用 CNC 系統(tǒng)的該項(xiàng)功能可以是使設(shè)計(jì)人員在編程時(shí)不必考慮刀具尺寸 和位置 由數(shù)控系統(tǒng)在加工時(shí)自動(dòng)按補(bǔ)償量計(jì)算刀具的運(yùn)動(dòng)軌跡和坐標(biāo)尺寸 最終加 工出符合要求的零件 8 輔助編程功能 為了提高編程效率 大多數(shù) CNC 系統(tǒng)配備了固定循環(huán) 圖形縮放 鏡 像 子程序 宏程序等輔助功能 以減少手工編程的工作量 9 圖形顯示功能 用以顯示零件加工的程序 機(jī)床參數(shù) 補(bǔ)償參數(shù) 坐標(biāo)信息 零件圖 形 刀具軌跡 故障信息等 10 自診斷報(bào)警功能 CNC 系統(tǒng)在開機(jī)時(shí)和運(yùn)行期間能對(duì)其硬件 軟件及其外圍設(shè)備的工 作狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)檢查 發(fā)現(xiàn)故障及時(shí)報(bào)警并采取相應(yīng)措施 11 通信功能 為了適應(yīng)柔性制造系統(tǒng) 計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)等先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展 現(xiàn) 代 CNC 系統(tǒng)一般都具有 RS232C 通信接口 12 人機(jī)交互圖形編程功能 一般在高檔 CNC 系統(tǒng)上具有該功能 它有助于編制復(fù)雜零件 的加工程序 9 2 鏜床控制系統(tǒng)的單片機(jī)設(shè)計(jì) 9 2 1 單片機(jī)簡(jiǎn)介 MCS 51 系列單片機(jī)是一種高性能的 8 位單片微型計(jì)算機(jī) 它把構(gòu)成計(jì)算機(jī)的中央處理 器 存儲(chǔ)器 寄存器組 I O 接口制作在一塊集成電路芯片中 從而構(gòu)成較為完整的計(jì)算機(jī) 另外 在其內(nèi)部還集成有定時(shí)器 計(jì)數(shù)器 串行通信接口等部件 因此可以方便地用于定時(shí) 控制和遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳送 在 MCS 51 系列單片機(jī)中 主要有 8031 8051 8751 80C51 等型號(hào) 其中 8051 有 4KB ROM 8751 有 4KB EPROM 80C51 有 4KB Flash 存儲(chǔ)器 而 8031 內(nèi)部沒有程 序存儲(chǔ)器 必須由外部配置 9 2 2 單片機(jī)在機(jī)電一體化中的應(yīng)用 山東大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 39 機(jī)電一體化是機(jī)械工業(yè)發(fā)展的方向 機(jī)電一體化產(chǎn)品是指集機(jī)械技術(shù) 微電子技術(shù) 自 動(dòng)化技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)于一體 具有智能化特征的機(jī)電產(chǎn)品 如微機(jī)控制的銑床 車床 鉆 床 磨床 鏜床等 單片機(jī)的出現(xiàn)促進(jìn)了機(jī)電一體化 它作為機(jī)電產(chǎn)品中的控制器 能充分 發(fā)揮它的體積小 可靠性高 功能強(qiáng) 安裝方便等優(yōu)點(diǎn) 大大強(qiáng)化了機(jī)器的功能 提高了機(jī) 器自動(dòng)化 智能化的程度 9 2 3 單片機(jī)系統(tǒng)簡(jiǎn)介及設(shè)計(jì) 1 存儲(chǔ)器擴(kuò)展 8 位數(shù)據(jù) 地址鎖存器 74LS273 373 8 位并行數(shù)據(jù)輸入 輸出鎖存器 8212 8282 外部程序存儲(chǔ)器擴(kuò)展 運(yùn)用 EPROM2716 2732A 2764A 27128A 27256A 27512A 進(jìn)行擴(kuò)展 外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器擴(kuò)展 運(yùn)用 RAM6116 6264 62256 進(jìn)行擴(kuò)展 外部程序 數(shù)據(jù) 共用存儲(chǔ)器 2 并行接口的擴(kuò)展 I O 口的直接輸入 輸出 用 74 系列擴(kuò)展 I O 口 帶 RAM 和定時(shí)器的可編程并行 I O 擴(kuò)展接口 8155A 可編程并行 I O 擴(kuò)展接口 8255A 3 模 數(shù)轉(zhuǎn)換器接口的擴(kuò)展 4 數(shù) 模轉(zhuǎn)換器接口的擴(kuò)展 5 鍵盤輸入接口 6 顯示器接口 7 可編程鍵盤 顯示器接口 8279 鏜床的控制電路就是根據(jù)單片機(jī)各接口原理 運(yùn)用 EPROM2764 和 RAM6264 對(duì)單片機(jī)的外 部程序 數(shù)據(jù)共用存儲(chǔ)器進(jìn)行擴(kuò)展 在通過 74LS244 芯片對(duì)其并行接口進(jìn)行擴(kuò)展 再運(yùn)用帶 RAM 和定時(shí)器的可編程并行 I O 擴(kuò)展接口 8155A 輸出 接 6 位共陰極