DZZ-10多轴钻床的设计【7张图纸】【优秀】
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DZZ-10多轴钻床的设计
54页-17000字数+说明书+开题报告+中期报告+7张CAD图纸
A0装配图.dwg
A1大齿轮.dwg
A1工作台.dwg
A1底座.dwg
A2大齿轮轴.dwg
A3小齿轮轴.dwg
A3立柱.dwg
DZZ-10多轴钻床的设计开题报告.doc
DZZ-10多轴钻床的设计论文.doc
中期报告.doc
目 录
1 绪论1
1.1 研究背景及意义1
1.2工艺方案的分析1
1.3 论文的组织架构1
2 总体设计3
2.1原始条件的分析3
2.2选择工艺基准3
2.3制定工艺路线4
2.3.1 工艺过程4
2.3.2 绘制工序图4
2.4 刀具的选择5
2.4.1刀具选择应遵循的原则5
2.5切削用量的计算5
2.5.1切削速度的计算5
2.5.2吃刀深度的计算5
2.6 对机床性能的要求6
2.6.1机床的加工范围6
2.6.2对加工精度和粗糙度的要求6
2.6.3经济效益7
2.6.4人机关系7
3 多轴钻床整体布局设计8
3.1整体布局设计要求8
3.2机床整体布局方案的选择8
3.2.1方案的提出8
3.2.2方案的比较10
3.3机床支承件的设计10
3.3.1机床支承件的功能10
3.3.2支承件的分类10
3.3.3支承件的变形11
3.4立柱的设计11
3.4.1导轨的设计12
3.5机床底座的设计14
3.5.1材料的选取14
3.5.2底座结构设计14
3.5.3底座的尺寸15
4 传动部分的设计计算16
4.1主轴箱与传动系统设计计算16
4.2齿轮齿数的确定19
4.3齿轮的校核及几何尺寸计算21
4.3.1按弯曲疲劳强度进行校核21
4.3.2按接触疲劳强度校核23
4.3.3大小齿轮几何尺寸24
4.3.4齿轮的结构设计25
4.4轴的设计25
4.4.1大齿轮轴的设计计算25
4.4.2小齿轮轴的设计计算30
4.5轴承的选择与计算33
4.5.1大齿轮轴轴承的校核33
4.5.2小齿轮轴轴承的校核34
4.6键连接的选择和校核36
4.6.1联轴器与大齿轮轴的键连接36
4.6.2大齿轮与大齿轮轴的连接36
4.6.3小齿轮与小齿轮轴的连接37
5 液压传动部分设计38
5.1液压传动系统的设计要求38
5.2工况分析与液压系统主参数的确定38
5.2.1负载分析38
5.2.2各参数的计算38
5.2.3工况负载分布表40
5.2.4负载在各工况阶段分布图40
5.3液压缸的设计计算41
5.3.1液压缸参数计算41
5.3.2快进、工进、快退时液压缸各参数计算41
5.4液压系统的设计42
5.4.1液压回路的选择42
5.4.2液压系统原理图43
6 结论45
参考文献45
致 谢47
摘 要
随着我国社会经济的飞速发展，整个制造业的加工生产水平也在不断的提高。为了适应汽车行业的快速发展，需要越来越多的特殊加工设备来完成单一的、精度要求较高的工序，而多轴钻床就是一种专为进行汽车轮辐扩钻孔加工而设计的一种高精度机床。
DZZ-10多轴钻床专为汽车轮辐十个螺纹孔的扩钻孔加工工序而设计，它包括机床本体支承件、动力部分、传动部分、液压传动部分等几大部分，在设计之前，首先应对机床的整体布局设计提出一个方案，再根据所加工工件的要求确定机床所需的功率，然后进行电动机的选取，依据传动比依次选择减速器、联轴器并进行各参数的计算，由计算所得参数设计各轴和齿轮的结构并进行强度的校核，同时还应对机床的工作台、底座、床身和立柱进行设计，最后选择传动进给系统的液压缸，绘制整台机床的装配、零件等图纸。
本文主要对机床的一般设计方法和各部件的选用计算进行介绍。
关键词：多轴钻床；汽车轮辐；扩钻孔加工
- 内容简介：
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毕业设计(论文)开题报告题目：DZZ-10多轴钻床的设计系 别 机电信息系 专 业 机械设计制造及其自动化 班 级 姓 名 学 号 导 师 2012年 12月 20日1. 毕业设计（论文）综述（题目背景、研究意义及国内外相关研究情况）1.1 题目背景、意义 随着我国制造业的飞速发展，板类零件的加工越来越多，技术性要求也越来越高。为了适应飞速发展的汽车工业，需要设计一种专用于汽车轮辐扩钻工序的新型多轴钻床。以减少传统加工过程中工序复杂，工时浪费，加工精度低的现象。鉴于汽车工业对汽车轮辐扩钻工序有如此高的技术要求，使用较高精度和较高自动化水平的专用机床势在必行，但购置一台专用的大型数控机床或加工中心的加工费用昂贵，如自行研制专用钻孔机床，是一条费用低、收效快、切实可行的方案。1.2 国内外相关研究在过去的十年里，中国机床行业作为中国机械行业的工作母机，保持着高增长速度。从最初在低端市场步履维艰，到如今已有武汉秦川机床工具集团，齐齐哈尔二机床(集团)有限责任公司和武汉重型机床集团有限公司等多家具备一流的制造水平的企业，开始参与国际市场的竞争。由武汉重型机床集团有限公司研制的ZK5540A数控龙门多轴钻床是国家2011年重大专项。核电蒸汽发生器每块孔板上均有近万个孔，因精度要求和材料特殊而加工困难，所以管子支撑板和流量分配板钻孔是核电站的核电蒸汽发生器制造过程中最重要的制造工序之一。武重的这台钻床针对这一难题，以多轴加工方式提供了解决方案，该钻床使用华中速控的操作系统，以四个坐标维度联动控制，精度高。其中配置八轴的钻床四周即可完成原本两到三个月的加工量。另外多轴钻削自适应控制系统可实时监测钻孔质量和钻头切削情况，保证钻孔安全，满足了我国能源、化工、军工等领域的需求。 2. 本课题研究的主要内容和拟采用的研究方案、研究方法或措施2.1 研究内容1.熟悉多轴钻床的工作原理及设计方法。2.完成工艺方案的制定。3.完成机床总体方案的设计。4.完成主要传动部件的设计。5.完成夹具的设计。6.完成液压传动部分的设计。7.翻译指定的外文技术资料。8.撰写毕业设计说明书。方案一：(一) 钻床的选择台式钻床，其特点是主轴垂直不止的小型钻床，可安放在作业台上。主轴旋转轴线固定，移动工件使加工点对准主轴轴线，主轴在主箱内作轴向移动和转动。主轴箱固定在立柱上端或在立柱上能作转动及上、下移动以调整其位置，还可增加能绕立柱转动及上、下移动的工作台。(二) 传动部分的设计1.主轴传动：此次设计是专用多轴钻床，与普通的钻床不同的是，普通单轴钻床只在主轴上装一个钻头，进行单孔钻削。可采用：电机减速器主轴齿轮行星齿轮钻头2.工作台的传动：为实现高效率、高精度。将原来的手动改为自动，欲采用液压传动系统。(三) 电机的选择：交流伺服电机方案二：(一) 钻床的选择：立式钻床，主轴旋转中心固定，移动工件使加工点对准主轴中心。主轴箱和工作台安装在立柱上，主轴垂直布置。立柱有圆柱、方柱。主轴可机动进给。(二) 传动部件的设计：1.主轴传动：电机主轴齿轮行星齿轮钻头2.工作台的传动：采用液压传动系统。 （三）电机的选择：调频交流电机图1传动系统图1电动机 2标准减速器 3连轴器 4大齿轮 5小齿轮十个 6工作轴十根 7大齿轮轴方案三：(一) 钻床的选择：摇臂钻床(二) 传动部分的设计1.主轴传动：电机主轴齿轮行星齿轮钻头2.作台的传动：采用机械传动，即横向和纵向都采用滚珠丝杠传动。(三) 电机的选择：调频电机2.2 研究方法 1、根据给定零件的加工要求，完成工艺方案的制定； 2、在查阅资料的基础上，完成机床总体方案的设计； 3、通过理论推导计算，设计夹具与各传动部件。3. 本课题研究的重点及难点，前期已开展工作3.1 难点及重点 1、多轴钻床工作原理及工艺方案的选定； 2、传动部件设计； 3、夹具设计。3.2 已开展的工作 1、查找了多轴钻床工作原理方面的书籍； 2、了解了市面上已存在的多轴钻床型号和品种。4. 完成本课题的工作方案及进度计划（按周次填写）第12周（2012.12.4-12.15）：和导师见面，老师制定指导计划，初步确定题目； 第3周（2012.12.15-12.20）：学生查阅资料、期刊、文献等，准备写开题报告； 第4周（2012.12.20-2012.12.24）：学生撰写论文，准备开题审查；第5-6周 （2012.12.24-2013.1.4)：开题审查； 寒假：进行实习； 第7周（2013.3.16-3.22）： 学生基本完成论文，进行中期检查、答辩； 第815周（2013.3.23-5.25）： 学生最终完成论文，毕业答辩。 5 指导教师意见（对课题的深度、广度及工作量的意见） 指导教师： 年 月 日 6 所在系审查意见： 系主管领导： 年 月 日注：1. 正文：宋体小四号字，行距22磅。2. 开题报告由各系集中归档保存。参考文献1 孙恒，陈作模.机械原理M.7版.北京：高等教育出版社，2006.5.2 濮良贵，纪名刚.机械设计M.第七版.北京：高等教育出版社, 2001.3 机床设计手册编写组编.机床设计手册第三及第四册M .第1版.北京：机械工业出版社，1996.10.4 许晓旸.专用机床设备设计M.重庆：重庆大学出版社，2003.7.5 文怀兴，夏田.数控机床系统设计M.北京：化学工业出版社，2005.5.6 戴小泉.摩托车轮毂多轴钻床多轴箱设计J.机械设计, 1993，（2）:47-50.7 大连组合机床研究所编.组合机床设计M.第一册 机械部分.北京：机械工业出版社出版, 1975.6. 8 邹慧君.机械运动方案设计手册M.上海：上海交通大学出版社，1994.9 燕春南，刘自辉.高效多轴钻床夹具的设计J.装备制造技术，2007，（4）:97-98.10 张运真，韩玉坤.汽车轮辐钻床的设计J.机械工程师，2012，（10）:8-9. 11 任嘉卉主编.公差与配合手册M.第2版.北京：机械工业出版社, 2000. 12 上海市金属切削技术协会编.金属切削手册M.第3版.上海：上海科学技术出版社, 2003. 13 周胜.多轴钻床传动与液压系统的改造J.装备维修技术，1998，（3）:12-14.14 戴雄.多轴钻床改造及经济性分析J.金属加工，2010，（9）:63-65.15 侯志坚，王晓琴.一种专用多轴钻床的设计与制造J.机床与液压，2006，（2）:93-94.16 Gommans, M., Krishnan, K. S.& Scheffold, K. B. From brand loyalty toE-loyalty: A conceptual frameworkJ. Journal of Economic and Social Research, 2001, 3(1) : 43-58.17Morgan, R.M.& Hunt, S. D. The commitment-trust theory of relationshi marketingJ. Journal of Marketing, 1994, 58(3):20-38.18 Zeithaml, V. A., Berry, L. L.& Parasuraman, A. The behavioural consequences of service qualityJ. Journal of Marketing, 1996, 60(2): 31-46. 本科毕业设计(论文)题目：DZZ-10多轴钻床的设计系 别： 机电信息系 专 业：机械设计制造及其自动化班 级： 学 生： 学 号： 指导教师： 2013年05月DZZ-10多轴钻床的设计摘 要随着我国社会经济的飞速发展，整个制造业的加工生产水平也在不断的提高。为了适应汽车行业的快速发展，需要越来越多的特殊加工设备来完成单一的、精度要求较高的工序，而多轴钻床就是一种专为进行汽车轮辐扩钻孔加工而设计的一种高精度机床。DZZ-10多轴钻床专为汽车轮辐十个螺纹孔的扩钻孔加工工序而设计，它包括机床本体支承件、动力部分、传动部分、液压传动部分等几大部分，在设计之前，首先应对机床的整体布局设计提出一个方案，再根据所加工工件的要求确定机床所需的功率，然后进行电动机的选取，依据传动比依次选择减速器、联轴器并进行各参数的计算，由计算所得参数设计各轴和齿轮的结构并进行强度的校核，同时还应对机床的工作台、底座、床身和立柱进行设计，最后选择传动进给系统的液压缸，绘制整台机床的装配、零件等图纸。本文主要对机床的一般设计方法和各部件的选用计算进行介绍。关键词：多轴钻床；汽车轮辐；扩钻孔加工IDesign of DZZ-10 multi-axis drilling machineAbstractWith the rapid development of Chinas social economy, the manufacturing level of production has been improved. In order to adapt to the rapid development of automobile industry, special processing equipment more and more necessary to complete a higher single, accuracy requirements of the process, while the machine is a kind of special for automobile wheel expanding drilling and design of a high precision machine tool.The design of DZZ-10 machine for automobile spoke ten threaded hole expanding drilling process, which comprises a machine tool body support, power part, transmission part, a hydraulic transmission part of several major, in the design, first proposed a scheme of overall layout design of the machine tools, and then determine the machine power required according to the workpiece requirements, then the selection of motor, based on the calculation of transmission ratio in order to choose the reducer, coupling and parameters, the calculated parameters checked by design of the shaft and gear structure and strength, but also to the machine table, a base, the bed and column design, the final choice of hydraulic cylinder drive feed system, drawing the assembly, parts and the whole machine drawings.The main design method of machine and the calculation of the components are introduced.Key Words: multiple spindle drill; automobile spoke; expanding drillingII目 录1 绪论11.1 研究背景及意义11.2工艺方案的分析11.3 论文的组织架构12 总体设计32.1原始条件的分析32.2选择工艺基准32.3制定工艺路线42.3.1 工艺过程42.3.2 绘制工序图42.4 刀具的选择52.4.1刀具选择应遵循的原则52.5切削用量的计算52.5.1切削速度的计算52.5.2吃刀深度的计算52.6 对机床性能的要求62.6.1机床的加工范围62.6.2对加工精度和粗糙度的要求62.6.3经济效益72.6.4人机关系73 多轴钻床整体布局设计83.1整体布局设计要求83.2机床整体布局方案的选择83.2.1方案的提出83.2.2方案的比较103.3机床支承件的设计103.3.1机床支承件的功能103.3.2支承件的分类103.3.3支承件的变形113.4立柱的设计113.4.1导轨的设计123.5机床底座的设计14III3.5.1材料的选取143.5.2底座结构设计143.5.3底座的尺寸154 传动部分的设计计算164.1主轴箱与传动系统设计计算164.2齿轮齿数的确定194.3齿轮的校核及几何尺寸计算214.3.1按弯曲疲劳强度进行校核214.3.2按接触疲劳强度校核234.3.3大小齿轮几何尺寸244.3.4齿轮的结构设计254.4轴的设计254.4.1大齿轮轴的设计计算254.4.2小齿轮轴的设计计算304.5轴承的选择与计算334.5.1大齿轮轴轴承的校核334.5.2小齿轮轴轴承的校核344.6键连接的选择和校核364.6.1联轴器与大齿轮轴的键连接364.6.2大齿轮与大齿轮轴的连接364.6.3小齿轮与小齿轮轴的连接375 液压传动部分设计385.1液压传动系统的设计要求385.2工况分析与液压系统主参数的确定385.2.1负载分析385.2.2各参数的计算385.2.3工况负载分布表405.2.4负载在各工况阶段分布图405.3液压缸的设计计算415.3.1液压缸参数计算415.3.2快进、工进、快退时液压缸各参数计算415.4液压系统的设计425.4.1液压回路的选择425.4.2液压系统原理图436 结论45参考文献45致 谢47V1 绪论 1 绪论1.1 研究背景及意义 对于机床的总体设计，应该从被加工零件，即汽车轮辐入手，依据零件的尺寸，来确定具体的加工方案并进行前期的设计计算，尺寸确定以后，就可以进行图纸的绘制，包括零件图，装配图等图纸。 专用钻床与普通的钻床最大的区别在于加工零件的单一性，因为它不具备普通钻床的通用性能，故所能加工的零件较单一，它最大的优点在于可以加工出高精度的零件，由于专用钻床是为加工某一特定的零件而服务的，所以专用钻床的样式、规格和先进程度都取决于工艺的需要，只有制定出了合理的加工工艺，才能设计出满足加工要求的专用钻床。 本次设计的题目为DZZ-10多轴钻床的设计，随着我国制造业的飞速发展，板类零件的加工越来越多，要求也越来越高。为了适应飞速发展的汽车工业，需要设计这样一种专用于汽车轮辐扩钻孔工序的新型多轴钻床，这样一台钻床应由机床本体支承件、传动部分、液压传动部分等几大部分组成。1.2工艺方案的分析在通常的情况下利用机械加工的方式直接改变零件毛坯的形状、性能以及尺寸的过程称之为机械加工工艺过程。在设计时，机械加工工艺的选定是否合理，直接影响着零件的生产效率与产品的质量。所以，在制定工艺方案时，应首先分析生产的类型，生产类型决定着生产的规模。由于生产的类型不同，生产的组织和管理，车间人员的配备以及厂房的布置等方面的要求均不同。在大批量的生产规模之下，每个工序的任务都比较单一，因此，可以采用高效率的专用机床，生产和工作的效率可以大大提高，随之产品的成本也可以得到控制。但如果是小批量的生产，就没有必要采用高效率的专用设备来完成加工工作，因为那样不但不能降低成本，还会造成资源的浪费，所以在制定加工工艺时，必须与生产类型相适应。1.3 论文的组织架构本论文的组织结构如下：第一章：介绍了研究多轴钻床的背景以及意义，对前期的工艺性能进行了简要的分析。1 毕业设计（论文） 第2章 ：对机床的总体布局进行了设计规划，制定了工艺路线，明确了对机床的性能要求。第3章 ：对机床的整体布局以及床身、立柱和底座等支承结构件进行了初步的设计，拟定各主要尺寸。第4章 ：进行了机床传动部分的计算，包括电动机、减速器和联轴器的选定，大小齿轮以及各轴几何尺寸的计算和结构的设计，强度的校核等。第5章 ：液压传动部分的设计计算，包括液压缸的选择，液压原理图的绘制等。第六章：本章为论文的总结。2 2 总体设计 2 总体设计2.1原始条件的分析 本次设计的多轴钻床所加工的零件为10孔轮辐，也就是要对轮辐上的10个螺纹孔进行扩孔，而10个螺纹孔在轮辐上的位置是位于同一平面上沿圆周均匀分布。扩孔后，只需保证其位置精度，没有其他特殊的要求，用一般的扩孔钻即可达到加工要求。 图2.1 扩孔前的零件图 工件的材料为碳结构钢Q235，没有特殊要求，在进行加工前没有热处理过程，也无硬度要求。2.2选择工艺基准 在选择加工的工艺基准时尽量以设计基准作为定位基准，这样可以避免由于设计基准和定位基准的不重合所引起的定位误差。48 毕业设计（论文） 2.3制定工艺路线2.3.1 工艺过程 由于加工工序仅需一次扩孔即可完成，所以工艺过程比较简单，其工艺过程如下： a. 扩孔要求 对进行扩孔至，无精度要求。 b. 检验 按要求检查各孔位置精度。2.3.2 绘制工序图 a. 零件工序图的作用零件的工序图表示的是零件在一台机床上的加工内容，它包含了零件加工的尺寸与精度、定位基准以及各种加工要求，它是在零件图的基础之上加上各种加工要求而绘制的，对零件的加工作了一个全面的说明，它是专用钻床设计的主要参考和依据，也是在设计后期调整机床，检查机床精度的重要指导文件。 b. 零件工序图的内容 (1) 零件的形状 在零件的工序图中必须清楚的绘制零件的形状以及大小尺寸，以便进行加工工序的布置。 (2) 加工面与夹持的方向 在零件的工序图中还应绘制出加工面以及夹持方向，以便进行各种后续设计。 (3) 各种加工尺寸 在工序图上应表示出各种加工尺寸以及其精度和光洁度的要求，还应表示出精度和位置尺寸要求。 (4) 其它信息 还应在工序图中注明加工工序名称、材料、硬度以及余量等信息，并且加工部位用粗实线表示，其他部分用细实线表示。c. 加工要求 (1) 加工对象 被加工零件为汽车轮辐按圆周均匀分布的10个螺纹孔，此机床专为扩钻孔步骤而设计。 (2) 加工材料 被加工零件材料为Q235碳结构钢。 (3) 加工余量 每个孔直径上的加工余量为=3，加工前孔的尺寸为10mm，加工后孔的尺寸为10。2.4 刀具的选择机床的刀具是机床的重要组成部分，刀具的选择直接影响整台机床的加工精度，在专用机床上常使用复合刀具和特种刀具，以满足被加工零件的高精度要求。2.4.1刀具选择应遵循的原则 a. 标准原则 即在条件允许的情况下，优先选用标准刀具，这样可以大大减小加工成本，降低加工误差。 b. 优先采用“组装式”原则 即为了提高加工精度，常使用复合刀具，在选用复合式刀具时，优先采用组装式复合刀具。2.5切削用量的计算2.5.1切削速度的计算 (2.1)其中： D为刀具或工件的外径； n为工件或刀具每分钟的转速。2.5.2吃刀深度的计算 其中： d为待加工表面直径； D为已加工表面直径。2.6 对机床性能的要求 对机床的性能要求，即是对机床加工的被加工工件的精度要求，一台机床的性能的高低与否与它的各个部分是密不可分的，只有保证了组成机床各个部分的精度，才能保证所设计机床的整体性能。2.6.1机床的加工范围机床的加工范围就是指机床能够加工的工件的范围与种类。机床的加工范围大致包括以下内容：机床加工工序的种类，加工零件的类型，可加工工件的材料和尺寸，能加工的毛坯材料种类等。2.6.2对加工精度和粗糙度的要求机床的加工精度是机床在加工被加工工件时在尺寸，形状与相互位置等方面所能达到的准确程度。机床的加工精度分为三级：普通级，精密级和高精密级。机床的精度包括几何精度，传动精度，运动精度和定位精度等。几何精度是指机床在没有运动或运动速度较低时的精度，它是由机床各主要部件的几何形状和它们之间的相对位置与运动轨迹的精度决定的。机床的传动精度是指传动链传动的精度，它主要取决于传动系统中各传动部件的制造精度和装配精度。运动精度是指机床的各主要传动部件在工作状态时的精度。定位精度是指机床各主要部件在运动完成时达到的位置精度。只有机床精度达到一定要求后，才能满足机床对加工精度的要求。机床加工被加工工件时得到的表面粗糙度也是机床主要性能之一。它与工件和刀具的材料，进给量，刀具的几何形状以及切削时的振动有关。对表面质量的要求，其实就是对表面粗糙度要求，同时也是对抗振性的要求。机床的抗振性包括两个方面：抵抗受迫振动的能力和抵抗自激振动的能力。如果振源的频率与机床主要部件振动的固有频率重合时，就将发生共振。当机床发生共振时，被加工工件表面粗糙度将会大大增加。切削自激振动，产生于切削工程中，如果切削不稳定，则切过的表面，其波纹度将越来越大，振动越来越剧烈，将严重影响加工表面的质量。 a. 生产率 机床的生产率通常是指在单位时间内机床所能加工的工件数。要提高机床的生产率，就必须缩短加工单个工件的时间，可以通过缩短切削加工时间，辅助时间以及分摊到每个工件上的准备和结束时间来达到。 (1) 自动化 机床自动化可减少人对加工的干预，从而保证加工的统一性，可以明显提高被加工工件的精度。还可以提高机床的生产率。 (2) 可靠性机床的可靠性也是一项重要的技术经济指标。随着机床安全化的发展，可靠性在机床设计中的地位逐步提高。 (3) 寿命 机床寿命就是机床保持它应具有的加工精度的时间。随着技术设备更新的加速，对机床寿命所要求的时间也在减短。对于本次设计的多轴专用钻床来说，寿命要求短，因为它将随加工产品的更新而废弃。这就要求机床在最高生产率的条件下工作，在使用期内充分发挥机床的效能，取得最大的经济效益。2.6.3经济效益要想提高机床的寿命，就应该提高机床部分组成部件的耐磨性，并与主要传动部件的疲劳寿命一致。在保证机床性能要求的同时，还应该使机床具有比较高的经济效益。不但要考虑到机床设计和生产将产生的效益，而且应该从用户出发，提高机床生产厂家的经济效益，这主要反映在机床的成本上。机床的成本包括购买原材料的费用，加工制造的费用，而且还应包括研发和管理费用。 对于机床使用厂家的经济效益，首先体现在机床的加工效率和可靠性。应该使机床充分发挥其效能，减少能源消耗，提高机床的机械加工效率。机床的机械加工效率是有效加工功率对输入功率之比。两者的差值就是损失，主要是摩擦损失。而且，摩擦功转化为热能的散失，将会引起机床的热变形，会对机床的工作带来不良的影响。因此，如何提高机床的机械加工效率是设计机床时应该考虑到的最重要的问题。2.6.4人机关系在机床设计中，还应考虑到人机关系问题。如何能使机床操纵简便，不易发生操作错误和故障，这也是机床设计人员应该考虑的问题，因为一台设计良好的机床不但能保证工人和机床的安全，还能提高机床的生产率。降低机床的噪声，也是对机床设计和制造提出的一项主要要求。噪声要低，不仅噪声声级要达到规定值以下，而且不能对人耳有强烈的不适感。对于上述的各项技术经济指标，在机床设计时我们将综合考虑，并应根据不同的需求，有所侧重。 3 多轴钻床整体布局设计 3 多轴钻床整体布局设计3.1整体布局设计要求a. 稳定性 最大程度保证机床的精度以及稳定性。b. 安全性能机床应便于进行操作和管理以及维修，具有良好的安全性能。c. 精度保证机床应按既定的加工工序加工，最大程度保证被加工工件的精度。d. 高效性机床结构简单合理，选用高效的传动系统，保证传动链的高效传动。e. 外观外形美观，保证操作的舒适性。3.2机床整体布局方案的选择 机床主要由电机，减速器，主轴箱，床身等部分组成，其中电机、减速器的选择直接影响所设计多轴钻床的各个性能参数，所以在制定与选择方案时，既要满足被加工零件的加工要求，还要保证机床布局设计的总体要求。3.2.1方案的提出 a. 方案一 (1) 钻床的选择台式钻床，其特点是主轴垂直布置的小型钻床，可安放在作业台上。主轴旋转轴线固定，移动工件使加工点对准主轴轴线，主轴在主箱内作轴向移动和转动。主轴箱固定在立柱上端或在立柱上能作转动及上、下移动以调整其位置，还可增加能绕立柱转动及上、下移动的工作台。 (2) 传动部分的设计1) 主轴传动此次设计是专用多轴钻床，与普通的钻床不同的是，普通单轴钻床只在主轴上装一个钻头，进行单孔钻削。可采用：电机减速器主轴齿轮行星齿轮钻头。2) 工作台的传动为实现高效率、高精度。将原来的手动改为自动，欲采用液压传动系统。毕业设计（论文） 3) 电机的选择 选择交流伺服电机 b. 方案二 (1) 钻床的选择 立式钻床，主轴旋转中心固定，移动工件使加工点对准主轴中心。主轴箱和工作台安装在立柱上，主轴垂直布置，立柱有圆柱、方柱，主轴可机动进给。 (2) 传动部件的设计1) 主轴传动电机主轴齿轮行星齿轮钻头。2) 工作台的传动采用液压传动系统。 3) 电机的选择 选择调频交流电机。1电动机 2标准减速器 3大齿轮轴 4连轴器 5小齿轮十个 6大齿轮 7工作轴 图3.1 传动系统图 c. 方案三 (1) 钻床的选择选择摇臂钻床。(2) 传动部分的设计1) 主轴传动 电机主轴齿轮行星齿轮钻头。2) 工作台的传动 采用机械传动，即横向和纵向都采用滚珠丝杠传动。 3) 电机的选择 选择调频电机。3.2.2方案的比较 方案一采用了台式单孔切削的形式，这种方案一次只能加工一个孔，加工效率、精度均不高； 方案二是采用立式多轴形式，这种方案运动自由度大，操作方便，可以满足给定零件的加工； 方案三是采用摇臂的形式，考虑到零件横向尺寸不大，所以没有必要采用这种形式。 综上所述，在本次设计中，多轴钻床应采用方案二：立式多轴的形式。3.3机床支承件的设计 机床的支承件包括床身，立柱，横梁，底座等几大部分。它们相互连接，共同作用，对机床的运动部件形成保护和固定。机床的支承件一般都比较高大，所以俗称“大件”。3.3.1机床支承件的功能在机床工作时，刀具与工件之间相互作用产生的力会沿着支承件传递并可以使支承件产生变形，机床传动部件的运动还可能使机床支承件产生振动。这些因素都会影响被加工零件的加工精度和表面质量。支承件的主要作用就是保证机床有足够的刚度，抗振性能以及热稳定性，并且还需保证机床各零部件之间的相对位置和相对运动的精度。因此，支承件的设计也是机床设计的重要组成部分。a. 设计的支承件应满足的要求(1) 刚度与韧性要求应具有足够的刚度和韧性。(2) 抗振性能要求应具有较好的抗振性能。(3) 便于制造和维修。(4) 外形美观，简洁。3.3.2支承件的分类a. 支承件形状支承件根据其形状，可分为三大类：一个方向的尺寸比另外两个方向大得多的零件，这些零件可看作梁类件；两个方向的尺寸比第三个方向的尺寸大得多的零件，这类零件可看作板类件；三个方向的尺寸都差不多的零件，这类零件可看作箱类件。3.3.3支承件的变形支承件的变形包括三个部分：自身变形，局部变形和接触变形。在多轴钻床的设计中，载荷是通过立柱传递到底座的，其变形包括底座的变形，立柱的变形等。在设计时不可忽略局部变形和接触变形，它们有时甚至占主要地位。为有效防止变形的的产生，支承件在设计时，应有一定的刚度。a. 自身刚度支承件的拉压，弯曲和扭转变形,主要是由所受的载荷引起的。其中最主要的是弯曲和扭转。因此，在考虑支承件的自身刚度时，主要应考虑弯曲刚度和扭转刚度。其次，如果支承件的壁较薄，特别是支承件的内部会因肋板不足或布置不够合理，受力后发生截面形状的畸变。自身刚度主要取决于支承件的材料、形状、尺寸和肋板的布置等。b. 局部刚度局部变形发生在支承件载荷较为集中的地方。c. 接触刚度当两个平面接触时，如果两个面都不是理想的平面，而是有一定的不平整度，因此实际接触的面积只是理论接触面积的一部分；又因为实际平面在微观上不是绝对光滑的平面，所以实际接触的只是一些较高的凸点。这些都会影响到支承件的接触刚度。 支承件的重量往往占机床总重量的绝大部分，它对整台机床将产生很大的影响。因此，支承件设计是否合理，将直接影响整台机床的性能。3.4立柱的设计此设计中立柱也充当了导轨的作用，在实际机床中，导轨的作用是使工作台沿着一定轨迹运动，并承受工作台自身及被加工工件的重量和切削力。在导轨副中，运动的一方叫做动导轨，不动的一方叫做支承导轨。导轨按运动性质可分为主运动导轨，进给导轨和移置导轨。主运动导轨的动导轨与支承导轨之间，相对运动的速度较高；进给运动导轨的动导轨与支承导轨之间，相对运动的速度较低。按摩擦性质可分为滑动导轨和滚动导轨（本设计采用滑动导轨）。a. 导轨具备的特点(1) 传动精度高，耐使用导轨无论是在空载条件下运动还是在切削条件下运动，都应该有足够高的传动精度。保证导轨传动的精度，是保证被加工工件质量的前提。几何精度：直线运动导轨的几何精度一般包括：导轨在竖直平面内的直线度（也称A项精度）；导轨在水平平面内的直线度（也称B项精度）；两导轨面间的平行度，也叫扭矩（也称C项精度）。接触精度：磨损是影响精度保持性的主要因素。提高耐磨性以保持精度，是提高机床质量、性能的重要内容。常见的磨损形式有磨粒磨损，粘附磨损和疲劳磨损。磨粒磨损经常发生在摩擦表面的轮廓峰相互作用的各点处。磨粒夹在导轨面间随之相对运动，对导轨面形成“切削”，会对导轨面产生“划伤”。磨粒的硬度越高，相对滑动速度越大，压强越大，对导轨的危害也越大。磨粒磨损是无法避免的，机床投入工作时应对其采取重点防护。(2) 刚度和承载大。(3) 摩擦小，运动平稳。(4) 结构简单，便于操作和维修。b. 设计导轨(1) 尺寸设计导轨的截面形状并计算导轨的尺寸。(2) 结构形式选择导轨的结构形式，设计导轨磨损调整装置。(3) 材料选择导轨的材料，确定表面加工和热处理方法以及导轨需达到的硬度。(4) 润滑决定导轨的润滑形式，减小摩擦，磨损，发热和爬行。(5) 技术要求确定导轨的技术要求，设计完善的防护装置。3.4.1导轨的设计a. 导轨材料导轨材料要求耐磨，工艺性能好并且价格成本低。导轨的常用材料有铸铁，钢件等。铸铁是一种成本较低，减振性能良好并且耐磨的材料，主要用于需要铸造和切削加工性能良好的金属材料的场合。本设计采用铸铁，选择牌号为HT300。b. 导轨结构合理的立柱结构应建立在较小重量的前提下，并且具有较大的静刚度。本设计为专用多轴钻床的设计，根据具体情况，床身导轨兼作立柱，工作台可沿立柱上下移动作进给往复运动。不过考虑到安装的需要，导轨上半部分，即立柱的上半段，此段只起支承作用，不起导向作用。导轨截面形状采用方形截面，上下两端加工有螺纹，与上台板和底座固定。具体结构形状如图3.2所示。 图3.2 导轨（立柱）结构图c. 尺寸所设计机床的尺寸应根据机床的整体情况来考虑，机床的尺寸太大会浪费材料，太小又不能装的下机床的内部各个配件，所以，机床尺寸的是否合适对机床的影响也很大。切削载荷（主要为切转矩和进给力）通过导轨（兼作立柱）传递给工作台，使导轨产生弹性变形，弯曲或扭转。变形会直接导致机床主轴轴线在竖直面和水平面内产生偏移，这样主轴线不垂直于底座，影响机床的加工精度。所以，合理设计导轨的尺寸，可以有效保证机床的加工精度。具体尺寸见图3.2。d. 加工工艺利用淬火的热处理方式可以提高铸铁导轨表面的硬度，并且可以降低磨粒对导轨表面的磨损，还可以防止磨粒划伤与撕伤导轨表面，提高导轨的耐磨性。铸造的残余应力，会使导轨材料产生蠕变，这时，应该对导轨进行时效处理。在此设计中只需对导轨材料进行一次时效处理，并且时效处理最好在粗加工后进行。当铸铁加热到450时，在内应力的作用下开始变形，超过550硬度反而降低。因此热时效处理应在500550的范围内进行，这样既能消除材料内部残余内应力，又不影响导轨材料的硬度。e. 间隙调整导轨接触面之间的间隙会直接影响整台机床的加工精度和使用性能，所以有必要设计一种调整间隙的装置。如果导轨接触面间间隙过大，将会影响导轨运动精度和平稳性；间隙如果过小，则导轨运动阻力大，会加剧导轨的磨损。所以必须保证导轨具有合理间隙，即使磨损后也能方便的调整。本设计采用螺栓调整工作台动导轨与立柱导轨之间的间隙，具体方案如图3.3所示。图3.3 间隙方案图3.5机床底座的设计 机床的底座是整台机床必不可少的一部分，它对机床起固定和防护的作用，决定机床抗振性能的高低，从而影响整台机床的工作性能，同时底座是机床支承件系统的重要组成部分。3.5.1材料的选取钢件的强度虽然高，但是价格比较高，减振性差。而铸铁的价格比较经济合理，并且满足要求，所以本设计底座的材料采用铸铁，牌号为HT200。3.5.2底座结构设计 如图所示底座结构，所设计的底座四角有四个凸台，底座铸造成型后，在铣床上将这四个凸台铣出来，这四个凸台还应该有一定的平面度和粗糙度。凸台有两个作用，第一个是用来支承工作台，把工作台的重量通过底座传到地面，从而避免液压缸的直接受压。第二个作用是支承和配合作用，在安装导轨时，使导轨具有一定的垂直度。如果凸台的精度不高，导轨的垂直度就会因此而受到影响，从而影响被加工工件的加工精度。具体结构如图3.4所示。图3.4 底座结构图3.5.3底座的尺寸根据导轨之间的距离确定底座的长度和宽度。导轨之间长度距离为970mm，宽度距离为1000mm，确定底座的长度为1600mm，宽度为1500mm。工作台高度为200mm，考虑到工人安装工件时的工作高度，根据人机工程学原理，确定底座高度为250mm。 4 传动部分的设计计算 4 传动部分的设计计算4.1主轴箱与传动系统设计计算 a. 扭矩及轴向力估算 由专用机床设计与制造P得钻头扩孔时的扭矩及轴向力估算公式：扭矩公式： （4.1）轴向力公式： （4.2）其中：t=0.5（Dd） D为钻头直径；d为工件扩孔前直径。 b. 进给量 由机械加工工艺手册表得扩孔钻扩孔时的进给量：。 c. 工件材料 由专用机床设计与制造得各数值：工件材料为Q235结构钢：。 由得：K=，即：则： d. 切削功率的计算 由专用机床设计与制造P查的公式： N （4.3）其中：，为刀具转速，D为刀具直径。由机械加工工艺手册表得扩孔时的切削速度选为：毕业设计（论文）则有： 则10根钻头的总功率为：e. 求减速器的输出功率P其中：查机床课程设计 f. 计算所需电动机输出功率减速器的输出功率：，单件标准减速器的效率：；则： 取工况系数K=1.1，则所需电动机的输出功率： g. 电动机性能参数选择 根据所需电动机的功率，由机械设计手册表选的：（JB/T8680.11998、JB/T8680.21998)表4.1 电动机性能参数表型号电动机功率满载转速最大转矩倍数电动机效率电动机功率因数电动机重量YZ-132S-45.514401.00.850.8368 h. 电动机的安装形式 由机械设计手册查得： 选用B5基本结构形式，机座不带底脚，端盖有凸缘，由机械设计手册得电动机为立式安装，安装代号为IMV1：表4.2 安装结构形式表代号示意图结构型式安装形式（立式）端盖式轴承数底脚凸缘其他细节IMV12一有凸缘端盖带凸缘，凸缘上有通孔，凸缘在D端借D端凸缘面安装，D端向下图4.1 电机安装尺寸示意图表4.3 安装尺寸表机座号凸缘号极数安装尺寸及公差132SFF2652、4、6、8DEFGMN265 i. 减速器的选用 电动机额定功率为P=5.5kw，电动机转速n=1440r/min,综合考虑，由减速器设计选用选取减速器的型号为：（JB/T6502-93)许用输入功率16.9kw大于电动机的额定功率5.5kw，减速器与电动机的连接是直连式：由减速器设计选用手册查得NAF-1-200-9的外形尺寸为：表4.4 减速器外形尺寸表法兰外径(mm)法兰内径(mm)法兰螺栓均布圆直径(mm)螺栓孔的直径和个数法兰厚度(mm)减速器轴伸直径(mm)减速器与轴伸长度L(mm)轴与键的总高度t(mm)键的宽度b(mm)减速器的重量（kg)32527530064082431270减速器的长度按所配电动机确定。4.2齿轮齿数的确定a. 大齿轮转速 十根扩孔钻分布的圆周直径d=501mm,即十个小齿轮的分布的圆周直径=501mm，初选齿轮模数m=3。 由机械原理中公式：得： （4.4）其中： 为小齿轮齿数； 。带入数据得：；大齿轮的转速：，其中：电动机转速n为1440r/min;标准减速器公称传动比i=9。b. 小齿轮转速查阅资料确定小齿轮转速定为500r/min,大小齿轮传动比： ；将小齿轮齿数定为40，即，则：，遵循互质原理。 c. 各轴转速计算 大齿轮轴转速； 小齿轮轴转速 d. 各轴功率的计算 大齿轮轴功率： 小齿轮轴功率：其中： 滚动轴承效率； 圆柱齿轮效率； 减速器效率。 e. 各轴扭矩的计算 大齿轮轴的扭矩： 小齿轮轴的扭矩： 表4.5 运动参数表轴转速n（r/min)输出功率P（kw)输出扭矩T（Nm）传动比效率电机轴14404.7546.890.88大齿轮轴1604.19250.13.1750.82小齿轮轴5083.436.44.3齿轮的校核及几何尺寸计算4.3.1按弯曲疲劳强度进行校核 据机械设计 （4.5）进行校核计算。a. 确定公式中各计算值 (1) 齿轮上的圆周力 大齿轮： 小齿轮： (2) 弯曲疲劳强度极限选择 齿轮材料为40Cr调质钢，硬度为280HBS，则： 由机械设计c，查得齿轮弯曲疲劳强度极限。(3) 计算应力循环次数N (4) 弯曲疲劳寿命系数选择 由机械设计图查得弯曲疲劳寿命系数： (5) 计算弯曲疲劳安全系数 由机械设计查得S=1.35,按得： (6) 计算载荷系数 （4.6）1) 使用系数 由机械设计查得使用系数; 2) 计算圆周速度v 据，7级精度，由机械设计查得动载系数3) 计算齿宽 因为本设计内的齿轮均为直齿圆柱齿轮，则依据机械设计齿宽系数以及公式： 由机械设计查得； 由机械设计查得：7级精度，对称布置且时，; 查机械原理公式 所以 由故载荷系数：(7) 查取齿形系数，应力校正系数 由机械设计查得： 带入数据计算得 故弯曲疲劳强度校核两齿轮符合要求。4.3.2按接触疲劳强度校核由机械设计： （4.7）计算：a. 确定各参数 (1) 计算载荷系数 ；(2) 材料弹性影响系数 由机械设计查得材料弹性影响系数；(3) 齿宽齿轮的宽度b=120mm；(4) 分度圆直径 ；(5) 齿轮所受圆周力 ，(6) 齿数比 (7) 接触疲劳强度极限 由机械设计按齿面硬度查得齿轮的接触疲劳强度极限：(8) 接触疲劳寿命系数 由机械设计查得接触疲劳寿命系数： (9) 计算接触疲劳许用应力取失效概率为1%，安全系数S=1.0 由机械设计得： 带入数值计算得 故接触疲劳强度校核两齿轮也均符合要求。4.3.3大小齿轮几何尺寸 a. 分度圆直径 b. 齿顶高 c. 齿根高 d. 齿全高 e. 齿顶圆直径 f. 齿根圆直径 g. 两齿轮中心距 4.3.4齿轮的结构设计 小齿轮的齿顶圆直径小于160mm，故应做成实心结构齿轮； 大齿轮的齿顶圆直径大于160mm且小于500mm，故做成腹板式结构齿轮。4.4轴的设计 4.4.1大齿轮轴的设计计算a. 选择轴的材料轴的材料为45钢，为空心轴，采用调质处理的热处理方式。b. 初步确定轴的最小轴径由机械设计估算： （4.8）由 其中：轴的功率；轴的转速。大齿轮轴的最小径与联轴器孔径相适应，选取联轴器型号：查机械设计： （4.9）查表14-1选取则： 按照计算转矩应小于联轴器公称转矩的条件，查机械设计手册选用LT型弹性套柱销联轴器（GB/T4323-2002）：LT7联轴器,主动端：J型轴孔，C型键槽，；从动端：型轴孔，B型键槽，。具体参数为：表4.6 联轴器参数表公称转矩（）质量（）直径D（mm)半联轴器的长度L（mm）联轴器与轴配合毂孔长度(mm）半联轴器的孔径(mm)50014.0119084846042故取与联轴器相连的轴的直径为=42mm。c. 轴的结构设计图4.2 大齿轮轴结构图(1) 轴的各段直径和长度根据轴向定位要求，确定轴的各段直径和长度：取，左端用挡圈定位，按轴端直径取挡圈直径。 半联轴器与轴配合的毂孔长度，为了保证轴端挡圈只压在半联轴器上而不是压在轴的端面上，故I-II段长度应比短一些，取。(2) 初步选择滚动轴承由于轴承同时受有径向力和轴向力作用，故在轴的上端选用深沟球轴承，下端选用双列角接触的球轴承。 根据，查机械设计手册得大齿轮轴上端采用的深沟球轴承型号及参数：（GB/T276-1994)表4.7 深沟球轴承参数表基本尺寸/mm基本额定载荷/kN轴承代号dDB60000型45751621.014.86009大齿轮轴下端采用的双列角接触球轴承型号及参数：（GB/T292-1994）表4.8 双列角接触球轴承参数表基本尺寸/mm基本额定载荷/kN轴承代号dD2B面对面70000C（AC/B）/DF型45753241.839.07009AC/DF故：。右端滚动轴承采用轴肩进行轴向定位，将轴肩。(3) 确定轴的尺寸 取安装齿轮处轴段IIIIV的直径=50mm，齿轮左端与轴承采用套筒定位，已知齿轮轮毂的宽度为120mm，为了使套筒端面可靠的压紧齿轮，此轴应略短于轮毂的宽度，故，齿轮的右端采用轴肩定位，轴肩的高度，取h=4.55，则轴环处的直径，轴环宽度，取，。图4.3 大齿轮轴尺寸图(4) 轴上零件的轴向定位 齿轮、半联轴器与轴的轴向定位采用平键连接，由于齿轮不在轴端故选用圆头普通平键（A型），按，由机械设计。按，查得：表4.9 大齿轮轴键尺寸表(mm)轴上键槽深（mm)毂上键槽深(mm)为了保证齿轮与轴有良好的对中性，选择齿轮轮毂与轴的配合为，半联轴器与轴的配合为，滚动轴承与轴的周向定位是借过渡配合来保证的，此处选轴的尺寸公差为。(5) 确定轴上圆角和倒角尺寸 由机械设计，取轴端倒角为，各轴肩处的圆角半径为1.0mm。 (6) 轴的强度校核 大齿轮理论上应受很大的弯曲应力，但在实际情况中几乎抵消掉了，故轴只按扭转强度条件进行校核，由机械设计： （4.10）其中：为扭转应力，单位为MPa；T为轴所受扭矩，单位为；为轴的抗扭截面系数，单位为；。确定式中各参数的具体数值： 查机械设计，。此轴只对两处有键槽的轴段进行校核：1) 轴段处轴径校核 对于轴段上只有一个键槽 由机械设计查得抗扭截面系数公式 则 此处轴径符合强度要求。2)轴段处轴径校核 对于轴段来说其上有两个键槽，则按公式： 则 此处轴径符合强度要求。 (7)空心轴内径的确定 因为此轴为空心轴，所以有必要根据轴的最小径与所受扭矩来确定轴的内径，根据材料力学： （4.11） （4.12） ， 其中： D为空心轴截面的外径； d为空心轴截面的内径。1)确定公式内各参数的计算值 ； D=42mm; ，这里取最小值； 2)计算并确定空心轴截面内径 所以，即 所以取空心轴截面内径为31mm,这样空心轴满足强度要求。图4.4 空心轴最小轴径截面图4.4.2小齿轮轴的设计计算 a. 轴的材料 选择45钢，采用调质处理的热处理方式。 b. 按扭矩估算轴伸的最小轴径 由机械设计估算： 其中： ；。c. 最小轴径 将最小轴径定为30mm，初定轴结构并分析载荷。 d. 初选滚动轴承型号 因为小齿轮轴既受轴向载荷又受径向载荷，所以其上两个轴承均为单列圆锥滚子轴承，查机械设计手册得：（GB/T297-1994)表4.10 单列圆锥滚子轴承参数表基本尺寸/mm基本额定载荷/kN轴承代号dDB30000型30552043.858.833006e. 选择键的尺寸齿轮不在轴端，选择圆头普通平键（A型），根据装齿轮处最小轴径，查机械设计通用手册得：表4.11 小齿轮轴键尺寸表（mm）轴上键槽深t（mm）毂上键槽深t（mm）f. 小齿轮受力计算 圆周力：其中 ； 。 径向力：绘制小齿轮的空间受力图1。 g. 作垂直面内的弯矩图 求垂直面内的支承反力，作垂直面内的弯矩图： 求垂直面内B点的弯矩： 作垂直面内的弯矩图3。 h. 作水平面内的弯矩图 求水平面内的支承反力，作水平面内的弯矩图： 求水平面内B点的弯矩： 作水平面内的弯矩图5。 i. 求合成弯矩 作合成弯矩图6。 j. 作轴的扭矩图 扭矩：作轴的扭矩图7。各载荷值如上述计算值。 k. 按弯扭合成应力校核轴的强度 由机械设计： 轴的计算应力为： （4.13）其中轴所受的扭矩：T=6400Nmm；总弯矩：；折合系数； 轴的抗弯截面系数： 则 查机械设计对称循环变应力时轴的弯曲应力；则有，故安全。图4.5 小齿轮的载荷分析图4.5轴承的选择与计算 大齿轮轴的上下端轴承的选择如前面内容所示。4.5.1大齿轮轴轴承的校核 大齿轮轴上的轴承主要承受了轴向力，径向力几乎被抵消完，所以只用轴向力进行校核，由机械设计： （4.14）查机械设计得载荷系数；轴向力主要是轴上零件的重力，估算重力约为2000N，则： 查机械设计得： （4.15）校核大齿轮轴上端所装深沟球轴承：深沟球轴承动载荷。当量动载荷P=3200N。 由机械设计查得推荐的轴承预期寿命。计算：所以深沟球轴承寿命足够。校核大齿轮轴下端所装双列角接触的球轴承：对于角接触球轴承，基本额定当量动载荷，当量动载荷P=3200N，计算：所以双列角接触球轴承寿命足够。4.5.2小齿轮轴轴承的校核a. 小齿轮轴承参数 由机械设计手册查得：型号：33006 单列圆锥滚子轴承（GB/T297-1994）径向当量动载荷：；径向当量静载荷：；计算系数：；由机械设计得：b. 计算轴承的受力(1) 径向力 (2) 轴向外载荷(3) 附加轴向力S (4)实际轴向力 因为 所以 c. 计算当量动载荷 ，取动载荷系数 对于轴承A： 所以 X=0.4，Y=2.1则 对于轴承B： 所以 X=1，Y=0则 d. 计算轴承寿命 （4.16）其中：计算： 故选用33006轴承寿命足够。4.6键连接的选择和校核4.6.1联轴器与大齿轮轴的键连接 此处选用圆头普通平键： （GB1095-79）半联轴器与轴配合的毂孔长度84mm，由机械设计查得参考键的 长度系列选取键长L=70mm。 已知此处轴径：d=42mm，键与轮毂槽的接触高度：K=0.5h=0.58=4mm 键的工作长度： 轴的扭矩：又：键、轴和半联轴器的材料均为钢，查机械设计许用挤压应力，取其中间值据式（6-1）进行校核： 所以此键连接强度足够。4.6.2大齿轮与大齿轮轴的连接 此处采用圆头平键：因齿轮宽度为120mm，参考键的长度系列，选取键长L=110mm，由于键、轴以及齿轮材料均为钢，查机械设计得： 许用挤压应力：，取中间值已知此处轴径： 键与轮毂键槽的接触高度K=0.5h=0.59=4.5mm 键的工作长度 轴的扭矩 于是据机械设计进行校核： 所以此处键连接强度足够。4.6.3小齿轮与小齿轮轴的连接 此处采用圆头普通平键： 小齿轮宽度120mm,参考键的长度系列，取键长L=110mm，键、轴和齿轮均为钢，查机械设计得许用挤压应力，取中间值。 已知轴径d=30mm,键与轮毂槽的接触高度K=0.5h=0.57=3.5mm键的工作长度 轴的扭矩：于是据机械设计进行校核： 故此键连接强度足够。 5 液压传动部分设计 5 液压传动部分设计5.1液压传动系统的设计要求 a. 工件为直径 加工的工件为直径501mm的10孔汽车轮辐。b. 速度工作台快进、快退速度为0.08m/s，工进速度为210m/s，加速时间为0.1s。c. 精度加工精度为7级。d. 进给速度平稳，系统发热量小。e. 系统应满足自动化要求。f. 液压缸的机械效率。取液压缸的机械效率。5.2工况分析与液压系统主参数的确定为了使液压传动系统设计的更加合理，应该对其进行工况分析。多轴钻床液压系统的主要作用就在于推动工作台的升降，通过分析其负载来进一步确定液压系统的各主要参数以便进行设计。5.2.1负载分析通过分析得出液压系统的负载由以下4部分构成：a. 系统的工作负载。b. 摩擦力产生的负载。c. 由于惯性产生的负载。 d. 由于重力产生的负载G。5.2.2各参数的计算a. 系统的工作负载多轴钻床扩孔时的轴向力即为系统的工作负载： b. 摩擦力产生的负载 毕业设计（论文） 摩擦力为工作台导轨与导轨之间产生的摩擦阻力，包含动、静摩擦力两部分，即： = （5.1）取动摩擦系数为0.1,静摩擦系数为0.2，预紧力N=40N，则 =0.140=4 40=8则： =4+8=12 c. 惯性力产生的负载 =ma=（N） （5.2）其中： g为重力加速度； 为内速度的变化量； 为时间的变化； G为工作台、工件的重力约为1000N。则： = d. 重力产生的负载G 工作台、工件等重力约为G=1000N 5.2.3工况负载分布表 表5.1 工况负载分布表工况负载计算公式液压缸负载F（）液压缸推力起动10081061加速1085.631142.77快进10041056.84工进3452.043633.73反向启动3440.043621.09反向加速914.37962.49快退9961048.42 5.2.4负载在各工况阶段分布图图5.1 工况负载分布图5.3液压缸的设计计算5.3.1液压缸参数计算根据机械设计手册查得所选取液压缸的具体参数为：表5.2 HSG型工程用液压缸的参数表缸径（mm）速度比活塞杆直径（mm）额定工作压力（MPa）推力（MPa）拉力（MPa）最大行程（mm）401.3320162010015080320据实际情况判断，选用单活塞杆液压缸，管路中有压力损失，快进时回油路压力损失，快退时回油路压力损失，因为在快退时，工作台有重力和惯性负载，所以在进油回路上装一背压阀，取背压值，所选液压缸，其实际有效工作面积为： 5.3.2快进、工进、快退时液压缸各参数计算a. 快进时 （5.3） （5.4） （5.5）b. 工进时 （5.6） （5.7） （5.8）c. 快退时 （5.9） （5.10） （5.11）计算结果如下表所示：表5.3 各工况液压缸参数表工况(N)液压缸(MPa)快进启动10613.68094.53 加速1142.773.940.3恒速1056.843.670.3 工进3633.732.9007.28快退启动-3621.09-3.690-32.66加速-962.49-0.07 0.6恒速-1048.42-0.160.65.4液压系统的设计 5.4.1液压回路的选择a. 定量泵节流调速回路在液压系统中采用定量泵供油时，因泵的输出流量的值是一定的，所以要改变输入执行元件的流量，须在泵的出口处接一条支路，将多余的流量溢回油箱，这样的调速回路称为节流调速回路。定量泵的节油调速回路一般有三种形式：进油节流调速，回油节流调速与旁路节流调速，所设计的液压回路主要在进油、回油节流调速之间选择。定量泵节流调速回路一般都是由定量泵、执行元件与各流量控制阀组成，其中，流量控制阀起调节流量的作用，溢流阀起压力补偿，保护回路的作用。（1）进油节流调速回路在液压泵和液压缸之间串联节流阀，通过它的控制作用来调节进入液压缸的流量从而达到调速的目的，这样的调速回路称之为进油节流调速回路。考虑到所设计的多轴钻床液压系统功率比较小，因此选用节流调速方式，工进时通过调节进油路节流阀来保证速度稳定，快退时利用节流阀产生背压，在回油路上产生阻尼作用。 （2） 回油节流调速回路将节流阀串联在液压缸的回油路上，借助节流阀控制液压缸的排油量来实现调速的目的，称为回油路节流调速。 （3）进油、回油节流调速区别进油、回油节流调速都是通过调节液压缸活塞的运动速度，速度与活塞腔面积成正比，当面积一定时，速度随负载的增加而下降的过程，两者在调节速度的同时都有溢流和节流损失，它们的区别如下：1） 平稳性 由于回油节流调速回路本身存在背压，所以可以有效防止活塞杆低速运动时出现爬行，高速运动时出现振颤的现象，而进油节流调速回路在加上背压阀的情况下也可以防止这类现象的发生。2） 承受负值负载的能力 进油节流调速回路在加装背压阀的情况下和回油节流调速回路一样可以承受负值负载。3） 启动性能 回油节流调速回路启动性能较差，而进油节流调速回路只要在开车时关小节流阀即可避免启动时的冲击。4） 回油路压
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