普通鉆床改造為多軸鉆床的設(shè)計含10張CAD圖
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普通鉆床改造為多軸鉆床的設(shè)計
摘 要
本設(shè)計是關(guān)于普通鉆床改造為多軸鉆床的設(shè)計。普通鉆床為單軸機床，但安裝上多軸箱就會成為多軸的鉆床，改造成多軸鉆床后，能大大地縮短加工時間，提高生產(chǎn)效率。因此本設(shè)計的重點是多軸箱的設(shè)計，設(shè)計內(nèi)容包括齒輪分布與選用、軸的設(shè)計、多軸箱的選用、導(dǎo)向裝置設(shè)計等。
多軸鉆床是一種能滿足多軸同時加工要求的鉆床。諸如導(dǎo)向、功率、進給、轉(zhuǎn)速與加工范圍等。巴黎展覽會中展出的多軸鉆床多具液壓進給。其整個工作循環(huán)如快進、工進與清洗鐵屑等都是自動進行。值得注意的是，多數(shù)具有單獨的變速機構(gòu)，這樣可以適應(yīng)某一組孔中不同孔徑的加工需求。
多軸加工生產(chǎn)效率高；投資少；加工零件的適應(yīng)性強；靈活性好；加工精度高，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定；減少工人勞動強度；生產(chǎn)準(zhǔn)備周期短；產(chǎn)品改型時設(shè)備損失少。而且隨著數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，多軸加工的范圍一定會愈來愈廣，加工效率也會不斷提高。
關(guān)鍵詞： 多軸鉆床；生產(chǎn)效率，多軸箱；導(dǎo)向裝置；齒輪傳動箱
ABSTRACT
The design is about reconstructing the ordinary drill to a multiple drill. The ordinary drill is a single drill. It will improve its productive efficiency, shorten its processing time if assembled a multiple spindle case on. That so calls a multiple drill. Hereby, the keystone of this design paper is how to design a multiple spindle heads. The design subjects include the selection and distribution of gear wheel, the design of spindle, and the guiding equipment and selection of the multiple spindle heads, etc.
The multiaxial drilling machine is a lind of can meet the requrements of the shaft and processing drilling machine.Such as guidance,power,and speed and processing in range,etc.Paris exhibitiong display in the multiaxial drilling machine attractive to hydraulic into.The whole work cycle such as quick in,work into and cleaning oxide and are automatically.It is worth nothing that,many with single speed changing institutions,so can adapt to a group of different diameter hole processing demand.
Many axis machine high production efficiency;Less investment;The processing components adaptability is strong;Flexibility is good;Processing precisionis high,the product quality is stable;Reduce the labor intensity;Production preparation period is short;The retrofit products when equipment loss less.And with the development of numerical control technology,the axis machining scope will be more and more wide,processing efficiency unceasingly will also improve.
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Key words: Multiple Drill；Productive Efficiency；Multiple Spindle Heads；Orientation Device；Gear Transmission Box
目 錄
摘要………………………………………………………………………………………Ⅰ
Abstract ………………………………………………………………………………Ⅱ第 1章 緒論 ………………………………………………………………………… 1
1.1多軸加工應(yīng)用 ………………………………………………………………… 1
1.1.1多軸加工趨勢 ………………………………………………………………1
1.2多軸加工的設(shè)備 …………………………………………………………………1
1.2.1多軸頭 ……………………………………………………………………2
1.2.2多軸箱 ……………………………………………………………………2
1.2.3多軸鉆床 ……………………………………………………………………2
1.2.4自動更換主軸箱機床 ………………………………………………………3
1.3 多軸加工的趨勢 ………………………………………………………………3第 2章 普通鉆床改為多軸鉆床…………………………………………………4
2.1 生產(chǎn)任務(wù) …………………………………………………………………………4
2.2普通立式鉆的選型……………………………………………………………4
2.2.1計算所需電機功率 …………………………………………………………4
2.2.2立式鉆床的確定 ……………………………………………………………5
2.3本章小結(jié)……………………………………………………………………6
第 3 章 多軸齒輪傳動箱的設(shè)計 …………………………………………………7
3.1設(shè)計前的準(zhǔn)備……………………………………………………………………7
3.2動力系統(tǒng)的設(shè)計與計算……………………………………………………………8
3.3本章小結(jié)……………………………………………………………………15
第 4 章 多軸箱的結(jié)構(gòu)設(shè)計與零部件圖的繪制 ………………………………16
4.1箱蓋箱體和中間板的結(jié)構(gòu) ……………………………………………………16
4.2多軸箱軸的設(shè)計…………………………………………………………………16
4.3軸坐標(biāo)計算…………………………………………………………………35
4.4本章小結(jié)……………………………………………………………………35
第 5 章 導(dǎo)向裝置的設(shè)計和接桿工具……………………………………………36
5.1導(dǎo)柱導(dǎo)套導(dǎo)向設(shè)置……………………………………………………………36
5.1.1導(dǎo)柱導(dǎo)套布置形式…………………………………………………………36
5.1.2導(dǎo)柱導(dǎo)套緊固方法 ……………………………………………………… 36
5.1.3導(dǎo)柱導(dǎo)套尺寸 ……………………………………………………………36
5.2導(dǎo)向裝置組成…………………………………………………………………37
5.3接桿工具……………………………………………………………………37
5.4本章小結(jié)……………………………………………………………………37
結(jié)論 …………………………………………………………………………………38
參考文獻 ………………………………………………………………………………39
致謝 …………………………………………………………………………………40
第 1 章 緒 論
1.1多軸加工應(yīng)用
據(jù)統(tǒng)計，一般在車間中普通機床的平均切削時間很少超過全部工作時間的15%。其余時間是看圖、裝卸工件、調(diào)換刀具、操作機床、測量 以及清除鐵屑等等。使用數(shù)控機床雖然能提高85%，但購置費用大。某些情況下，即使生產(chǎn)率高，但加工相同的零件，其成本不一定比普通機床低。故必須更多地縮短加工時間。不同的加工方法有不同的特點，就鉆削加工而言，多軸加工是一種通過少量投資來提高生產(chǎn)率的有效措施。
1.1.1多軸加工優(yōu)勢
雖然不可調(diào)式多軸頭在自動線中早有應(yīng)用，但只局限于大批量生產(chǎn)。即使采用可調(diào)式多軸頭擴大了使用范圍，仍然遠(yuǎn)不能滿足批量小、孔型復(fù)雜的要求。尤其隨著工業(yè)的發(fā)展，大型復(fù)雜的多軸加工更是引人注目。例如原子能發(fā)電站中大型冷凝器水冷壁管板有15000個ψ20孔，若以搖臂鉆床加工，單單鉆孔與锪沉頭孔就要842.5小時，另外還要劃線工時151.1小時。但若以數(shù)控八軸落地鉆床加工，鉆锪孔只要171.6小時，劃線也簡單，只要1.9小時。因此，利用數(shù)控控制的二個坐標(biāo)軸，使刀具正確地對準(zhǔn)加工位置，結(jié)合多軸加工不但可以擴大加工范圍，而且在提高精度的基礎(chǔ)上還能大大地提高工效，迅速地制造出原來不易加工的零件。有人分析大型高速柴油機30種箱形與桿形零件的2000多個鉆孔操作中，有40%可以在自動更換主軸箱機床中用二軸、三軸或四軸多軸頭加工，平均可減少20%的加工時間。1975年法國巴黎機床展覽會也反映了多軸加工的使用愈來愈多這一趨勢。
1.2 多軸加工的設(shè)備
多軸加工是在一次進給中同時加工許多孔或同時在許多相同或不同工件上各加工一個孔。這不僅縮短切削時間，提高精度，減少裝夾或定位時間，并且在數(shù)控機床中不必計算坐標(biāo)，減少字塊數(shù)而簡化編程。它可以采用以下一些設(shè)備進行加工：立鉆或搖臂鉆上裝多軸頭、多軸鉆床、多軸組合機床心及自動更換主軸箱機床。甚至可以通過二個能自動調(diào)節(jié)軸距的主軸或多軸箱，結(jié)合數(shù)控工作臺縱橫二個方向的運動，加工各種圓形或橢圓形孔組的一個或幾個工序?，F(xiàn)在就這方面的現(xiàn)狀作一簡介。
1.2.1多軸頭
從傳動方式來說主要有齒輪傳動與萬向聯(lián)軸節(jié)傳動二種。這是大家所熟悉的。前者效率較高，結(jié)構(gòu)簡單，后者易于調(diào)整軸距。從結(jié)構(gòu)來說有不可調(diào)式與可調(diào)式二種。前者軸距 不能改變，多采用齒輪傳動，僅適用于大批量生產(chǎn)。為了擴大其贊許適應(yīng)性，發(fā)展了可調(diào)式多軸頭，在一定范圍內(nèi)可調(diào)整軸距。它主要裝在有萬向.二種。（1）萬向軸式也有二種:具有對準(zhǔn)裝置的主軸。主軸裝在可調(diào)支架中，而可調(diào)支架能在殼體的T形槽中移動，并能在對準(zhǔn)的位置以螺栓固定。（2）具有公差的圓柱形主軸套。主軸套固定在與式件孔型相同的模板中。前一種適用于批量小且孔組是規(guī)則分布的工件（如孔組分布在不同直徑的圓周上）。后一種適用于批量較大式中小批量的輪番生產(chǎn)中，剛性較好，孔距精度亦高，但不同孔型需要不同的模板。
多軸頭可以裝在立鉆式搖臂鉆床上，按鉆床本身所具有的各種功能進行工作。這種多軸加工方法，由于鉆孔效率、加工范圍及精度的關(guān)系，使用范圍有限。
1.2.2 多軸箱
也象多軸頭那樣作為標(biāo)準(zhǔn)部件生產(chǎn)。美國Secto公司標(biāo)準(zhǔn)齒輪箱、多軸箱等設(shè)計的不可調(diào)式多軸箱。有32種規(guī)格，加工面積從300Ｘ300毫米到600Ｘ1050毫米，工作軸達60根，動力達22.5千瓦。Romai工廠生產(chǎn)的可調(diào)多軸箱調(diào)整方便，只要先把齒輪調(diào)整到接近孔型的位置，然后把與它聯(lián)接的可調(diào)軸移動到正確的位置。因此，這種結(jié)構(gòu)只要改變模板，就能在一定范圍內(nèi)容易地改變孔型，并且可以達到比普通多軸箱更小的孔距。
根據(jù)成組加工原理使用多軸箱或多軸頭的組合機床很適用于大中批量生產(chǎn)。為了在加工中獲得良好的效果，必需考慮以下數(shù)點：（1）工件裝夾簡單，有足夠的冷卻液沖走鐵屑。（2）夾具剛性好，加工時不形變，分度定位正確。（3）使用二組刀具的可能性，以便一組使用，另一組刃磨與調(diào)整，從而縮短換刀停機時間。（4）使用優(yōu)質(zhì)刀具，監(jiān)視刀具是否變鈍，鉆頭要機磨。（5）尺寸超差時能立即發(fā)現(xiàn)。
1.2.3多軸鉆床
這是一種能滿足多軸加工要求的鉆床。諸如導(dǎo)向、功率、進給、轉(zhuǎn)速與加工范圍等。巴黎展覽會中展出的多軸鉆床多具液壓進給。其整個工作循壞如快進、工進與清除鐵屑等都是自動進行。值得注意的是，多數(shù)具有單獨的變速機構(gòu)，這樣可以適應(yīng)某一組孔中不同孔徑的加工需要。
1.2.4 自動更換主軸箱機床
為了中小批量生產(chǎn)合理化的需要，最近幾年發(fā)展了自動更換主軸箱組合機床。
1、 自動更換主軸機床
自動更換主軸機床頂部是回轉(zhuǎn)式主軸箱庫，掛有多個不可調(diào)主軸箱?？v橫配線盤予先編好工作程序，使相應(yīng)的主軸箱進入加工工位，定位緊并與動力聯(lián)接，然后裝有工件的工作臺轉(zhuǎn)動到主軸箱下面，向上移動進行加工。當(dāng)變更加工對象時，只要調(diào)換懸掛的主軸箱，就能適應(yīng)不同孔型與不同工序的需要。
2、 多軸轉(zhuǎn)塔機床
轉(zhuǎn)塔上裝置多個不可調(diào)或萬向聯(lián)軸節(jié)主軸箱，轉(zhuǎn)塔能自動轉(zhuǎn)位，并對夾緊在回轉(zhuǎn)工作臺的工件作進給運動。通過工作臺回轉(zhuǎn)，可以加工工件的多個面。因為轉(zhuǎn)塔不宜過大，故它的工位數(shù)一般不超過4—6個。且主軸箱也不宜過大。當(dāng)加工對象的工序較多、尺寸較大時，就不如自動更換主軸箱機床合適，但它的結(jié)構(gòu)簡單。
3、 自動更換主軸箱組合機床
它由自動線或組合機床中的標(biāo)準(zhǔn)部件組成。不可調(diào)多軸箱與動力箱按置在水平底座上，主軸箱庫轉(zhuǎn)動時整個裝置緊固在進給系統(tǒng)的溜板上。主軸箱庫轉(zhuǎn)動與進給動作都按標(biāo)準(zhǔn)子程序工作。換主軸箱時間為幾秒鐘。工件夾緊于液壓分度回轉(zhuǎn)工作臺，以便加工工件的各個面。好果回轉(zhuǎn)工作臺配以卸料裝置，就能合流水生產(chǎn)自動化。在可變生產(chǎn)系統(tǒng)中采用這種裝置，并配以相應(yīng)的控制器可以獲得完整的加工系統(tǒng)。
4、數(shù)控八軸落地鉆床
大型冷凝器的水冷壁管板的孔多達15000個，它與支撐板聯(lián)接在一起加工?？讖綖?0毫米，孔深180毫米。采用具有內(nèi)冷卻管道的麻花鉆，5－7巴壓力的冷卻液可直接進入切削區(qū)，有利于排屑。鉆尖磨成90°供自動 定心。它比普通麻花鉆耐用，且進給量大。為了縮短加工時間，以8軸數(shù)控落地加工。
1． 3 多軸加工趨勢
多軸加工生產(chǎn)效率高，投資少，生產(chǎn)準(zhǔn)備周期短，產(chǎn)品改型時設(shè)備損失少。而且隨著我國數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，多軸加工的范圍一定會愈來愈廣，加工效率也會不斷提高。
第2章 普通鉆床改為多軸鉆床
2.1生產(chǎn)任務(wù)
在一批鑄鐵連接件上有同一個面上有多個孔加工。在普通立式鉆床上進行孔加工，通常是一個孔一個孔的鉆削，生產(chǎn)效率低，用非標(biāo)設(shè)備，即組合機床加工，生產(chǎn)效率高，但設(shè)備投資大。
但把一批普通立式普通單軸鉆床改造為立式多軸鉆床，改造后的多軸鉆床，可以同時完成多個孔的鉆、擴、鉸、等工序。設(shè)計程序介紹如下：
2.2 普通立式鉆床的選型
2.2.1 計算所需電機功率
零件圖如圖2.1所示：
圖2.1 零件圖
圖2.1為工件零件圖，材料：鑄鐵HT200；料厚：5mm；硬度：HBS170-240HBS；年產(chǎn)量：1000萬件；4-6.7尺寸精度IT13.
(1) 確定四個孔同時加工的軸向力，公式：
式中：=365.9,=,=0.661,=1.217,=0.361,=1.1,
由文獻[1] （表15-37）查得
=0.35m/s
則 （2.1）
所需電機功率： （2.2）
2.2.2 立式鉆床的確定
根據(jù)上面計算所需電機的功率，現(xiàn)選用Z525立式鉆床，其主要技術(shù)參數(shù)如表2.1所示：
表2.1 Z525立式鉆床主要技術(shù)參數(shù)
2.3 本章小結(jié)
1、可實現(xiàn)立、臥銑兩種加工功能。
2、立式主軸套筒具有手動和微動兩種進給。
3、工作臺導(dǎo)軌副超音頻淬火后磨削。
4、工作臺分三種機動進給方式：A型為三向；C型為單向；D型為兩向。
第3章 多軸齒輪傳動箱的設(shè)計
3.1 設(shè)計前的準(zhǔn)備
1、大致了解工件上被加工孔為4個Ф10的孔。毛坯種類為灰鑄鐵的鑄件，由于石墨的潤滑及割裂作用，使灰鑄鐵很易切削加工，屑片易斷，刀具磨損少，故可選用硬質(zhì)合金錐柄麻花鉆（GB10946-89）]
2、切削用量的確定
由文獻[1]（表2-7）查得
切削速度,進給量.
則切削轉(zhuǎn)速 （3.1）
根據(jù)Z525機床說明書，取
故實際切削速度為： （3.2）
3、確定加工時的單件工時 圖3.1為鉆頭工作進給長度，
圖3.1 鉆頭進給長度
一般為5-10mm,取10mm，
由文獻[5]查得
加工一個孔所需時間： （3.3）
單件時工時： （3.4）
3.2 動系統(tǒng)的設(shè)計與計算
1、選定齒輪的傳動方式：初定為外嚙合。
2、齒輪分布方案確定：
根據(jù)分析零件圖，多軸箱齒輪分布初定有以下圖3.2，圖3.3兩種形式
圖3.2 圖3.3
根據(jù)通常采用的經(jīng)濟而又有效的傳動是：用一根傳動軸帶支多根主軸。因此，本設(shè)計中采用了圖3.3所示的齒輪分布方案。
3、明確主動軸、工作軸和惰輪軸的旋轉(zhuǎn)方向，并計算或選定其軸徑大小。
因為所選定的Z535立式鉆床主軸是左旋，所以工作軸也為左旋，而惰輪軸則為右旋。
根據(jù)表2確定工作軸直徑《機械制造》.8/97：43
表3.1 加工孔徑與工作軸直徑對應(yīng)表（mm）
因為加工孔徑為Ф10mm,所以工作軸直徑選15mm.
主動軸和惰輪軸的直徑在以后的軸設(shè)計中確定。
4、排出齒輪傳動的層次，設(shè)計各個齒輪。
①本設(shè)計的齒輪傳動為單層次的齒輪外嚙合傳動，傳動分布圖如圖4所示。
②在設(shè)計各個齒輪前首先明確已知條件：電機輸入功率,齒輪Ⅰ轉(zhuǎn)速, 齒輪Ⅲ轉(zhuǎn)速,假設(shè)齒輪Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的傳動比均為i=0.84,即齒輪比u=1.2,工作壽命15年（每年工作300天），兩班制。
③選定齒輪類型，精度等級，材料及齒數(shù)
?選用直齒輪圓柱齒輪傳動；
?多軸箱為一般工作機器，速度不高，故選用7級精度（GB10095-88）;
?材料選擇
由文獻[1]（表10-1）查得
選擇齒輪Ⅰ材料為40Cr（調(diào)質(zhì)），硬度為280HBS，齒輪Ⅱ材料為45（調(diào)質(zhì)），硬度為240HBS，齒輪Ⅲ材料為45（?；?，硬度210HBS;
?選齒輪Ⅰ齒數(shù),齒輪Ⅱ齒數(shù),取.
①按齒面接觸強度設(shè)計
由設(shè)計計算公式進行試算，? （3.5）
? 確定公式內(nèi)的各計算數(shù)值
1)試選載荷系數(shù);
2)計算齒輪Ⅰ傳遞的轉(zhuǎn)矩
（3.6）
3) 由文獻[4]（表10-7）查得
選取齒寬系數(shù)=0.5
4) 由文獻[4]（表10-6）查得
材料的彈性影響系數(shù)
5) 由文獻[4]（表10-21d）查得
按齒面硬度查得齒輪Ⅰ的接觸疲勞強度極限？;齒輪Ⅱ的接觸疲勞強度極限？;
6) 由文獻[4]（表10-13）查得
計算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)：
（3.7）
（3.8）
7) 由文獻[4]（表10-19）查得
接觸疲勞壽命系數(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),
由文獻[4]（表10-12）查得
（3.9）
; （3.10）
?計算
1)試算小齒輪分度圓直徑，代入中較小的值:
（3.11）
2)計算圓周速度V:
（3.12）
3)計算齒
（3.13）
4)計算齒寬與齒高之比
模數(shù)： （3.14）
齒高： （3.15）
（3.16）
5)計算載荷系數(shù)
根據(jù)v=3.81m/s,7級精度，
由文獻[4]（表10-8）查得動載系數(shù)Kv=1.14,
直齒輪，假設(shè),
由文獻[4]（表10-3）查得;
由文獻[4]（表10-2）查得使用系數(shù);
由文獻[4]（表10-4）查得7級精度齒輪Ⅰ相對支承非對稱布置時，
（3.17）
將數(shù)據(jù)代入后得：
;
由,
由文獻[4]（表10-13）查得;
故載荷系數(shù) （3.18）
6)按實際的載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑，
由文獻[4]（式10-10a）查得
=53.649x=57.18mm （3.19）
7)計算模數(shù)m
m=d1/Z1=57.18/24=2.4mm,圓整為m=25mm.
⑤按齒根彎曲強度設(shè)計
由文獻[4]（式10-5）得
彎曲強度的設(shè)計公式為m≥
?確定公式內(nèi)的各計算數(shù)值
1） 由文獻[4]（圖10-20）查得
齒輪Ⅰ的彎曲疲勞極限=500Mpa;
齒輪Ⅱ的彎曲疲勞強度極限=380Mpa;
2) 由文獻[4]（圖10-18）查得
彎曲疲勞壽命系數(shù);
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,
由文獻[4]（式10-12）查得
[]1===303.57Mpa （3.20）
==238.86MPa
4)計算載荷系數(shù)
（3.21）
5) 查取齒形系數(shù)
由文獻[4]（表10-5）查得
6)查取應(yīng)力校正系數(shù)
由文獻[4]（表10-5）查得
7）計算齒輪Ⅰ、Ⅱ的并加以比較
==0.01379 （3.22）
==0.01716
齒輪Ⅱ的數(shù)值大。
?設(shè)計計算
m≥ （3.23）
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)m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)，可取由彎曲強度算得的模數(shù)1.5。在零件圖中可知，主動軸與惰輪軸的中心距為51mm，即齒輪Ⅰ、Ⅱ完全嚙合的中心距，得：
m()=51 （3.24）
1.5x()=51 （3.25）
Z1=31, Z2=37
惰輪軸與工作軸的中心距為61.5mm，即齒輪Ⅱ與齒輪Ⅲ完全嚙合時中心距，即
m()=61.5
1. 5()=61.5
Z3=45
⑥幾何尺寸計算
?計算分度圓直徑：
d1=Z1?m=31x1.5=46.5mm
d2=Z2?m=37x1.5=55.5mm
d3=Z3?m=45x1.5=67.5mm
?計算中心中距
aⅠⅡ=51mm,aⅡⅢ=61.5mm
?計算齒輪齒寬
（3.26）
取
⑦驗算
Ft===819.2N （3.27）
==35.66N/mm<100N/mm 合格
3.3 本章小結(jié)
本章確定了多軸齒輪傳動箱的動力系統(tǒng)的設(shè)計和計算，確定了齒輪分布方案。明確主動軸、工作軸和惰輪軸的旋轉(zhuǎn)方向，并計算或選定其軸徑大小。
第4章 多軸箱的結(jié)構(gòu)設(shè)計與零部件的繪制
多軸箱的傳動方式為外嚙合，齒輪傳動的排列層次為一層。
4.1箱蓋、箱體和中間板結(jié)構(gòu)
(1)箱體選用240mmx200mm長方形箱體，箱蓋與之匹配。箱體材料為HT20-40, 箱蓋為HT15-33.
(2)中間板的作用：箱內(nèi)部分是軸承的支承座，伸出箱外的部分是導(dǎo)向裝置中的滑套支承座，為便于設(shè)計人員選用，已將中間板規(guī)范為23mm和28mm兩種厚度的標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)選用23mm厚的中間板，材料為HT15-33。
4.2多軸箱軸的設(shè)計
(1)主動軸的設(shè)計
①軸材料的選擇
由文獻[4]（表15-3）查得
軸材料選用45鋼，調(diào)質(zhì)處理。
②軸徑的確定
根據(jù)公式d≥A0(15-2) （4.1）
式中A0=,
由文獻[4]（表15-3）
A0取110
d≥110x=13.9mm,取d=25mm
③軸結(jié)構(gòu)設(shè)計
圖4.1 主動軸
?選擇滾動軸承
因為軸承同時受有徑向載荷及軸向載荷，故前、后端均選用單列向心球軸承，
由文獻[5]（表1-14）查得
選用7204c軸承。
?軸上各段直徑，長度如圖4.1所示。
?鍵的確定
因為齒輪寬為35mm,所以選用8x7x22平鍵，
由文獻[4]（表6-1）查得
?確定軸上圓角和倒角尺寸
由文獻[4]（表15-2）查得
取軸端倒角2x450,各軸肩的圓角半徑為R=1.0mm.
?按彎扭合成校核軸的強度
作出軸的計算簡圖
圖4.2 主動軸計算簡圖
軸上扭轉(zhuǎn)力矩為
M=9549x=9549x=19.7 （4.2）
周向力為
Py===1970N （4.3）
徑向力為
Pz=0.48 Py=0.48x1970=945.6N
圖4.3 主動軸的載荷分析圖
根據(jù)軸的計算簡圖，分別作出軸的扭矩圖、垂直圖的彎矩My圖和水平平面內(nèi)的彎矩Mz圖，如圖4.3所示。從圖中可知，截面E為危險截面，在截面E上，扭矩T和合成彎矩M分別為
T=19.7;
M===39.3 （4.4）
軸材料選用45鋼，=355Mpa,許用應(yīng)力[]=[文獻5],為許用應(yīng)力安全系數(shù)，取=1.5,則[]==237Mpa
按第三強度理論進行強度校核
公式， （4.5）
由文獻[4]（表15-4）查得
W為軸的抗彎截面系數(shù)，W=-
W==1533.2-105.8=1427.4 （4.6）
=
=30.8Mpa<[]
即軸的強度足夠。
?精確校核軸的疲勞強度
在上面的分析中已判定E截面為危險截面，所以現(xiàn)在校校E面左右兩側(cè)即可，其他截面均無需校核。
截面E左側(cè)面校核：
抗彎截面系數(shù)W為：W=0.1d3=0.1x303=2700mm3
抗扭截面系數(shù)WT為：WT=0.2d3=0.2x303=5400mm3
彎矩M及彎曲應(yīng)力為:M=39300x=35496.8
===13.1Mpa （4.7）
扭矩T3及扭轉(zhuǎn)應(yīng)力為：T3=19700
===3.6Mpa
軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理， =640Mpa,=275Mpa,=155Mpa。
過盈配合處的值，
由文獻[4]（附表3-8）查得
用插入法求出，并取=0.8,
于是得=2.85, =0.8x2.85=2.28
軸按磨削加工，
由文獻[14]（附表3-4）查得
得表面質(zhì)量系數(shù)為==0.92
故得綜合系數(shù)為：K=--1=2.85+=2.94 （4.8）
K=+-1=2.28+=2.37
計算安全系數(shù)：
S===7.1 （4.9）
S===35.6
Sca===6.9>S=1.5 故安全 （4.10）
截面E右側(cè)面校核：
抗彎截面系數(shù)W為：W=0.1d3=0.1x203=800mm3
抗扭截面系數(shù)WT為：WT=0.2d3=0.2x203=1600mm3
彎矩M及彎曲應(yīng)力為:M=39300x=35496.8
===44.4Mpa （4.11）
扭矩T3及扭轉(zhuǎn)應(yīng)力為：T3=19700
===12.3Mpa
截面上由于軸肩而形成的理論應(yīng)力集中系數(shù)a及a
由文獻[4]（附表3-2）查得
因==0.05,==1.25,經(jīng)插值后可查得:a,a
由文獻[4]（附圖3-1）
可得軸提材料的敏性系數(shù)為：q,q
由文獻[4]（表3-4）查得
故有效應(yīng)力集中系數(shù)按式為：
k （4.12）
k
由文獻[4]（附圖3-2）得尺寸系數(shù)
由文獻[4]（附圖3-3）得扭轉(zhuǎn)尺寸系數(shù)
軸按磨削加工，
由文獻[4]（附圖3-4）得表面質(zhì)量系數(shù)為==0.92
軸未經(jīng)表面強化處理，即，，得綜合系數(shù)值為：
K=--1=+=2.09
K=+-1=+=1.67
計算安全系數(shù)：
S===2.96 （4.13）
S===14.7
Sca===2.9>S=1.5 （4.14）
故該軸在截面右側(cè)面是安全的，又因為軸無大的瞬時過載及嚴(yán)重的應(yīng)力循環(huán)不對稱性，故可略去靜強度校核。
?軸承的校核
機床一般傳動軸的滾動軸承失效形式，主要是疲勞破壞，故應(yīng)進行疲勞壽命計算。
滾動軸承疲勞壽命計算公式：
由文獻[4]（10-5）
式中：
因為所受的軸向力太小，所以忽略不計,Fa=0
由文獻[6]（表3.8-50）得
所受徑向力Fr=945.6/2=472.8N
P=0.41Fr+0.87Pa=0.41x472.8=193.8
由文獻[6]（表13-3）查得
>=30000h
軸承安全
(2)惰軸的設(shè)計
①軸材料的選擇
由文獻[4]（表15-3）查得軸材料選用45鋼，調(diào)質(zhì)處理。
②軸徑的確定
由文獻[4]（15-2）查得
根據(jù)公式d≥A0
=110，取d=20mm
③軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計：
圖4.4 惰輪軸
?選擇滾動軸承
因為軸承同時受有徑向載荷及軸向載荷，選用單列向心球軸承，
由文獻[5]（表1-14）查得選用7002c軸承。
?軸上各段直徑，長度如圖4.4所示。
?鍵的確定
由文獻[4]（表6-1）查得
因為齒輪寬為30mm,所以選用6x6x18平鍵
?軸上圓角和倒角尺寸
由文獻[4]（表15-2）查得
取軸端倒角2x450,各軸肩的圓角半徑為R=1.0mm.
?扭合成校核軸的強度
作出軸的計算簡圖
圖4.5 惰輪軸計算簡圖
軸上扭轉(zhuǎn)力矩為
M=9549x=9549x=23.2 （4.15）
周向力為
Py===2320N （4.16）
徑向力為Pz=0.48 Py=0.48x2320=1113.6N
圖4.6 惰輪軸的載荷分析圖
根據(jù)軸的計算簡圖，分別作出軸的扭矩圖、垂直圖的彎矩My圖和水平平面內(nèi)的彎矩Mz圖，如圖4.6所示。從圖中可知，截面E為危險截面，在截面E上，扭矩T和合成彎矩M分別為
T=23.2;
M===32.8 （4.17）
按第三強度理論進行強度校核
公式，
由文獻[4]（表15-4）查得
W為軸的抗彎截面系數(shù)，W=-
W==785-81=704
=
=70Mpa<[]=237Mpa
即軸的強度足夠。
?校核軸的疲勞強度
在上面的分析中已判定E截面為危險截面，所以現(xiàn)在校校E面左右兩側(cè)即可，其他截面均無需校核。
截面E左側(cè)面校核：
抗彎截面系數(shù)W為：W=0.1d3=0.1x253=1562.5mm3
抗扭截面系數(shù)WT為：WT=0.2d3=0.2x253=312.5mm3
彎矩M及彎曲應(yīng)力為:M=32800x=22707.7
===14.5Mpa
扭矩T3及扭轉(zhuǎn)應(yīng)力為：T3=23200
===74.2Mpa
軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理， =640Mpa,=275Mpa,=155Mpa。
過盈配合處的值，
由文獻[4]（附表3-8）查得
用插入法求出，并取=0.8,
于是得=2.69, =0.8x2.69=2.15
軸按磨削加工，
由文獻[4]（附表3-4）查得
表面質(zhì)量系數(shù)為==0.92
故得綜合系數(shù)為：K=--1=2.69+=2.8
K=+-1=2.15+=2.24
計算安全系數(shù)：
S===6.8
S===1.8
Sca===1.55>S=1.5 故安全
截面E右側(cè)面校核：
抗彎截面系數(shù)W為：W=0.1d3=0.1x153=337.5mm3
抗扭截面系數(shù)WT為：WT=0.2d3=0.2x153=675mm3
彎矩M及彎曲應(yīng)力為:M=32800x=22707.7
===67.3Mpa
扭矩T3及扭轉(zhuǎn)應(yīng)力為：T3=23200
===34.4Mpa
截面上由于軸肩而形成的理論應(yīng)力集中系數(shù)a及a
由文獻[4]（附表3-2）查得
因==0.07,==1.33,經(jīng)插值后可查得:a,a
可得軸提材料的敏性系數(shù)為：q,q
由文獻[4]（附3-4）查得
故有效應(yīng)力集中系數(shù)按式為：
k
k
由文獻[4]（附圖3-2）得尺寸系數(shù)
由文獻[4]（附圖3-3）得扭轉(zhuǎn)尺寸系數(shù)
軸按磨削加工，
由文獻[4]（附圖3-4）得表面質(zhì)量系數(shù)為==0.92
軸未經(jīng)表面強化處理，即，得綜合系數(shù)值為：
K=--1=+=1.93
K=+-1=+=1.58
計算安全系數(shù)：
S===2.12
S===5.53
Sca===1.99>S=1.5
故該軸在截面右側(cè)面是安全的，又因為軸無大的瞬時過載及嚴(yán)重的應(yīng)力循環(huán)不對稱性，故可略去靜強度校核。
?軸承的校核
因為所受的軸向力太小，所以忽略不計,Fa=0
所受徑向力Fr=1113.6/2=556.8n
P=0.41Fr+0.87Pa=0.41x556.8=228.3N
7002c向心球軸承校核
>=30000h(表13-3) [文獻6]
軸承安全
（3）工作軸的設(shè)計
①軸材料的選擇
由文獻[4]（表15-3）查得
軸材料選用45鋼，調(diào)質(zhì)處理。
②軸徑的確定
在傳動系統(tǒng)的設(shè)計與計算中已的工作軸的直徑定為d=15mm。
③軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計：
圖4.7 工作軸
?選擇滾動軸承
因為軸承同時受有徑向載荷及軸向載荷，故前、后端均選用單列向心球軸承，又因工作軸用于鉆削，在后端加單向推力球軸承。由表1-14[文獻3]，單列向心球軸承選用102軸承，后端單向推力球軸承選用8102軸承。
?各段直徑，長度如圖4.7所示。
?鍵的確定
由文獻[4]（表6-1）查得
因為齒輪寬為25mm,所以選用5x5x20平鍵
?軸上圓角和倒角尺寸
由文獻[4]（表15-2）查得
取軸端倒角2x450,各軸肩的圓角半徑為R=0.8mm.
?扭合成校核軸的強度
作出軸的計算簡圖
圖4.8 工作軸計算簡圖
軸上扭轉(zhuǎn)力矩為
M=9549x=9549x=27.3
周向力為
Py===3640N
徑向力為
Pz=0.48 Py=0.48x3640=1754.5N
圖4.9 工作軸載荷分析圖
根據(jù)軸的計算簡圖，分別作出軸的扭矩圖、垂直圖的彎矩My圖和水平平面內(nèi)的彎矩Mz圖，如圖4.9所示。從圖中可知，截面E為危險截面，在截面E上，扭矩T和合成彎矩M分別為
T=27.3;
M===54.6
按第三強度理論進行強度校核
公式，
由文獻[4]（表15-4）查得
W為軸的抗彎截面系數(shù)，W=-
W==331.2-56.3=274.9
=
=222Mpa<[]=237Mpa
即軸的強度足夠。
?校核軸的疲勞強度
在上面的分析中已判定E截面為危險截面，所以現(xiàn)在校校E面左右兩側(cè)即可，其他截面均無需校核。
截面E右側(cè)面校核：
抗彎截面系數(shù)W為：W=0.1d3=0.1x173=491.3mm3
抗扭截面系數(shù)WT為：WT=0.2d3=0.2x173=982.6.5mm3
彎矩M及彎曲應(yīng)力為:M=54600x=24125.6
===49.1Mpa
扭矩T3及扭轉(zhuǎn)應(yīng)力為：T3=27300
===27.8Mpa
軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理， =640Mpa,=275Mpa,=155Mpa。
過盈配合處的值，
由文獻[4]（附表3-8）查得
用插入法求出，并取=0.8,
于是得=2.93, =0.8x2.93=2.35
軸按磨削加工，
由文獻[4]（附圖3-4）查得
表面質(zhì)量系數(shù)為==0.92
故得綜合系數(shù)為：K=--1=2.93+=3.02
K=+-1=2.35+=2.44
計算安全系數(shù)：
S===1.85
S===4.48
Sca===1.7>S=1.5 故安全
截面E左側(cè)面校核：
抗彎截面系數(shù)W為：W=0.1d3=0.1x153=337.5mm3
抗扭截面系數(shù)WT為：WT=0.2d3=0.2x153=675mm3
彎矩M及彎曲應(yīng)力為:M=54600
===161。8Mpa
扭矩T3及扭轉(zhuǎn)應(yīng)力為：T3=27300
===40.4Mpa
由文獻[4]（附圖3-4）用插入法求得軸上鍵槽處的有效應(yīng)力集中系數(shù)：k,k
由文獻[4]（附圖3-2）得尺寸系數(shù)
由文獻[4]（附圖3-3）得扭轉(zhuǎn)尺寸
軸按磨削加工，
由文獻[4]（附圖3-4）查得
得表面質(zhì)量系數(shù)為==0.92
軸未經(jīng)表面強化處理，即，得綜合系數(shù)值為：
K=--1=0+=0.09
K=+-1=+=1.63
計算安全系數(shù)：
S===18.89
S===4.57
Sca===4.4>S=1.5
故該軸在截面右側(cè)面是安全的，又因為軸無大的瞬時過載及嚴(yán)重的應(yīng)力循環(huán)不對稱性，故可略去
靜強度校核。
?軸承的校核
機床一般傳動軸的滾動軸承失效形式，主要是疲勞破壞，故應(yīng)進行疲勞壽命計算。
1) 36102向心球軸承校核
由第一章可知主動軸的軸向力Fa=4.091N
所受徑向力Fr=1754.5/2=877.25N (表3.8-50) [文獻6]
P=0.41Fr+0.87Pa=0.41x877.25+0.87x4.091=363.2N
>=30000h(表13-3) [文獻6]
軸承安全
2) 8102推力球軸承校核
P=Fa (表3.8-54)[jj] P=4.091N
>=30000h(表13-3) [文獻6]
軸承安全
4.3 軸坐標(biāo)計算
為方便在多軸箱上鏜孔，因此進行軸坐標(biāo)計算是十分重要的。
建立如圖4.10坐標(biāo)系，多軸箱里尺寸如圖示為220x180mm,在多軸箱中心安裝主動軸，則主動軸坐標(biāo)可知（110，90），則根據(jù)零件圖，可算出其他各軸坐標(biāo)，分別如圖所示。
圖4.10 軸坐標(biāo)圖
4.4 本章小結(jié)
多軸箱是組成機床的重要專用部件，它是根據(jù)加工示意圖所確定的工件加工孔的數(shù)量和位置、切削用量和主軸類型設(shè)計的傳遞各主軸運動的動力部件。
第5章 導(dǎo)向裝置的設(shè)計和接桿工具
5.1 導(dǎo)柱導(dǎo)套導(dǎo)向裝置
5.1.1 導(dǎo)柱導(dǎo)套布置形式
冷擠壓模具的導(dǎo)柱導(dǎo)套布置方式有（1）雙導(dǎo)柱中間布置；（2）雙導(dǎo)柱對角布置；（3）四導(dǎo)柱封閉布置。其中四導(dǎo)柱封閉布置適用于模板面積較大，受力不均勻有偏心載荷的場合，是冷擠壓模具中采用得較多的一種布置形式。
5.1.2 導(dǎo)柱導(dǎo)套緊固方法
導(dǎo)柱導(dǎo)套與模板的緊固方法主要有三種：（1）基孔制過渡配合。該方法采用壓板螺釘將導(dǎo)柱、導(dǎo)套緊固在上、下模板上。（2）基孔制過盈配合，將導(dǎo)柱、導(dǎo)套直接壓入上、下模板。（3）采用低熔點合金、環(huán)氧樹脂或無機粘結(jié)劑將導(dǎo)柱導(dǎo)套直接緊固在上、下模板上。
5.1.3 導(dǎo)柱導(dǎo)套尺寸
為了克服擠壓時可能產(chǎn)生的偏心負(fù)荷，導(dǎo)柱導(dǎo)套的剛性要盡可能設(shè)計得高些。根據(jù)模具的結(jié)構(gòu)，導(dǎo)柱直徑d一般取φ40～60mm，有時壓入模板長度l不得小于1.5d，總長度L一般按模具的結(jié)構(gòu)尺寸來確定，但必須保證凸模進入凹模之前，導(dǎo)柱伸入導(dǎo)套10 mm以上。導(dǎo)套內(nèi)孔徑d0與導(dǎo)柱直徑d的配合為基孔制間隙配合。由于導(dǎo)套壓入上模板后其內(nèi)孔要略有縮小，因此d１尺寸應(yīng)比導(dǎo)柱直徑d大0.5 mm以上。導(dǎo)套壓入段的長度l及其外徑D不得小于1.5d；導(dǎo)向段長度（L-l）＝（2～3）d0。
滑動式導(dǎo)柱導(dǎo)套在工作時為了保持良好的潤滑狀態(tài)，要在導(dǎo)柱或?qū)咨祥_油槽，以便貯存潤滑油。當(dāng)擠壓件精度要求高時，可采用滾珠式導(dǎo)柱導(dǎo)套來確保上、下模更高的導(dǎo)向精度。
導(dǎo)柱導(dǎo)套材料常用滲碳鋼來制造，經(jīng)表面滲碳淬火處理，以保證其表面硬度高而耐磨性好、同時其芯部又有較高的韌性。導(dǎo)柱導(dǎo)套相配合部分的表面粗糙度不高于Ra0.2μm。
5．2導(dǎo)向裝置組成
導(dǎo)向裝置主要由導(dǎo)柱、導(dǎo)套、彈簧組成。導(dǎo)柱的上端與多軸箱中間板上的導(dǎo)套滑動配合，下端安裝在夾具的鉆模板上。
（1） 選擇彈簧
用四根彈簧支撐整個多軸箱，粗略估算多軸箱重量：
每根彈簧負(fù)荷：F=124.5N
選圓柱螺旋壓縮彈簧
由文獻[7]（表12）查得
彈簧中徑,節(jié)距，彈簧絲直徑，工作圈數(shù),自由高度.
(1) 導(dǎo)柱、導(dǎo)套的選擇
導(dǎo)柱材料為直徑16mm,長303mm
導(dǎo)套材料為20號鋼。
5．3接桿工具
接桿一端為梯形螺紋，與主動軸的內(nèi)孔滑動配合，通過鍵傳遞扭矩。在梯形螺紋段并設(shè)計有斜面，以便調(diào)整接桿的延伸量來補償?shù)毒叩哪p量。接桿另一端的莫氏錐孔與刀具的莫氏錐柄相配合。
5．4本章小結(jié)
介紹了導(dǎo)向裝置的組成，固定位置。多軸箱的支撐。接桿與主動軸的配合。
結(jié) 論
三個多月的畢業(yè)設(shè)計在忙碌中就快要結(jié)束了,在這三個多月的時間里,在畢業(yè)設(shè)計之余還要兼顧找工作,因此,在這段時間里我覺得生活非常的充實.不但在畢業(yè)設(shè)計中鞏固了以前的知識,而且在人生道路上學(xué)到在校園學(xué)不到的社會交際.
畢業(yè)設(shè)計是大學(xué)四年所學(xué)知識的一個考察,它兼顧了四年中所學(xué)的基礎(chǔ)和專業(yè)知識,因此不同于以前的課程設(shè)計,畢業(yè)設(shè)計是課程設(shè)計一個質(zhì)的飛越.認(rèn)識到這點,我對待畢業(yè)設(shè)計的態(tài)度也不敢懶散,一直抱以認(rèn)真謹(jǐn)慎的學(xué)習(xí)態(tài)度.
總的來講，整個畢業(yè)設(shè)計給我留下深刻的印象，不僅僅是由于設(shè)計時間長，更多的是在畢業(yè)設(shè)計中我嘗到了辛、酸、苦、甜，它將會在人生道路上留下不可抹殺的一頁。
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