1、目 录全套图纸，加 1538937061 前 言 12 总体设计 32.1 工艺方案的拟订 32.2 切削用量的确定 32.3 计算切削力、切削扭矩及切削功率 42.3“三图一卡”的设计 .62.3.1 被加工零件工序图 62.3.2 加工示意图 82.3.3 机床联系尺寸图 92.3.4 机床生产率计算卡 .93 专用镗削头设计 .133.1 镗刀的选用 .133.2 轴的设计 .133.2.1 轴的结构工艺 .133.2.2 主轴的选用 .143.2.3 主轴的强度校核计算 .173.3 主轴密封装置的选用 .183.4 轴端连接方式 .193.5 主轴支承轴承的选用 .203.5.1 主
2、轴支承轴承选用 .203.5.2 主轴轴承的寿命计算 .214 设计小结 .24本科生毕业设计说明书 20071参 考 文 献 25致 谢 .26附 录 271 前 言在机械制造中，对单件或小批量生产的工件，许多工厂采用通用机床加工。由于通用机床要适应被加工零件形状和尺寸的要求，故机床结构一般比较复杂。不仅如此，在实际加工中，由于只能单人单机操作，一道一道工序地完成，所以工人的劳动强度大、生产率低，工件的加工质量也不稳定。针对以上的问题，组合机床便出现并逐步发展起来。组合机床是根据加工需要，以大量通用部件为基础，配以少量专用部件组成一种高效组合机床。组合机床一般采用多轴、多刀、多工序、多面或多
3、工位同时加工的方法，生产效率比通用机床高几倍至几十倍。组合机床一般用于加工箱体类或特殊形式的零件。加工时，工件一般不旋转，由刀具的旋转运动和刀具与工件的相对进给运动来实现各种加工。组合机床的设计，目前基本上有两种方式：第一，是根据具体加工对象的特征进行专门设计，这是当前最普遍也是最实用的做法。第二，随着组合机床在我国机械行业的广泛使用，广大工人和技术人员总结出生产和使用组合机床的经验，发现组合机床不仅在其组成部件方面有共性，可设计成通用部件，而且一些行业在完成一定工艺范围内的组合机床是极其相似的，有可能设计成通用部件，这种机床称为“专用组合机床”。这种组合机床不需要每次按具体对象进行专门设计和
4、生产，而是设计成通用品种，组织成批量生产，然后按被加工零件的具体需要，配以简单的夹具和刀具，即可组成加工一定对象的高效率设备。该课题是粗镗连杆大头孔专用镗床总体及镗削头设计。该课题来源于高精公司。在进行组合机床的镗削头设计时，首先需要对被加工零件的分布情况及所要达到的要求进行分析，如各加工部件尺寸、材料、形状、硬度及加工精度和表面粗糙度等内容。然后还要深入基层进行实地观察，弄清镗削头的工作原理，体会组合机床的优点。接下来是总体方案的设计，总体方案设计的具体工作是编制“三图一卡”，即绘制被加工零件工序图，加工的示意图，机床联系粗镗连杆大头孔专用镗床总体及镗削头设计2尺寸图，编制生产率计算卡；设计
5、出的镗床要在确保加工效率和精度的情况下大批量的生产。最后，就是部件设计。部件设计就是根据总体设计已经确定的“三图一卡”，设计夹具、镗削头等专用部件正式总图；设计并绘制各个专用部件的图样，编制各零件的明细表。按要求设计出的镗床要在确保加工效率和精度的情况下大批量的生产。设计的整个过程是艰辛的，在设计过程中必须要考虑到方方面面的问题。由于所学知识有限，因此在设计过程中查阅了大量的相关资料，以补充自己的不足之处。首先，要有丰富的实践经验。整个设计，仅靠一些参考资料是远远不够的。因此，在设计工作开始前，特地到江淮动力股份有限公司、盐城市恒力集团、高精机电装备有限公司等进行了实地的参观考察，积累了一些宝
6、贵经验。其次，运用四年来所学的专业知识，针对现实中遇到的实际情况，做到举一反三，触类旁通。整个设计过程不仅涉及到以前所学的知识，而且还设计到新的理念，所以我在设计过程中一边温习以前所学的知识，一边学习新的知识，这样拓宽了我的视眼。第三，通过自身的努力，结合理论和实际，从合理性、经济性、工艺性、实用性及其对被加工零件的具体要求对现有机床进行研究分析，找出可以进行改进的地方，通过相互对比，确定一个新的，周全的设计方案。在邢青松老师的悉心指导下，在同课题组三位同学相互讨论学习和帮助下，经过三个多月的艰辛劳动，终于完成了这一设计课题。本科生毕业设计说明书 200732 总体设计2.1 工艺方案的拟订工
7、艺方案的拟订是组合机床设计的关键一步。因为工艺方案在很大程度上解决了组合机床的结构配置和使用性能。因此，应根据工件的加工要求和特点，按一定的原则、结合组合机床常用工艺方法、充分考虑各种影响因素，并经技术经济分析后拟订出先进、合理、经济、可靠的工艺方案。确定组合机床工艺方案的基本原则：a).粗精加工分开原则粗加工时的切削负荷较大，切削产生的热变形、切削力引起的工件变形以及切削振动等，对加工十分不利，影响加工尺寸精度和表面粗糙度。因此，在拟定工件一个连续的多工序过程时，应选择粗精加工分开的原则。b).工序集中原则适当考虑相同类型工序的集中，在条件允许时，把相同的工序集中在一台机床或同一工位上进行加
8、工能简化循环和结构；有相对位置要求的工序应集中加工，对于相互间有严格的位置精度的孔的精加工应集中在一台机床上一次安装下完成，并且孔的粗精加工最好集中在一台机床上完成，这样可以使精加工余量分布均匀，更利于保证加工精度。2.2 切削用量的确定在组合机床工艺方案确定过程中，工艺方法和关键工艺的切削用量选择十分重要。切削用量选择是否合理，对组合机床的加工精度、生产率、刀具耐用度、机床的结构型式及工作可靠性均有较大的影响。粗镗连杆大头孔专用镗床总体及镗削头设计4进给量按复合刀具中最小直径的单个刀具选择。在选择进给量时，除了考虑被加工工件要求的表面粗糙度外，还应考虑直径最小或切削深度最大的那把单个刀具的强
9、度。切削速度按复合刀具中最大直径的单个刀具选择。可按刀具预定的耐用度选取或计算。切削用量的选择要保证最高精度孔或外圆的精度以及表面粗糙度的要求，并考虑各单个刀具的特点。合理地选择切削用量，即确定合理的切削速度和工作进给量，能使组合机床以最少的停车损失，最高的生产效率，最长的刀具寿命和最好的加工质量也就是多、快、好、省地进行生产。查文献资料1第 35 页得：表 2-1 孔加工常用工序间余量加工工序 加工孔径 直径上工序间余量铰孔 10- 200.10-0.20半精镗 10- 20 0.07-0.12精镗 30- 1300.25-0.40本工序为：粗镗连杆大头孔（ ）60.15采用硬质合金刀具,
10、。max.7/fr切削速度的确定：根据以上的查表，选择 ， 由公式.45/f /min(2-1)Vc= 10ndVc：为切削速度，单位 m/min。得： 503.146/94.2/iVc2.3 计算切削力、切削扭矩及切削功率根据选定的切削用量（主要指切削速度及进给量 ） ，确定进给力，作为选f择动力滑台及设计夹具的依据；确定切削转矩，用以确定主轴及其传动部件的本科生毕业设计说明书 20075尺寸；确定切削功率，用作选择主传动电机（指动力箱电机）功率。根据1 表 6-20 组合机床切削用量计算图中推荐的切削力、转矩及功134PP(KW)率公式查出采用硬质合金刀具镗孔的切削力 、切削转矩 T(N/
11、mm)和()FN功率（缸体材料为灰铸铁）的计算公式如下：切削力 （2-2）0.75zpFafHB（2-3）1.261.5x转矩 （2-4）0.79pTDf功率 （2-5）6zVP公式中： 切削速度（ ） ； 进给量（ ） ； 切削深度（V/minf/mrpa） ；m加工直径（ ） ； 圆周力（N） ； 轴向切削力（N） ；DZFXF布氏硬度： ； （2-HBmaxaxmin1()3BHB6）在本设计中， ， ，代入公式（2-6）得max280in221SD=60 ， 所以取 1p40.75. 0.750.753.3.4612.3zpFfHBN1.261. 1.265xa0.75. 0.750.
12、7.998.pTDf m:43.6612ZVPkm根据此转速及主电机功率可以选取 1NGb25A-ITB 传动装置。A.工作进给长度 LI的确定工作进给长度 LI应等于加工部位长度 L（多轴加工时应按最长孔计算）与刀具切入长度 L1和切出长度 L2之和。12IL（2-7）切入长度一般为 510mm，根据工件端面的误差情况确定。根据文献资料1切出长度由表 1-2 查得，如下表所示表 2-2 切出长度 L2 的确定工序名称 铰孔 镗孔粗镗连杆大头孔专用镗床总体及镗削头设计6切出长度 2L1015 510排气孔的工进长度的确定：本设计中镗孔切入长度 L1取 5mm，切出长度为 7mm，所以； 1 =
13、5+374m工 进B.快速引进长度的确定快速引进是指动力部件把刀具送到工作进给位置，其长度按具体情况确定。本设计快速引进长度为 253mm。C.快速退回长度的确定快速退回的长度等于快速引进和工作进给长度之和。由已确定的快速引 进和工作进给长度可知，快速退回长度分别为 300mm。D.动力部件总行程的确定动力部件的总行程除了满足工作循环向前和向后所需的行程外，还要考虑因刀具磨损（即前备量）和刀具装卸以及刀具从接杆连同刀具一起从主轴中取出时，动力部件需后退的距离（刀具退离夹具导套外端面的距离应大于接杆接入主轴孔或刀具接入接杆孔内的长度即后备量） 。因此，动力部件的总行程为快退行程与前后备量之和。本
14、设计中采用两机械滑台的前备量取 40mm，后备量取 60mm。即总行程：（2-LL总 后 快 前8）403640m总 后 快 前本科生毕业设计说明书 20077图 2-1 动力部件切削循环行程2.3“三图一卡”的设计绘制组合机床“三图一卡” ，就是针对具体零件，在选定的工艺和结构方案的基础上，进行组合机床总体方案图样文件设计。其内容包括：绘制被加工零件工序图、加工示意图、机床联系尺寸总图和编制生产率计算卡。2.3.1 被加工零件工序图被加工零件工序图是根据制定的工艺方案，表示所设计的组合机床(或自动线)上完成的工艺内容,加工部位的尺寸精度，表面粗糙度及技术要求，加工用的定位基准,夹压部件以及被
15、加工零件的材料，硬度和本机床的前加工余量,毛坯或半成品情况的图样。除了设计研制合同外，它是组合机床设计的具体依据，也是制造、使用,调整和检验机床精度的重要文件，是在被加工零件图基础上，突出本机床的加工内容，并作必要的说明而绘制的。被加工零件工序图主要内容包括：a) 被加工零件的形状和主要轮廓尺寸以及与本工序机床设计有关部位结构形状和尺寸。b) 本工序所选用的定位基准、夹压部位及夹紧方向。c) 本工序加工表面尺寸、精度、表面粗糙度、形位公差等技术要求以及对上道工序的技术要求。d) 注明被加工零件的名称、编号、材料、硬度以及加工部位的余量。被加工工序图如图所示：图 2-2 被加工零件工序图粗镗连杆
16、大头孔专用镗床总体及镗削头设计8绘制被加工零件工序图的规定及注意事项：A. 绘制被加工零件工序图应按一定的比例，绘制足够的视图以及剖面；本工序加工部位用粗实线表示；定位用定位基准符号表示，并用下标数表明消除自由度符号；夹紧用夹紧符号表示；辅助支撑用支撑符号表示。B.绘制被加工零件图应注意事项：a本工序加工部位的位置尺寸应与定位基准直接发生关系。b对工件毛坯应有要求，对孔的加工余量要认真分析。c当本工序有特殊要求时必须注明。被加工零件工序图如图 2-2 所示。名称及编号:连杆 YSD90Q 04201-4材料及硬度: 42CrMo 223-280HBS图中符号： 夹紧方向 定位基准2.3.2 加
17、工示意图图 2-3 被加工零件示意图加工示意图是在工艺方案和机床总体方案初步确定的基础上绘制的。是表示表达工艺方案具体内容的机床工艺方案图。它是设计刀具、辅具、夹具、多本科生毕业设计说明书 20079轴箱和液压、电气系统以及选择动力部件、绘制机床总联系尺寸图的主要依据；是对机床总体布局和性能的原始要求；也是调整机床和刀具所必需的重要技术文件。加工示意图应表达和标注的内容有：机床的加工方法，切削用量。工作循环和工作行程；工件、刀具及向导、托架及多轴箱之间的相对位置及其联系尺寸；主轴结构类型、尺寸及外伸长度；刀具类型、数量和结构尺寸（直径和长度） ；接杆（包括镗杆） 、浮动卡头、导向装置、攻螺纹靠
18、模装置等结构尺寸；刀具、导向套间的配合，大局、连杆、主轴之间的连接方式及配合尺寸等。如上图的机床加工示意图。加工示意图应绘制成展开图。按比例用细实线画出工件外形。加工部位、加工表面画粗实线。必需使工件和加工方位与机床布局相吻合。为简化设计，同一多轴箱上结构于尺寸完全相同的主轴（即加工表面，所用刀具及导向、主轴及连杆等规格尺寸、精度完全相同时）只画一根，但必须在主轴上标注于工件孔号相对应的轴号。一般主轴的分布不受真实距离的限制。当主轴彼此间很近或需设置结构尺寸较大的导向装置时，必须以实际中心距严格按比例画，以便检查相邻主轴、刀具、辅具、导向等是否相互干涉。主轴应从多轴箱端面画起；刀具画加工终了位
19、置（攻螺纹应画在加工开始位置） 。对采用浮动卡头的镗孔刀杆，为避免刀杆退出导向后下垂，应选用托架支撑退出的刀杆。这时必须画出托架并标出联系尺寸。采用标准通用结构（刀具、接杆、浮动卡头、攻螺纹靠模及丝锥卡头、通用多轴箱外伸出部分等）只画外轮廓，但须加注规格代号；对一些专用结构，如专用的刀具、导向、刀杆托架、专用接杆或浮动卡头等，必须用剖视图表示其结构，并标注尺寸、配合精度。2.3.3 机床联系尺寸图机床联系尺寸图是以被加工零件工序图和加工示意图为依据，并按初步选定的主要通用部件以及确定的专用部件的总体结构而绘制的。它是用来表示机床的配置型式和布局，用以检验各主要部件相对位置联系尺寸能否满足加工要
20、求和通用部件选择是否合适；它为多轴箱、夹具等专用部件设计提供重要依据；它可以看成是机床总体外观简图。机床联系尺寸图表示的内容：a）表明机床的配置型式和总布局。b）完整齐全地反映各部件间的主要装配关系和联系尺寸、专用部件的主要轮廓尺寸、运动部件的运动极限位置及各滑台工作循环总的工作行程和前后行程备量尺寸。c）标注主要通用部件的规格代号和电动机的型号、功率及转速，并标注机床分组编号及组件名称。d）标明机床验收标准及安装规程。粗镗连杆大头孔专用镗床总体及镗削头设计10图 2-4 机床联系尺寸图2.3.4 机床生产率计算卡生产率计算卡是反映机床生产节拍或实际生产率和切削量、动作时间、生产纲领及负荷率等
21、关系的技术文件。它是用户验收机床生产效率的重要依据。a) 理想生产率 Q理想生产率 Q 是指完成年生产纲领 A 所要求的机床生产率。它与全年工时总数 有关。根据文献资料1第 51 页得：kT（2-9）kT公式中：A年生产纲领（件） ，本课题中为 280000 件；全年工时总数，本课题以单班制计算，kt 2350kTh则 28019.5/3kAQhT件b) 实际生产率 1实际生产率 是指所设计的机床每小时实际可生产的零件数量。即公式：本科生毕业设计说明书 200711（2-10） 1AQT单（2-11）LT快 进 快 退12切 移辅 停 装单 ff fkL（ +） （ +）VV本设计中 ，147
22、m， ， ， ，125/infL29./inf 0.2minT件 325m快 进， ，0kV0T移 15装 卸则 =7.5+2.53+28.2+3+7.5=48.73s =24.4sT单 单因为本设计是双刀 2 个工件同时加工则 1647.5/.Qh件式中： L1、L 2分别为刀具第、第工作进给长度，单位为 mm；Vf1 、V f2分别为刀具第、第工作进给量，单位为 mm/min；当加工沉孔、止口、倒角、光整表面时，滑台在死挡铁上的停T停留时间，通常指刀具在加工终了时无进给状态下旋转 510 转所需的时间，单位为 min； 分别为动力部件快进、快退行程长度，单位为 mm；L快 进 快 退、Vf
23、k动力部件快速行程长度用机械动力部件时取 56m/min；用液压动力部件时取 310m/min；直线移动或回转工作台进行一次工位转换时间，一般取 0.1min；T移工件装、卸（包括定位或撤消定位、夹紧或松开、清理基面装 卸或切屑及吊运工件等）时间它取决于装卸自动化程度、工件重量大小、装卸是否方便及工人的熟练程度。通常取 0.51.5min。c) 机床负荷率 负机床负荷率为理想生产率与实际生产率之比。即文献资料1 P52 公式(2-12)则 =119.15/147.5=0.808=80.8%1Q负当 Q1Q 时，机床负荷率为二者之比。组合机床负荷率一般为0.750.90，自动线负荷率为 0.6-
24、0.7。对于精密度较高、自动化程度高或多品种组合机床，宜适当降低负荷率。本机床负荷率适中。机床负荷率为理想生产率与实际生产率之比。组合机床生产率计算卡如表 3-1 所示。表 2-3 生产率计算卡图号 YSD490Q 毛坯种类 铸件被加工零 名称 连杆 毛坯重量1Q负粗镗连杆大头孔专用镗床总体及镗削头设计12件 材料 42CrMo 硬度 223-280HB工序名称 粗镗连杆大头孔 工序号序号 工步名称被加工零件数量加工直径(mm)加工长度(mm)工作行程(mm)切削速度(mm/min)每分钟转速(r/min)进给量(mm/r)进给速度(mm/min)工时(min)1安装工件及夹紧工件2 7.52
25、HJ59B 机械滑台快进至工位1TA25 镗削头启动253 6000 2.53 2.533 HJ50B 机械滑台工进47 100 28.2 28.24 HJ50B 机械滑台快退至原位1TA25 镗削头停止300 6000 3 5 卸工件 7.5 3本科生毕业设计说明书 200713总计 48.73 秒单件工时 24.4 秒机床生产率 147.54 件/h备注装卸工作时间取决于操作者熟练程度,本机床装卸时间为 15 秒。机床负荷率 82.51%3 专用镗削头设计镗削头是组合机床通用的部件，其以良好的性能广泛用于组合机床及自动线。镗削头可与同规格的机械或液压滑台配套使用，组成立式或卧式组合机床，具
26、有灵活配置的特点：主要配置成顶置式，也可配置成尾置和侧置式，有高、低两组转速，通过交换齿轮或皮带轮变速。配置齿轮传动装置的镗削头适用于各种材料工件的粗、精镗孔；配置皮带传动装置的镗削头适用于各种材料工件的半精、精加工。为了保证粗镗连杆大头孔的尺寸精度和位置精度要求，而一般镗削头不能满足要求，故需要设计一台用专用镗削头的组合机床。3.1 镗刀的选用本课程是设计一台双面卧式专用镗床，由于普通的镗削头不能很好地满足加工的要求，故设计一台专用的镗削头。根据设计要求要镗 的孔，根据260粗镗连杆大头孔专用镗床总体及镗削头设计14第 86 页对镗刀进行加工具有以下特点：a.刀具几何参数和切削性能稳定，定位
27、精度和重复精度较高，保证刀尖位置变化在工件精度允范围内以及加工精度的一致性。b.刀杆转位方便、快捷，并可反复使用，使用寿命长，可减少库存量，简化刀具管理。c可转位车刀片选用 刀片，可保证切削过程中自动卷屑及曲线加工的平稳性，且易于实现刀具标准化、系列化，适合自动化生产中的切削。刀具设计考虑的问题：a. 选用刀具的类型；b. 刀具材料；c. 刀具合理几何角度；d. 刀具结构参数；e. 计算刀具的轮廓；f. 制定合理的技术要求g. 刀具的制造工艺和检验方法根据以上特点材料选用阶梯式双头镗刀。3.2 轴的设计3.2.1 轴的结构工艺轴的结构决定于受力情况、轴上零件的布置和固定方式、轴承的类型和尺寸、
28、轴的毛坯、制造和装配工艺、以及运输、安装等条件。轴的结构，应使轴受力合理，避免或减轻应力集中，良好的工艺性，并使轴上零件定位可靠、装卸方便。对于要求刚度大的轴，还应从结构上考虑减小轴的变形。轴上零件的周向固定，可采用键、花键、过盈配合、圆销等。轴上零件的轴向固定，常用轴肩、轴环、螺母、轴端挡圈、套筒、圆锥面、锁紧挡圈、紧定螺钉、弹性挡圈等。过盈配合和圆销也可兼作轴向固定。轴的截面变化处（如轴肩、键槽、环槽等） ，会产生应力集中，使多数轴产生疲劳破坏部位。为了保证轴的疲劳强度，轴肩处的过渡圆角半径不应过小。如此圆角半径受轴肩限制，则可改变凹切圆角或过渡肩环。轴上不同部位的键槽应开在同一母线上，以
29、利加工。同时，应注意不要开到圆角或过盈配合的边缘处，以避免应力集中过大。3.2.2 主轴的选用本设计为刚性主轴。设计刚性主轴的主要内容之一是选择主轴参数。主轴参数确定的正确是否，对主轴的刚性将有很大的影响。A.主轴的主要参数参考3第 86 页确定基本参数本科生毕业设计说明书 200715图 3-1 主轴大致结构图D主轴平均外径；L主轴支承距；a主轴的悬伸长；d空心主轴的内孔直径；L/a主轴的悬伸比；d/D主轴直径比。B. 参数的确定确定主轴的各个主要参数，通常是按照主轴的实际工作条件，参考有关经验数据从多方面进行分析比较来确定的。也可以借助于公式进行计算。a) 主轴悬伸长 a 在组合机床的刚性
30、主轴设计中，主轴悬伸量的大小是由被加工零件的需要来确定的。b) 支承距和主轴的悬伸比 L/a 这个数值直接影响主轴的刚性，悬伸比选择小，主轴受力后产生的挠度和支承处的倾角就会增大，影响主轴的工作性能。在一般结构允许的情况下，应适当的加大悬伸比。通常推荐主轴的悬伸比 。1.52La:c) 主轴的平均直径 D 主轴直径 D 是决定主轴刚度的重要因素。在刚性主轴的设计中，确定主轴的直径，还没有一个成熟的方法。有的是按主轴传递的扭矩做初步估算的：cm (3-1)40.73M扭为确保刚度，再将估算出的主轴平均直径根据推荐选用的刚度系数，按下式进行核算：(千克/微米) (3-2)4350bDdRL式中 D
31、主轴平均外径(cm)；d空心主轴内孔直径(cm)；L主轴支承间距离(cm)刚度系数 的值一般不低于 25 千克/微米，通常取 。bRBR:（ 250） 千 克 /微 米d) 主轴内孔直径 d 在有些刚性主轴的设计中，主轴常采用空心的，主粗镗连杆大头孔专用镗床总体及镗削头设计16轴内孔直径 d 应选择适当，否则会影响主轴的刚度。通常推荐主轴的直径比：(3-3)/0.5dD440.73.38.72.3DMcm扭2.m/5d0516.5dD查1表 3-4 可得：40D2435dRL44330()50(2)370.5m(3-4)41dBT(3-5)W试中 d轴的直径（mm）T轴所传递的转矩（N m）:
32、-轴的抗扭截面模数（ ） 。实心轴的 3 30.2Wd-许用剪切应力（ ）45 钢的aP1aMPB系数。当材料的剪切弹性模数 时，B 值如下8.G(/)度 米 1/4/21B 7.3 6.2 5.2注：允许扭转角 的适用对象，推荐如下：刚性主轴，取 ；非刚性主轴，取 ；传动轴，取 。14121本设计轴为刚性轴：3857.2/38.572/TNmkg4410.45dBm本科生毕业设计说明书 200717查1中表 3-4 可确定60dm根据上表，主轴前轴承轴径(mm)，取 阶梯轴的设计应注意以下问题：80a) 配合性质不同的表面，直径应有所不同。b) 加工精度、粗糙度不同的表面，一般直径亦有所不同
33、。c) 与轴承配合的轴颈必须符合滚动轴承内径的标准系列。d) 各轴段的长度决定于轴上零件的宽度和零件固定的可靠性。轴颈的长度通常于轴承的宽度相同。根据以上计算结合参考资料1第 107 页可以确定主轴各段轴的长度尺寸：1270L4m1280L根据以上要求得出轴的大致尺寸和形状为：图 3-2 主轴外型3.2.3 主轴的强度校核计算按疲劳强度进行轴的校核计算根据变应力的强度理论和实验研究周的疲劳强度安全系数 S 的校核。公式如下：（3-2S6）公式中： 只考虑正应力作用时的安全系数；只考虑扭转剪应力作用时的安全系数。S许用安全系数 ，其值根据实践经验确定。对于延性材料，当载荷确定精确，对材料性能有把
34、握时，取 ；当载荷确定不够精确，材料性能1.35S:不够均匀时，取 ；当载荷确定不够精确、材料性能均匀性差时，1.58:粗镗连杆大头孔专用镗床总体及镗削头设计18取 。1.825S:确定危险截面：危险截面应为主轴前轴承支承部分。截面的强度校核：该主轴为空心轴，抗弯、抗扭截面系数计算公式见参考文献4表 14-11（3-340.1()Wdr7）（3-02.6r8）343.18(.)5092.8m（3-0216TWdr9）截面扭转剪应力、弯曲正应力的应力幅对于一般转轴，弯曲正应力按对称循环规律变化，故弯曲应力幅、平均应力分别为 ， 。/aM0m在多数情况下，对于经常正反转，且扭矩轴相等的轴，当作对称
35、循环变化，即 ， 。/atTW（3-69.5138attPMpa10）（3-76aT11）平均应力0m弯曲、扭转极限疲劳强度由轴的材料特性所定。135Mpa20弯曲、扭转时的有效应力集中系数，参见4表 14-5。.K19弯曲、扭转时将平均应力折算成应力幅的等效系数（其值与材料有关，可从表414-1 中查出）0.251本科生毕业设计说明书 200719仅有弯曲正应力时的计算安全系数：（3-13502.692amSK12）仅有扭转剪应力时的计算安全系数：（3-103.76.928.15amS13）弯扭联合作用下的计算安全系数：（3-22.6370.2.469.caS14）设计安全系数1.35S:疲
36、劳强度安全系数校核ca所以疲劳强度合格，该主轴符合要求。3.3 主轴密封装置的选用主轴前端密封装置的选用主轴前端密封装置选用迷宫式密封装置(见下表 3-3)。迷宫式密封装置利用转动元件与固定元件间所构成的曲折而狭小的缝隙及缝隙内充填的油脂达到密封目的，与其他密封配合使用，则密封效果会更好。迷宫式密封对油润滑及脂润滑都适用，对防尘和防漏也有较好的效果。表 3-3 迷宫密封轴径d10-50 50-80 80-110 110-180e 0.2 0.3 0.4 0.5f 1 1.5 2 2.5粗镗连杆大头孔专用镗床总体及镗削头设计20根据表 3-3 得: d83mm；e0.4mm；f=2mm。3.4
37、轴端连接方式主轴轴端于同步带轮的连接方式采用矩形花键连接（图 3-3 所示） 。然后，带轮与花键不采用直接的连接方式，而是在花键上配上一个特制的花键套，并将带轮安装在花键套上。花键连接既可用于静连接，也可用于动连接。 图 3-3 矩形花键连接矩形花键连接：图 3-3 所示为矩形花键连接。键齿的两侧面为平面，形状较为简单，加工方便。花键通常要进行热处理，表面硬度应高于 40HRC。矩形花键连接的定心方式为小径定心，外花键和内花键的小径为配合面。由于制造时轴和毂上的接合面都要经过磨削，因此能消除热处理引起的变形，具有定心精度高、定心稳定性好、应力集中较小、承载能力较大的特点，故应用广泛。花键连接的
38、强度计算：花键连接的失效形式和强度计算的依据及方法，与平键连接基本相同。花键连接的受力如图 4-4 所示。假设载荷在键齿的工作面上均匀分布，每个键齿的工作表面上的压力的合力 F 作用在平均直径 处，则md花键传递的转矩 。引入载荷不均匀系数/2mTzdK 考虑实际载荷在各花键齿上分配不均的影响。由此可得花键连接的强度条件为图 3-4 花键连接受力图（3-2mTPpKzhld15）公式中： 花键传递的转矩，单位为 N/mm；T花键的工作长度，单位为 ； l花键的齿数；z载荷不均匀系数，取决于齿数，一般取 ，齿数多时K0.78K:本科生毕业设计说明书 200721取较小值；花键齿侧面的工作高度，单
39、位为 ，矩形花键 ；hm()/2hDdC花键的平均直径，单位为 ，矩形花键 ；md /md花键连接的许用挤压应力，单位为 ， （见表 3-4） ；PMpa花键的许用压强，单位为 ， （见表 3-4） ；花键连接的零件多用强度极限不低于 的钢制造，一般需要热处理，60特别是在载荷作用下需要频繁移动的花键齿，应通过热处理获得足够的硬度以抵抗磨损。花键的许用挤压应力、许用压强见表表 3-4 花键连接的许用挤压应力和许用压强连接工作方式 使用和制造情况 齿面未经热处理 齿面经过热处理不良 3-10中等 5-10动连接 P（载荷下移动） 良好 10-20注：1.同一情况下， 或 的较小值用于工作时间长和
40、较重要的场合。P2.使用和制造情况不良的情况是指受变载荷、有双向冲击、振动频率高和振幅大、润滑不良（对动连接） 、材料硬度较低或精度不高等。3.5 主轴支承轴承的选用3.5.1 主轴支承轴承选用主轴支承系统的刚度直接影响刚性主轴的工作。主轴本身引起的变形占 2/3 以上，而支承部分引起的变形也占到了将近1/3，因此对支承系统的刚度应引起重视。主轴的支承通常采用：滑动轴承和滚动轴承两种。鉴于有以上两种情况，我们对它们进行比较，选用有效、合理的支承方式。滑动轴承特点：抗振性好、工作平稳、径向尺寸小，装配、润滑、密封等技术要求严格。滚动轴承特点：轴承尺寸小、转速高、寿命长，装配密封和润滑比较简单，并
41、可以直接选用。鉴于组合机床的大负荷、高转速和高精密的要求，主轴前端采用圆注滚子轴承和向心球轴承组合使用，后端为圆柱滚子轴承，前端固定，后端浮动。这样可以承受两个方面的轴向力。轴承选用和配置形式对主轴刚度也有较大的影响。轴承本身的刚度除取决于轴承内部结构、滚动体的数量与尺寸外，还取决于轴承的安装精度以及轴承的轴向间隙与径向间隙的调整。向心球轴承外径留有间隙。根据4轴承部分得出下表：表 3-5 圆注滚子轴承的性能粗镗连杆大头孔专用镗床总体及镗削头设计22允许偏位角：24极限转速比： 高性能特点： 有也承受较大的径向载荷。适用场合： 便于安装、拆卸和调整间隙的场合。主轴轴承的预紧：锁紧螺母作主轴轴承
42、轴向限位，来保证螺母端面与轴心线有较高的垂直度。3.5.2 主轴轴承的寿命计算一般机械中运转的滚动轴承的主要失效形式是滚动体和座圈滚道表面产生疲劳点蚀或疲劳剥落。所以，大多数滚动轴承的尺寸选择应以保证滚动轴承在规定的使用期限内不发生疲劳点蚀或疲劳剥落为计算依据。按照接触疲劳强度计算亦即根据动态承载能力来选择轴承的尺寸（型号） 。滚动轴承的动态承载能力计算就是保证运转轴承在规定的使用寿命期限内不发生超过规定概率的疲劳失效的前提下，通过计算，选择出尺寸、型号合适的轴承；或在已知轴承尺寸、型号时，计算出不在发生超过允许疲劳失效概率的前提下轴承所具有的寿命（称预测寿命） 。因此，滚动轴承的动态承载能力
43、计算是与轴承的寿命直接联系的。在机械设计时，滚动轴承的预期寿命可以根据机械的类型、工作条件等确定。一般要求轴承的使用寿命等于机械的使用寿命，这样一来可以节省维修费用；但有时会使轴承尺寸过大，导致结构不合理。为了解决这一矛盾，常把滚动轴承的预期寿命定为机械的大修或中修的间隔期限，在预期的使用寿命到达时，利用大修或中修的机会来更换轴承。但规定过短的使用寿命也是不合理的，这将使机械经常更换轴承，影响机械的正常工作，并增加维修费用。参考5第 193 页对圆柱滚子轴承进行寿命计算：滚动轴承载荷与寿命的关系曲线如图：本科生毕业设计说明书 2007236/10Lr图 3-5 轴承的载荷-寿命曲线图 3-5
44、中轴承的负荷寿命曲线满足关系：（3-10P常 数16）式中： P轴承所受的当量动负荷，单位为 N；-轴承的寿命指数，球轴承 ，滚子轴承 310/3-轴承的基本额定寿命，单位为 。10L610r因 时，P=C，故 。同时考虑温度及载荷特性对轴承寿命10PLC的影响，可推得（3-10()tpf17）式中： -载荷系数 -温度系数pftf可参考5第 194 页。t实际计算中习惯于用小时数表示寿命。设轴承的转速为 n，有可推得610hLn（3-167()tpfCLnP18）如果当量载荷和转速已知，预期寿命也已确定，则轴承所应具有的基本额定载荷 根据上式得出C（3-/1670hPnL粗镗连杆大头孔专用镗
45、床总体及镗削头设计2419）在本设计中向心球轴承所受的径向力 ，轴向力 ，基本额0rFN13aFN定动载荷 C=65000N,额定静载荷 = 200000N，径向载荷系数 =0.66,轴向载荷0Cx系数 Y=1， ，将这些数据代入公式得出 ，13pfN78960hLh并根据参考资料5表 14-6 得连续 8h 工作的机器，滚动轴承的预52.9c期寿命大于 100000h,所以此轴承合格。其它滚动轴承寿命计算如上并经过计算也都合格。本科生毕业设计说明书 2007254 设计小结通过这次设计，使我意识到做为一个设计人员需要付出多大的努力才能设计出一台合格实用的机床，必须严肃认真，一丝不苟，才能保证
46、质量。也为我即将踏上工作岗位奠定了吃苦、耐劳面对困难能迎面而上的良好的基础。本设计的主要任务是对该组合机床镗削头方面的设计。在设计过程中我遇到了很多没接触过的东西，通过查阅大量的资料和在指导老师跟同组搭档的配合下把这些难题都一一解决了。在完成组合机床的总体设计并绘制出“三图一卡”的基础上，参照一定的标准并结合本设计中的具体情况来确定主轴的结构。计算并校核主轴的强度，其中包括对主轴配套轴承的选用并校核，并根据主轴的尺寸选出合理的花键，根据以上的选用设计并画出专用镗削头总体装赔图、各零件的零件图 。根据工序集中的原则，采用并列两排的双面刀对加工零件同时加工。通过这么长时间的设计，在邢老师、同组搭档
47、的同力协助下终于完成了本设计任务，总体来说本设计还算圆满的完成了。粗镗连杆大头孔专用镗床总体及镗削头设计26参 考 文 献1 谢家瀛主编. 组合机床设计简明手册M.北京：机械工业出版社，19992 刘华明主编. 金属切削刀具课程设计指导资料M.北京：机械工业出版社，20003 王旭，王积森主编. 机械设计M.北京：机械工业出版社，2003.4 谈嘉祯主编. 新编机械设计师手册M.北京：中国标准出版社，20015 徐锦康主编. 机械设计M.北京：高等教育出版社，2004.6 王大康，卢颂峰主编. 机械设计课程设计M.北京：北京工业大学出版社， 2000. 7 成大先主编. 机械设计手册单行本机械传动M.北京：化学工业出版社，2004.8 吉林工业大学，吉林工学院，东北工学院主编. 金属切削机床设计 M. 上海： 上海科学技术出版社， 1980.本科生毕业设计说明书 200727附 录图名 图号 图幅 张数1 机床尺寸联系图 GJ486-0001 A0 12 加工零件工序图 GJ486-0002 A3 13 加工零件示意图 GJ486-0003 A3 14 生产率计算卡 GJ486-0004 A4 15 镗削头总装配图 1TAb25-01 A0 16 阶梯双头镗刀 1TAb25-03 A2 17 箱体 1TAb25-11 A0 18
