立式钻削中心的机械结构设计毕业设计(编辑修改稿)

立式钻削中心的机械结构设计毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

. 带型的选择 根据所算的设计功率， 查《现代机械传动手册》 [13]表 ，选用 PJ 型多楔带。 3. 小带轮直径的确定 根据带型与设计功率，查《现代机械传动手册》 [13]表 ，小带轮节圆直径 mm1001p d。 4. 大带轮基准直径的确定 根据带型与设计功率，查《现代机械传动手册》 [13] mm98)1(1d2d  idd 查《现代机械传动手册》 [13]，可 知 通常  2dd 按《现代机械传动手册》[13]表 圆整得： mm1002d d。 5. 带速 的计算 m a x11d100060 vndv   （ 35） 19 smvsmv /40~35,/ m a x  ，查《现代机械传动手册》 [13]表 ， 进行动平衡 ,~3  ee 。 6. 初定中心距 0a )(2)( 2d1d02d1d ddadd  （ 36） 400140 0  a 取 0 350mma 。 7. 所需基准长度 0dL mm10144 )()(22 022d1d2d1d00d  a ddddaL  （ 37） 查《现代机械传动手册》 [13]表 选取近似 值 mm10160d L 8. 实际中心距 a 2 0dd0 LLaa  （ 38） mm373a 9. 小带轮包角 1801 10. 楔数 Z  Aa11A KKPP PKZ  （ 39） 20 式中 AK — 工作情况系数，查表 ， k ； P — 传递的功率 p kW； 1P — 每楔的基本额定功率，查表 ～ － 81: p kW； 1P — 当 i=1 时， 1 0P； bK — 弯曲影响系数，查表 － 75， 7b k ； iK — 传动比系数，查表 － 76， K ； 1n — 小带轮转速， 1 3000r/minn ； aK — 小轮包角系数，见图 － 6， aK =； LK — 带长系数，见表 － 74， K。 计算得： Z ， 取 6Z。 多楔带的选择及带轮尺寸参数的确定 1. 多楔带带轮的参数 多楔带的带轮常采用 HT200 制造，当带速超过 30m/s 时，常采用 35 或45 号钢制造。 查《现代机械传动手册》 [13]表 ，具体参数见表 32， 表 32 带轮参数表 带型 槽间距 p 实际槽深 h 轮槽角  最小边距 s PJ + mm  带型 最小槽顶圆角半径 rl 最大槽根圆角半径 rb 节线差 a 带轮宽度 B PJ 带轮宽度 ( 1 ) 2 5 2 . 3 4 2 1 . 8 1 5 . 3 m mB Z P S        21 带轮示意图如图 38 所示。 图 38 带轮示意图 2. 多楔带的选择 查《现代机械传动手册》表 ，可得 多楔带参数，具体见表 33。 表 33 多楔带参数表 带型 节距bP 带高 H 计算齿高0h 楔角  楔根 1R 楔顶 2R PJ 40176。 宽度  ZPb mm。 传动带在主轴上的位置 查《机床设计手册》 卷 3 表 ，主轴采用带传动时，为了便于更换带和防止皮带沾油， 带轮通常装在主轴后支承外侧。 如图 39 所示。 22 图 39 传动件位置示意图 根据设计要求，主电动机功率为 ， 180n ～ 3000r/min。 查《数控机床机器人机械系统设计指导》 [14]表 417，选取交流变频调速电机，其基 本参数如表 34。 表 34 电机参数表 型号 极数 额定功率 额定电流 同步转速 YTPS132S4 4 18A 1803000r/min 查表 4－ 18， 其外形安装尺寸如下表 35。 表 35 电机安装尺寸参数表 机座号 D E G GD L AB 90L 32mm 50mm 20mm 7mm 340mm 180mm 具体外形如图 310 所示。 23 图 310 电机外形尺寸图 主轴轴承 主轴轴承的选用 主轴轴承是主轴组件的重要组成部分，它的类型、结构、配置、精度、安装、调整、润滑和冷却都直接影响了主轴组件的工作性能。 常用的主轴轴承有滚动轴承和滑动轴承。 滚动轴承的摩擦力小，可以预紧，润滑维护简单，能在一定的转速和载荷变动范围内稳定工作。 滚动轴承由专业 化工厂生产，选购维修方便。 但与滑动轴承相比，滚动轴承的噪声大，滚动体数目有限，刚度是变化的，抗震性略差并且对转速有很大限制。 加工中心主轴组件在可能条件下，尽量使用滚动轴承，特别是大多数立式主轴和主轴装在套筒内能够做轴向移动的主轴。 本次设计选用圆锥滚子轴承。 查 《实用机床设计手册》 表 选用型号为 32020 的圆锥滚子轴承，其基本参数表 36。 表 36 轴承基本参数表 d D B rC orC 极限转速（油润滑） 80mm 125mm 27mm 140kN 220kN 3800 前支承轴承寿命校核 轴承寿命  PCnL 60106h （ 310） 24 式中  — 对滚动轴承 3 ； rC — 滚动轴承额定动负荷 ,查《实用机床设计手册》表 ， 140r C kN； n — 轴承转速 ,根据设计要求： 3000~180n r/min； 此处 m a x 30 00 r/m innn ； P — 当量动负荷， ar YFXFp 。 对钻削中心整体以及设计要求进行分析 ， 可知滚动轴承在此处主要承 受轴向负荷。 径向负荷极小 .对轴向负荷进行估算 ： 923a  F N 取 aF =2020N 00 1022 020 00 3ora CF （ 311） 式中 rF — 轴承所受径向负荷； aF — 轴承所受轴向负荷； X — 径向系数； Y — 轴向系数。 查《实用机床设计手册》表 ： 选取  ， eCF orr （ 312） YFp  , Y p kN 将以上数据代入轴 承寿命计算公式可得 ： 5 1 1 6 8) 4 0(3 0 0 060 10 36h L h 25 一般精密机床轴承寿命为 20200h ； h20200h L 所以 ， 选用该轴承满足要求。 后支承轴承所受力比前支承轴承力小 ， 后支承轴承不必校验。 主轴轴承的配置 1. 主轴轴承安装位置 根据对设计要求和已选轴承分析，为适应高刚度要求，前支承采用两个超精密级圆锥滚子轴承的组合方式，且因轴承精度较高，能保证高的回转精度。 前后支承都采用了圆锥滚子轴承，背靠背安装，前面两 个轴承小口朝向主轴前端，后一个轴承小口朝向主轴尾部。 前支承既承受径向载荷，又承受两个方向的轴向载荷。 后支承为圆锥滚子轴承，也是背靠背安装。 后支承仅承受径向载荷，故可以不必进行校核。 轴承的组合形式，根据载荷大小和刚度设计以及结构设计要求，具体组合形式见图 311。 图 311 轴承配置示意图 2. 主轴轴承的精度配置 在加工中心上，主轴轴承精度一般有三种 B﹑ C﹑ D 级。 对于精密级主轴，前支承常采用 B 级轴承，后支承常采用 C 级轴承。 普通精度级主轴前支承常采用 C 级轴承，后支承采用 D 级轴承。 本设计采用前支承 C 级轴承，后支承采用 D 级轴承。 26 滚动轴承调整和预紧方法 如图 39 所示，本设计采用隔套调整的方法。 采用两个隔套调整，通过改变两个调整套的宽度差达到调整轴承间隙的目的。 这种调整方法不必拆卸轴承，预紧力的大小全凭操作人员的经验确定。 因轴承精度高，能保证较高的回转精度，轴承的预紧采用修磨内圈的方式。 隔套的选取 ： 查 《实用机床设计手册》 表 － 7,查得内隔套 ,材料为 HT150，具体参数参考表 37，结构图如图 312 所示。 表 37 内隔套基本参数表 型号 d D 平行度  L A 80mm 95mm 5～ 120mm 图 312 隔套示意图 主轴轴承的润滑 1. 润滑方式的选择 主轴组件的润滑密封是加工中心使用和维护过程中值得重视的两个问题。 良好的润滑效果可以减低摩擦﹑降低轴承的工作温度。 密封不仅要防止 27 灰尘和切削液进入，还要防止润滑油的泄漏。 润滑剂和润滑方式决定于轴承的类型﹑速度和工作 负荷。 如果选择的合适，可以降低轴承的工作温度和延长使用寿命。 以往加工中心主轴轴承的润滑方式，大多采用油脂封入式润滑方式。 但这种润滑方式的转速有一定的限度，为了适应主轴转速向高速化发展的需要，相继开发了新型润滑和冷却方式。 在加工中心上，主轴轴承的润滑方式主要有：油脂润滑﹑油液润滑﹑油液循环润滑﹑油雾润滑﹑油气润滑等方式。 滚动轴承的润滑基于弹性流体动力润滑方式。 滚动体和滚道接触处压强很高，会产生接触变形。 接触区是一小块面积的接触，而不是一条线或一个点的接触。 润滑剂在高压下被压缩，黏度急剧升高。 瞬时局部高黏度的 油可以在接触区形成油膜，把滚动体和滚道分隔开。 滚动体滚道的接触面积小，所以需要的润滑剂也很少。 滚动轴承可以用润滑脂或润滑油润滑。 在速度较低时，用润滑脂比用润滑油温升低；速度较高时，用润滑油较好。 本次设计主轴转速较高，所以选用油润滑。 主轴轴承速度较高时，宜采用油润滑。 它不仅摩擦阻力消，冷却效果好，还具有冲洗作用。 滚动轴承的润滑所需油量是很少的，约每分钟 1～ 5滴。 油量增加，则因搅拌作用而使油温升高；油量若再增加，则冷却作用逐渐超过了搅拌作用，温升将下降，但耗能却加大了。 常用油的粘度（ 40％）为 12～13 s/mm2。 油滑方式较多，为选取合适的油润滑方式，查《专用机床设备设计》表313，利用 mnd 值选取。 md 为轴承的平均直径，即（外径 +内径） /2； n 为轴的转速。 d 3000r/minn mnd =615000 查表 313，圆锥滚子轴承在 mnd =615000 时，应选取油气润滑方式。 2. 油气润滑工作原理 28 其工作原理如图 313 所示。 一路经气阀进入注油器，定时器定时打开气阀，压缩空气把一股油注入油气混合室，与经节流阀来的另一路压缩空气混合，进入塑料管道。 塑料管道孔径约为 ，油附在管壁上，在压缩空气流的作用下蠕动到喷嘴处，喷向轴承。 往混合室内注油是间歇的，但喷嘴处喷油却是连续的。 管道越长，供油越均匀。 油气润滑器是一个可外购的独立部件，油气润滑时，油未雾化，用过后可回收，不致污染环境，是一种很有前 途的润滑方式。 图 313 油气润滑工作原理图 碟形弹簧的设计 钻削力分析 普通麻花钻每一切割刃都产生切向切削抗力 zF 、径向切削抗力 yF 与轴向切削抗力 xF。 这些分力合成即为钻削力。 当左右切削刃对称时，径向抗力 yF相平衡。 切向抗力 zF 形成钻削扭矩，它消耗了切削功率。 所有切 削刃上轴向抗力 xF 之和形成了钻头上的轴向力 xFF  ，如图 314 所示： 钻削时，工作台载荷主要是垂直进给方向 vF ，其大小与钻削轴向力 F 相 29 同，方向相反。 当钻削工作台不做垂直进给时， vF 是工作台的静压垂直载荷；当工作台作垂直进给时， vF 是工作台垂直抗力。 查 《数控机 床机器人机械系统设计指导》 [13]表 22，当最大钻孔直径为20mm时，采用高速钢钻头，最大轴向力 12360max 轴F N 钻削中心具有一定的铣削能力，故钻削力的分解可以参照铣削力的分解，查 《数控机床机器人机械系统设计指导》 得： 纵向切削力 切纵 FF。