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四 川 理 工 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計 論 文 說 明 書 題 目 將舊車床改造成拉削齒輪內(nèi) 花鍵的拉床及主體部分設(shè)計 學(xué) 生 范 貴 君 系 別 機 電 工 程 系 專 業(yè) 班 級 機械設(shè)計制造及其自動化 學(xué) 號 0 3 0 1 1 0 4 0 4 指 導(dǎo) 教 師 李 先 民 ABSTRACT 摘 要 在機械制造和修理工作中 為了提高被加工工件的花鍵孔 圓孔及鍵槽的 生 產(chǎn)率 精度 均可采用拉削工藝 沒有拉床的機修廠 可采用各種型號 舊 廢 普通車床改裝 只要添一套夾具裝置即可 方法簡單 制造容易 能完全 達(dá) 到質(zhì)量要求 本設(shè)計介紹了將普通舊車床改裝成為齒輪鍵槽拉床的方法 在車 床 上增加一套專用夾具裝置 可將車床的回轉(zhuǎn)運動改為直線往復(fù)運動 車床主軸 可 只輸出扭矩 而由夾具裝置承受拉削力 從而實現(xiàn)由車床向拉床的改造 在不 需 要該機床后卸下夾具 裝上原有的拖板 刀架和尾座等機構(gòu) 車床仍可恢復(fù)原 來 的狀態(tài) 關(guān)鍵詞 車床 拉床 夾具 四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 論文 I ABSTRACT This Project In machine building and repair work for improve spleen hole round hole and productivity precision of keyway to process work piece can adopt the craft of broaching Service shop to have broaching machine can adopt various type old dethroning ordinary lathe refit so long as add the device of a set of jigs the method is simple it is easy to make can totally meet requirements for quality Have originally designed and recommended refitting the ordinary old lathe to become the gear wheel keyway broaching machine method Increase one special purpose jig device at lathe can change straight line reciprocating motion into gyration sport of lathe The main shaft of the lathe can only export the torsion and is born the strength of broaching by the device of the ABSTRACT II jig thus realize it from lathe to transformation of broaching machine Lift jig off behind not needing lathe this install already existing to tow board knife rest tail flatfeet organization the lathe can still resume the original state Keywords Lathe Broacher Fixture Broaching Force 四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 論文 目 錄 中文摘要 英文摘要 第 1 章 緒論 1 1 1 改造機床的意義 1 1 2 改造的內(nèi)容 1 1 2 1 明確本次設(shè)計的目的 1 1 2 2 改造的總體布局 1 1 2 3 改造設(shè)計時應(yīng)注意的問題 1 1 2 4 解決方法 2 1 2 5 本設(shè)計的研究所得 2 第 2 章 總體設(shè)計 3 2 1 設(shè)計構(gòu)思 3 2 2 1 機床改造的內(nèi)容 4 2 2 拉削力的分析和計算 4 2 2 1 拉削力的分析 6 2 2 2 拉削力的計算 6 2 3 螺旋傳動 10 2 4 螺桿直徑的計算 10 2 5 計算機床功率是否滿住要求 13 2 6 機床主軸尺寸 14 2 7 殼體的選用 14 2 8 軸承的選用 15 2 9 止推盤的選用 16 2 10 導(dǎo)向桿和導(dǎo)向臂的選用 16 2 11 支架的選用 18 2 12 拉刀的外形幾尺寸 18 2 13 拉刀夾頭的選用 20 第 3 章 結(jié)論 22 參考文獻(xiàn) 23 目錄 致謝 24 ABSTRACT 0 第一章 緒論 1 1 改造機床的意義 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展 即使原來屬于新穎 先進(jìn)的機床也會逐漸變得陳舊 落后 滿足不了產(chǎn)品種類日益增加和質(zhì)量不斷提高的需要 因此 技術(shù)老化 是客觀規(guī)律 據(jù)有關(guān)資料介紹 一般單獨購置新拉床需較多資金 采用此項技術(shù)改裝的 拉床 成本在幾萬元左右 并且可充分利用舊有設(shè)備 擴(kuò)大了機床的加工范圍 極具推廣價值 在一些工業(yè)發(fā)達(dá)的國家里 設(shè)備的平均役齡控制在10 20年之間 設(shè)備的 技術(shù)老化 期已短于10年 10年役齡以內(nèi)的設(shè)備數(shù)量能夠達(dá)到設(shè)備總 數(shù)的50 左右 由此可見 設(shè)備的更新速度相當(dāng)快 一是用技術(shù)更為先進(jìn)的新設(shè) 備來代替技術(shù)性能 老化 了的舊設(shè)備 另一類就是進(jìn)行有效的技術(shù)改造 是 舊設(shè)備適應(yīng)新的生產(chǎn)需要 1 2 改造的內(nèi)容 1 2 1明確本次設(shè)計的目的 本次設(shè)計的任務(wù)是將舊車床改造成拉削齒輪內(nèi)花鍵的拉床 此設(shè)計需要解 決的兩個主要問題就是 將車床的回轉(zhuǎn)運動改變?yōu)橹本€往復(fù)運動 使機床在加工過程中 機床主軸只輸出扭矩而不承受任何的拉力 1 2 2 改裝時候的布局 本次設(shè)計布局采用單獨設(shè)計主體部分即單獨設(shè)計一個機床傳動箱體來改變 機床的運動形式 傳動箱設(shè)計完成后采用螺栓壓板的方式將其固定在車床床身 上面 并要求車床主軸箱與設(shè)計的傳動箱體之間保持嚴(yán)格的同軸關(guān)系 1 2 3改造設(shè)計時應(yīng)注意的問題 講求經(jīng)濟(jì)效果 衡量標(biāo)準(zhǔn) 是否提高勞動生產(chǎn)率 是否提高產(chǎn)品質(zhì)量 是否降低生產(chǎn)成本 是否節(jié)約能源 四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 論文 1 是否污染環(huán)境 是否擴(kuò)大了新技術(shù) 新工藝 新結(jié)構(gòu) 新材料的 使用 保證加工精度和表面粗糙度 具有一定范圍的工藝可能性 包括 在該機床上可以完成的工序種類 所加工零件的類型 材料 尺寸范圍 機床的生產(chǎn)率和加工零件的單件成本 毛坯種類 適用的生產(chǎn)規(guī)模 加工精度和表面粗糙度 具有一定的先進(jìn)性 注意加工安全問題 1 2 4 解決的方法 鑒于以上需要解決的問題 通過查閱文獻(xiàn) 檢索資料 請教指導(dǎo)老師 本 設(shè)計采用螺旋傳動來實現(xiàn)將回轉(zhuǎn)運動改變?yōu)橹本€往復(fù)運動 而由主體部分的支 承板來承受拉削力 為了避免拉削時螺桿轉(zhuǎn)動 使用了兩根固定在主體部分和 浮動部分支撐板上的導(dǎo)向桿 再利用一個導(dǎo)向臂將螺桿連接起來 而且導(dǎo)向臂 兩端的孔同兩根導(dǎo)向桿配合 拉削時兩根導(dǎo)向桿固定不動 與其配合的導(dǎo)向臂 在其上面滑動 這種結(jié)構(gòu)保證了當(dāng)車床主軸正轉(zhuǎn)或者反轉(zhuǎn)的時候 傳動螺桿不 能轉(zhuǎn)動而只能沿軸線方向往復(fù)移動 1 2 5 本設(shè)計的研究所得 通過改造后的車床 具有了以前舊車床所不能擁有的功能 它不僅可以用 來拉削各種花鍵 內(nèi)孔等零件 起到了拉床的作用 大大的提高了機床的利用 率 而且節(jié)約了工廠的經(jīng)費 當(dāng)不再需要使用該拉床的時候 可以卸下夾具 裝上車床原有的拖板 刀架和尾座等部件 車床就可以恢復(fù)到原來的狀態(tài) 這 樣大大提高了工廠的加工范圍 降低了生產(chǎn)成本 在改造中沒有增加新的動力源和變速裝置 通過簡單的動力傳遞 巧妙的 把原車床動力傳遞給了拉刀 拉刀的速度也由原機床的變速箱來控制實現(xiàn) 這 樣大大地簡化了改裝機構(gòu) 車床改裝的拉床 操作簡單 方便 一般的工人都 能掌握操作 第一章 緒論 2 第二章 總體設(shè)計 2 1 設(shè)計構(gòu)思 在機械制造和修理工作中 為了提高被加工工件的花鍵孔 圓孔及鍵槽的 生產(chǎn)率 精度 均可采用拉削工藝 沒有拉床的機修廠 可采用各種型號 舊 廢 普通車床改裝 只要增添一套夾具裝置即可 方法簡單 制造容易 能完 全達(dá)到質(zhì)量要求 卸下工裝 又可恢復(fù)原車床的性能 將各種車床改成拉床 須解決以下兩個問題 1 將車床的回轉(zhuǎn)運動改變成直線往復(fù)運動 2 使車床主軸只輸出扭矩而不承受拉力 所用工藝裝備如圖2 1所示 主要由裝在車床主軸和前支架7上的主體部 分及裝在后支架18 上的浮動部分組成 殼體 裝在車床主軸的螺紋上 傳動螺母4 與1 壓配合后再用螺釘2 緊固 利用傳動螺母4 與傳動絲杠8 相嚙合 即可將車床主軸的回轉(zhuǎn)運動變?yōu)榻z杠8 的軸向移動 導(dǎo)向臂9用鍵和螺母定在絲杠8 上 這種結(jié)構(gòu)保證了當(dāng)車床主軸正 反轉(zhuǎn)時 傳動絲杠不轉(zhuǎn)動而只能作軸向往復(fù)運動 由止推軸承3 止推盤5 套 筒6 及固定在車床上的前支架7組成了使車床主軸只輸出扭矩而不承受拉力的卸 荷裝置 在拉削時 傳動絲杠的軸向拉削力 通過上述裝置承受 圖2 1 工藝裝置及夾具結(jié)構(gòu)圖 四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 論文 3 夾具體的浮動裝置由定位套17 球形支座15 球形環(huán)16 彈簧14 和螺母13 組成 并裝在固定的后支架18 上 其作用是支承工件并補償工件端面對孔軸線 的垂直度誤差 以防止拉出的孔偏斜 甚至使拉刀折斷 改裝時應(yīng)注意的問題 1 為使全部拉力由前支架7承受 要求套筒6兩端面的平行度在0 01 100mm范 圍內(nèi) 2 為增加前支架的接觸剛度 支架底面與導(dǎo)軌面的接觸部分要求刮研 接觸 點達(dá)到12 15點 25mm 25mm 3 為使套筒的端面與前支架接觸良好 前支架的底面與端面的垂直度為 0 03 300mm 4 在導(dǎo)軌之間設(shè)置緊固板 圖中未畫 將前后支架固定在床身導(dǎo)軌上 拉刀夾頭與傳動絲杠用螺紋連接 并用螺母鎖緊 拉削時 拉刀穿過工件孔 裝在拉刀夾頭中 并使加工件的端面緊靠在定位套17 上 打開冷卻潤滑液 噴 頭對準(zhǔn)拉刀的切削刃 操作啟動按鈕 主軸正轉(zhuǎn) 傳動絲杠帶動拉刀向左移動 進(jìn)行拉削 拉削完畢后停車 取下拉刀 機床反轉(zhuǎn) 使拉刀夾頭快速退回原位 完成一個循環(huán) 改裝后拉床的拉能力 取決于車床主軸電動機的功率 螺母4 和傳動絲杠的材料及主軸內(nèi)孔直經(jīng)的大小 因傳動絲杠需通過內(nèi)孔 2 1 1機床改造的內(nèi)容 實踐表明 由于各工廠的生產(chǎn)性質(zhì)和設(shè)備條件不同 改造機床的內(nèi)容和要 求也各有差異 但是概括起來大致有以下幾點 使舊型號機床達(dá)到新型號機床的性能指標(biāo) 擴(kuò)大機床的工藝范圍 改變機床的工藝范圍 提高機床的自動化程度 改善機床的操作性能和勞動條件 使機床能夠適應(yīng)新技術(shù) 新工藝的要求 適合與組成生產(chǎn)流水線 2 2 拉削力的分析和計算 2 2 1拉削力的分析 拉削時 由于工件材料要抵抗拉刀刀齒的切削 所以 刀齒上受到一定的拉 第二章 總體設(shè)計 4 削力 F 他可分解為三個互相垂直的分力 主拉削力 縱向分力 xFyz 的方向應(yīng)該與拉刀運動方向相反 徑向分力 垂直分力 的方向朝著拉z yF 刀刀體內(nèi)部并垂直于加工表面 拉刀軸心線 切向分力 橫向分力 垂直x 于上述的兩個分力 并企圖將把拉力推向一邊 不同類型的拉刀 這三個分力的比例不同 對于刀齒和相對軸心線對稱排 列的拉刀 如圓孔拉刀 矩形花鍵拉刀 四方和六邊拉刀等 徑向分力 基yF 本互相抵消 刀齒不對稱排列的拉刀 如鍵槽拉刀 單平面拉刀等 拉削時的 徑向分力 把拉刀壓向夾具的支撐平面 或把拉床滑塊壓向拉床導(dǎo)軌 產(chǎn)生摩yF 擦力 當(dāng)拉刀剛度低時 如鍵槽拉刀 徑向分力 工件的側(cè)面或者旁邊 xf yF 造成拉刀折斷 根據(jù)試驗測得 2 0 45 6 y zFF 1 刀齒刃傾角 的拉刀 即環(huán)行齒和直齒拉刀 不產(chǎn)生切向分力 而0 x xF 的螺旋齒和斜齒拉刀將產(chǎn)生切向分力 它把拉刀推向一邊 所以要用0s xF 相應(yīng)的支承或拉床導(dǎo)軌來抵抗切向分力 在拉刀側(cè)面與支承面之間或機床滑 塊與導(dǎo)軌之間產(chǎn)生摩擦力 螺旋齒內(nèi)孔拉刀的切向分力 產(chǎn)生力矩 并傳XYFx 到牽引卡盤和他相連的拉床滑塊 當(dāng) 和 基本不存在時 只要計算拉刀的主yx 拉削力 即拉削的縱向分力 zF 為了實現(xiàn)拉削運動 必須對拉刀加以縱向拉削力 F 它應(yīng)該平衡軸向分力和 摩擦力 zxfxy 即 2 2 xyzffFF 拉削力 F 不應(yīng)超過牽引力 即 F 上式中的 Q 可根據(jù)機床型號maxQmax 來查出 例如 L6110 拉床的 L6120 拉床的49 810 19 6X10 L6140 的 maxQax439 210 xyzffFF 四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 論文 5 式中 拉床最大許用牽引力 為 NmaxQmaxQ 機床效率 等于 0 7 0 9 機械傳動的效率低些 液壓傳動的 效率高些 新機床的實際拉力按 0 9 計算 舊機床的處于良好狀態(tài)的按 0 8 計算 處于不良好狀態(tài)的按 0 7 計算 2 2 2 拉削力的計算 拉削力的計算是拉刀強度驗算和車床改拉床設(shè)計的依據(jù) 是設(shè)計拉刀的重 要問題之一 拉削力主要受下列因素的影響 齒升量 拉削寬度 同時工作齒 數(shù) 零件材料及熱處理情況 拉刀類型 截面形狀 刀具幾何參數(shù) 刀具鋒利 程度和切削液情況等 拉削時切削力是變化的 從拉刀進(jìn)入工件開始 參加工作的齒數(shù)逐漸增加 拉削力也成階梯狀增加 直到 都參加切削時達(dá)到最大 由于 Z 有一個齒的maxz 變化 所以拉削力也有相應(yīng)的變化 當(dāng)拉削工作接近結(jié)束的時候 拉削力就逐 漸減小 但是由于每有一個粗切齒切出工件 將有一個精切齒切入 所以拉削 力減小較慢 最后為校準(zhǔn)齒的拉削力 由于校準(zhǔn)齒只切削較薄的切削層 或者 不參加切削而只有摩擦力 故拉削力很小 圓孔拉削時 拉削力的最大值和最小值不是常數(shù) 而是從拉削開始后緩慢 增加的的趨勢 這是由于拉削圓孔時 各齒切削寬度隨著切齒直徑的增大而略 有增加的緣故 四方拉刀 六方拉刀以及類似的拉刀 其拉削力因切削寬度減小而變小 拉削鍵槽和矩形花鍵孔時 因切削寬度不變 所以拉削力不變 拉削時實際負(fù)荷的情況 會因各齒實際 a 的不均勻 加工材料的不均勻和 拉刀的其他缺陷 而與理論有些不同 這也可由拉削力的波形圖看出 為了設(shè)計拉床和驗算拉刀的強度 必須計算最大拉削力 和對它maxFa 有影響的因素之間的關(guān)系由下列經(jīng)驗公式?jīng)Q定 2 maxDerawFbZK 3 式中 F 刀齒單位切削刃長度上的拉削力 由試驗測得 F 為 N mm 第二章 總體設(shè)計 6 每個刀齒切削刃的總寬度 為 mm Db Db 最大同時工作齒數(shù) eZ Kr Ka 分別為前角 后角 刀齒鋒利程度 切削液對切削K w 力影響的修正系數(shù) 見下表 2 1 一般情況可忽略不計 由于圓孔拉刀切削刃為圓弧形 拉孔時切削面積成圓弧狀扇形 在拉刀切 屑外緣的長度比內(nèi)緣的長度長 切屑一面受圓周方向的壓縮 一面又卷曲 拉 削時比平面拉刀變形困難 計算圓孔拉刀的拉削力時可用平面拉刀試驗資料的 1 06 倍 即乘以修正系 數(shù) 1 06 因此 3 14 3 33 帶入拉削力公式得 K K 對分層式圓孔拉刀 單位為 N max0 3 e eFDZFDZ 2 4 對綜合式圓孔拉刀 單位為 N max0 3 22e e DDFZKFZ 2 5 表 2 1 拉削力的修正系數(shù) 參 數(shù) 符 號 rK aK wK 參 數(shù) 5 10 15 20 1 2 3 鋒 利 磨鈍 硫化 油 乳化 液 植物 油 干切 削 鋼 1 13 1 0 0 93 0 85 1 2 1 0 1 0 1 15 1 0 1 13 0 9 1 34 鑄 鐵 1 1 1 0 0 95 1 12 1 0 1 0 1 15 0 9 1 0 注 1 后刀面磨鈍標(biāo)準(zhǔn)按 圓孔拉刀為 0 15mm 花鍵拉刀為 0 3mm 2 乳化液濃度為 10 四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 論文 7 對分塊式圓孔拉刀 N 2 max0 3 2e e DDFZKFZ 6 對鍵槽拉刀 N 2 7 max eFbZ 對花鍵拉刀 N 2 8 max eFbnZ 式中 分塊式圓孔拉刀的每一齒組齒數(shù) eZ N 花鍵拉刀的鍵數(shù) 表 2 2 拉刀單位長度切削刃上的切削力 F N mm 工件材料及其硬度 HBS 碳 鋼 合 金 鋼 灰 鑄 鐵 可鍛鑄鐵齒升量 mmfa 197 197 229 229 197 197 229 229 180 180 80 0 01 65 71 85 76 85 91 55 75 63 0 015 80 88 105 101 110 124 68 82 68 0 02 95 105 125 126 136 158 81 89 83 0 025 109 121 144 142 152 168 93 103 84 0 03 123 136 161 157 169 186 104 116 94 0 04 143 158 187 184 198 218 121 134 109 0 05 163 181 216 207 222 245 140 155 125 本次設(shè)計要求拉內(nèi)花鍵 所以選用公式 max eFbnZ 已知 1 內(nèi)花鍵尺寸 第二章 總體設(shè)計 8 大徑 D 38 mm 小徑 d 32 mm 鍵槽寬 B 6mm 倒角 C 0 5mm 鍵數(shù) n 8 2 由齒輪的寬度得出工件的拉削長度為 20mm 0L 3 加工工件材料為 45 鋼 4 預(yù)制孔直徑 d0 32mm 1 材料 W18Cr4V 2 內(nèi)花鍵大徑最大尺寸 38 0 1 38 1mmmaxD 3 內(nèi)花鍵小徑最小尺寸 32mm 4 花鍵的切削余量 A1 Dmax d0 38 1 32 6 1mm 5 圓孔拉削余量 A2 Dmin d0 32 32 0 6 內(nèi)花鍵最大鍵槽寬 6 0 75 6 075maxB 7 齒升量 由 拉刀設(shè)計與使用 書表 2 4 查得及本設(shè)計表 2 1f 0 05mmf 8 齒距 P P 1 25 1 5 9 同時工作齒數(shù) L0 p 1maxZ 20 7 1 2 85 1 3 85 取整 4maxZ 10 最大拉削力 由上面已知得 b 6 n 8 4eZ 而 F 由 拉刀的設(shè)計與使用 表 2 30 查的 及本設(shè)計說明書表 2 2 得 F 216 N mm 所以 四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 論文 9 由公式 2 max eFbnZ 9 216x6x8x4 41472N 公式中 F 為拉刀的單位長度切削刃上的切削力 2 3 螺旋傳動的設(shè)計 螺旋傳動能將旋轉(zhuǎn)運動變成直線運動 并能在較低的速度下傳遞很大的力 其結(jié)構(gòu)簡單且易于自鎖 因而廣泛用于螺旋壓力機 千斤頂螺旋等設(shè)備上 常用的螺旋傳動有矩形螺旋傳動 梯形螺旋傳動 鋸齒形螺旋傳動等 矩 形螺旋傳動效率最高 但螺紋強度較低 精確制造較困難 對中準(zhǔn)確性較差 磨損后無 補償 因此應(yīng)用中受限制 矩形螺紋無標(biāo)準(zhǔn) 推薦尺寸表 2 3 梯形 螺紋加工容易 強度較大 但是效率較低 鋸齒形螺紋綜合了矩形螺紋效率高 梯形螺紋牙根強度大的特點 一般用于承受單向壓力 常用在壓力機上等場合 螺桿材料應(yīng)具有良好的加工性能 一般選用 A35 35 45 等鋼 螺母材料 常選用鑄造青銅 ZQSn6 6 3 ZQSn10 1 速度低 載荷較小時 也可以采用 鑄鐵 耐磨鑄鐵等材料 本設(shè)計因為是低速拉削 但是載荷較大故選用梯形螺旋傳動 材料選用 45 鋼 螺旋傳動用梯形 矩形或者鋸齒形螺紋 其失效形式多為螺紋磨損 而螺 旋直徑和螺母的高度由耐磨性要求決定 傳動力較大的時候 應(yīng)校核螺桿部分 或其他危險部分的強度 以及螺母 螺桿的螺牙強度 要求自鎖時 應(yīng)檢驗螺 紋副的自鎖條件 對于長徑比比較大的的受壓螺桿 應(yīng)檢驗其穩(wěn)定性 第二章 總體設(shè)計 10 2 4 螺桿直徑的計算 螺桿的中徑按耐磨性要求計算而得 主要是限制螺紋副的比壓 計算式為 d2 2 FThP 10 式中 d2 螺紋中徑 mm F 軸向載荷 N T 螺距 系數(shù) 其中 H 為螺母高度 值可根據(jù)螺母的形式選定 2Hd 整體式螺母 1 2 2 5 部分螺母 2 5 3 5 h 螺紋工作高度 mm 梯形螺紋的 h 0 5t 鋸齒形螺紋 h 0 75t P 許用比壓 Mpa 見表 2 3 表 2 3 滑動螺旋副材料的許用比壓 P 螺桿材料 螺母材料 許用比壓 P Mpa 速度范圍 鋼 青銅 18 25 低速 鋼 鋼 7 5 13 低速 鋼 鑄鐵 13 18 小于 2 4m min 鋼 青銅 11 18 小于 3 0m min 求出 d2 圓整為標(biāo)準(zhǔn)值 并按照標(biāo)準(zhǔn)選取相應(yīng)的公稱直徑 d 和螺距 t 然 后由 d2 確定下列參數(shù) 四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 論文 11 圖 2 2 螺旋副的各項尺寸 螺母高度 H H d2 mm 2 11 旋合圈數(shù) Z Z 10 12 2 12 t 螺紋工作高度 h 梯形螺紋 GB784 65 選取 由于我們選取的材料為 45 鋼 查表 實用機械設(shè)計手冊 表 4 10 緊固件 與聯(lián)接件的常用材料 選取 45 鋼的 屈服強度 335 Mpa 丨 s 強度極限 600 Mpa b 將前面的已知條件帶入 2 13 2 FtdHP 2417253 0d 第二章 總體設(shè)計 12 29 662d 取整 30mm2 螺紋中徑為 d 30mm 螺距為 p 5mm 旋合長度為 63mm 由公式 得 1Fdtz F 2 14 x30 x3 17x63x83 75 52545 N 所選材料的受拉極限為 52545N 而我們的最大拉削力為 41472N 最大拉削 力遠(yuǎn)小于螺桿的受拉極限 所以選用螺桿的材料和直徑足夠 即選用 M30 查表得出螺桿和螺母的外形尺寸為 旋合長度 63mm 螺桿直徑 d 30 螺距 P 5mm 螺母的其他尺寸 螺母內(nèi)徑 D 30mm 螺母外徑 D 52mm 螺母臺肩直徑 D1 52mm 螺母臺肩高度 B 2mm 螺母厚度 40mm 以上尺寸由 實用機械設(shè)計手冊 上查得 2 5 機床功率是否滿足要求 由于我們是舊機床改造故機床電動機功率是已知 現(xiàn)求得了機床所需要的 最大拉力 由機械設(shè)計手冊查得機床功率足夠 對絲杠和螺母的傳動精度要求不太高 此傳動副主要受拉力 所以需要進(jìn) 四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 論文 13 行強度計算 如螺母材料采用高強度的球墨鑄鐵 絲杠材料采用40Cr 鍛造后 進(jìn)行正火處理 經(jīng)強度計算 螺母絲杠傳動副所能承受的許用拉力如表 所示 車床型號 C616 C620 C620 1 C630 C640 C650 主軸內(nèi)孔直徑 mm 30 38 39 70 85 100 絲桿外徑 mm 29 37 38 68 84 94 許用拉力 KN 30 42 48 100 150 200 表 2 3 各種車床選做拉床用的拉力 齒輪花鍵在拉削時的最大拉削力為 41472N 我們選用的機床為 C6140 車床 由于 C6140 車床和 C620 1 型車床主軸等主要部件主要尺寸相同 所以我們選用 的材料和選擇的傳動螺桿和螺桿是符合要求的 即我們所選用的機床功率和我 們所選用的傳動材料是相符合的 是能滿足生產(chǎn)需要的 2 6 機床主軸尺寸 本設(shè)計改裝的機床為 C6140 舊車床 其主軸主要尺寸及形狀由參考資料 機 械設(shè)計手冊 查得 車床主軸部分的尺寸 圖 2 3 C6140 車床 主軸端部尺寸 主軸外徑 D 106mm 主軸內(nèi)徑 d 44 401mm 第二章 總體設(shè)計 14 主軸螺紋 M90 8mm 主軸卡槽尺寸 3 5 8mm 其中內(nèi)孔錐度為莫氏錐度 5 號 卡槽角度為 45 度 所選主軸長度尺寸為 L 100mm 2 7 殼體的設(shè)計 本設(shè)計的殼體主要作用就是為了將主體部分的傳動部分與機床進(jìn)行有效的 聯(lián)接 并將主體部分固定在機床上面 我們?yōu)榱四軌驅(qū)んw與主體部分的支撐架 止推盤等進(jìn)行更好的聯(lián)接我們 選用了圓形結(jié)構(gòu) 選用該結(jié)構(gòu)能使主體部分在機床主軸旋轉(zhuǎn)時 能產(chǎn)生的離心 力更小 也便于止推盤的選取 最后設(shè)計殼體的厚度為 30mm 殼體直徑 160mm 材料選用 45 鋼并進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理硬度達(dá)到 197HBS 227HBS 2 8 軸承的選用 滾動軸承是標(biāo)準(zhǔn)件 由專門的軸承工廠大批量生產(chǎn) 在設(shè)計中只需要根據(jù) 工作條件選用合適的滾動軸承類型和型號 再根據(jù)使用要求 進(jìn)行組合結(jié)構(gòu)設(shè) 計 推力球軸承主要由兩塊保持壓板和滾動體組成 其中一塊保持架是固定的 另一塊保持架伴隨滾動體轉(zhuǎn)動 滾動體是滾動軸承的核心元件 它使相對運動 表面間的滑動摩擦變?yōu)闈L動摩擦 滾動體的選擇一般是根據(jù)不同的場合來選取 其大小和數(shù)量也直接影響軸承的承載能力 軸承材料一般選用強度高 耐磨性好的烙猛高碳鋼制造 常用牌號如 GCr15 GCr15SiMn 等 淬火后硬度不低于 61HRC 65HRC 工作表面喲哀求磨削 拋光 本設(shè)計由于是拉削故軸承所承受的是軸向載荷 所以我們選用推力球軸承 由于本次設(shè)計所用的軸承主要起止推的作用 由參考資料 機械設(shè)計手冊 查表選用 GB301 64 單向推力球軸承 其特點是用以承受一方向的軸向載荷 極 限轉(zhuǎn)速很低 軸線必須與軸承底面垂直 負(fù)荷必須與軸線重合 為了消除因外 殼支承表面對軸中心線不垂直所引起的軸承中心傾斜 可在活圈的支承表面上 墊以塑料材料 如漆布 皮革和耐油橡皮等 四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 論文 15 由設(shè)計可知 所需軸承內(nèi)徑尺寸為 120mm 所以查 機械設(shè)計手冊 表 7 102 選用中 3 系列單向推力球軸承 8324 GB301 64 其尺寸和主要技術(shù)參 數(shù)為 d 120mm d1 最小 120 2mm D 210mm H 70mm r 2 1mm 圖 2 4 推力球軸承尺寸 2 9 止推盤的選用 止推盤 又稱軸承蓋 它的主要作用就是將軸承牢牢的固定在軸上 避免 軸承與軸之間產(chǎn)生軸向的移動 由于本設(shè)計傳動螺桿必須要通過止推盤與拉刀夾頭相連接 為了能夠滿足 第二章 總體設(shè)計 16 我們設(shè)計的需要 故在止推盤的中間鉆削出一個直徑為 32mm 的孔 以讓傳動螺 桿通過止推盤 止推盤用螺栓將其固定在支承板上 本次設(shè)計所用的止推盤其主要尺寸為 d1 155mm d2 116mm d3 6mm S 8mm H 18mm r 4 為了防止軸承在承受軸向載荷時發(fā)生軸向移動 所以軸承在軸上和軸承箱 內(nèi)都應(yīng)該有緊固裝置 軸向負(fù)荷越大 軸承套圈旋轉(zhuǎn)速度越高 則軸向緊固越 高 2 10 導(dǎo)向桿和導(dǎo)向臂的選用 由于傳動螺桿較細(xì)長 為了提高螺桿的剛性和拉削時的穩(wěn)定性 同時只讓 螺桿軸向移動 不能轉(zhuǎn)動 我們在設(shè)計中采用兩根導(dǎo)桿和導(dǎo)向臂的結(jié)構(gòu) 兩根 導(dǎo)桿分別固定在主體部分和浮動部分的支承板上 導(dǎo)向臂則裝在螺桿上 并用 鍵連接 它兩端的孔分別同兩導(dǎo)桿相配合 導(dǎo)向臂在導(dǎo)桿上移動 起到了支承 導(dǎo)向和防止螺桿轉(zhuǎn)動的作用 其中導(dǎo)桿的固定在兩塊支撐板上面 其軸線與機床主軸軸線平行 兩桿到 導(dǎo)軌平面的距離相等 兩桿的平行度不誤差不高于 0 01mm 這樣才能保證傳動 螺桿在拉動拉刀夾頭時不出現(xiàn)傾斜或者彎曲 才能保證工件的加工質(zhì)量和拉刀 的使用壽命 四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 論文 17 圖 2 6 導(dǎo)向桿的形狀及尺寸 導(dǎo)向臂尺寸根據(jù)拉刀夾頭的整體尺寸進(jìn)行設(shè)計 由拉刀的整體尺寸換算出 導(dǎo)向臂的尺寸如下 長 176mm 厚 30mm 其余尺寸如圖 2 11 前支架的設(shè)計 前支架就是固定在車床導(dǎo)軌上面的一塊直角鋼板 材料選用 45 號碳素鋼 前支架的作用就是對聯(lián)接在車床主軸箱上的主體部分起到固定 定位和提 高剛性的作用的 為了能更好的固定支撐主體部分 我們對其兩邊增加了兩塊 肋板 以增加他的剛性和支撐作用 前支架是通過螺栓連結(jié)在與車床導(dǎo)軌相配合的兩塊壓板上的 通過移動兩 塊壓板的位置 來調(diào)整主體部分中推力軸承的軸向間隙 所以前支架的作用是非常重要的 為了能夠滿足機床在改裝過后的精度要 求 我們對支承板提出了較高的技術(shù)要求 首先 由于傳動螺桿要通過支撐架 所以在傳動螺桿通過的位置必須鉆削 出一個 32mm 的孔出來以便螺桿的通過 在鉆孔的同時我們應(yīng)該考慮孔與聯(lián)接 在同一支撐板上的兩根導(dǎo)桿的位置關(guān)系 這一位置關(guān)系關(guān)聯(lián)著改裝后機床的軸 第二章 總體設(shè)計 18 線是否在同一水平位置的問題 所以加工的時候應(yīng)該保證通孔與導(dǎo)桿孔的平行 度問題 其次是支撐板通孔與支撐板底面的平行度關(guān)系 最后我們要對支撐板的底面進(jìn)行精加工 保證底面的平面度誤差不超標(biāo)和 底面與側(cè)面的垂直度關(guān)系 經(jīng)設(shè)計計算支撐板尺寸為 長 為 440mm 寬 為 130mm 高 為 278mm 孔離導(dǎo)軌 180mm 兩螺栓孔距離 240mm 兩肋板間的距離為 400mm 2 12 拉刀的外型幾何尺寸 拉刀具有很多刀齒 后一刀齒高于前一刀齒 當(dāng)拉刀做直線運動時 便能 依次地從工件表面切下很多很薄的金屬層 拉削是一種高效率的加工方法 他適用于大批量生產(chǎn) 近年來在小批量甚 至單件生產(chǎn)中 高精度的零件表面也有采用拉削的 拉削范圍廣 可拉削各種 形狀的內(nèi) 外表面及復(fù)合表面 拉削過程中 由拉刀作直線運動 進(jìn)給運動則靠拉刀的齒升量來實現(xiàn) 一 次行程完成粗 精加工 每個刀齒在工作行程中只切削一次 拉削速度較低 刀具耐用度和刀具壽命很長 拉削過程平穩(wěn) 因而加工精度可達(dá) IT7 9 級 表 面粗糙度可達(dá) Ra0 8 m 以下 機床結(jié)構(gòu)也很簡單 拉刀種類很多 結(jié)構(gòu)各有特點 但他們的切削部分組成大致相同 而夾持 部分則因其作用的功能不同而有很大的差異 甚至完全不同 拉刀的組成部分及其作用 柄部 拉床的夾頭夾住拉刀的柄部 拉著拉刀前進(jìn) 頸部 與其他部分的連接部分 也是打標(biāo)記的地方 過渡錐 對準(zhǔn)中心的作用 使拉刀容易進(jìn)入拉削前的孔中 前導(dǎo)部 主要起導(dǎo)向和定心的作用 防止拉刀進(jìn)入工件后發(fā)生歪斜 并可 檢查拉削前的孔徑是否過小 以免拉刀第一個刀齒負(fù)荷太大而損壞 切削部 擔(dān)負(fù)全部的切削工作 由粗切齒 過渡齒和精切齒組成 這些刀 四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 論文 19 齒的尺寸由前導(dǎo)部向后逐漸增大 最后一個刀齒的尺寸應(yīng)該保證被拉削的孔獲 得所要求的尺寸 校準(zhǔn)部 該部分有幾個基本與拉削后的孔徑相同的校準(zhǔn)齒 校準(zhǔn)齒起到校 準(zhǔn)與修光的作用 用以提高工件的加工精度及獲得光潔的工件表面 并作為精 切齒的后備齒 后導(dǎo)部 用以保持拉刀最后的正確位置 防止拉刀在即將離開工件時因工 件下垂而損壞已加工表面或者刀齒 支托部 為防止拉削過程中因拉刀既長又重時 D 60mm 下垂而影響加 工質(zhì)量和損壞刀齒 一般不小于 20mm 其作用 支托部固定在機床后部可移動 的 支座上面 小而輕的拉刀不一定有支托部 圖 2 5 拉刀組成部分 2 13 拉刀夾頭的選用 拉刀夾頭按其拉削表面不同分為 內(nèi)表面拉刀 溝槽拉刀 花鍵拉刀等拉 刀夾頭 花鍵拉刀夾頭一般用拉刀夾頭夾持拉刀 傳遞拉力 設(shè)計拉刀夾頭時必須 滿足以下幾點 拉刀的裝卸要方便迅速 拉刀的夾持可靠 夾頭強度足夠 第二章 總體設(shè)計 20 夾頭和拉刀柄部的配合表面需要有比較高的精度 否則保證不了拉削工 件的精度 本設(shè)計采用的是銷子裝卡的夾頭 如下圖所示 它是用銷子插入拉刀柄部 的橢圓形孔中來固定拉刀 它與卡爪比較 銷子能承受更大的拉削力 因此適 用于拉削較大的零件 下圖為銷子拉刀夾頭的裝配示意圖 在生產(chǎn)加工時應(yīng)該保證夾頭與拉刀柄部 配合的內(nèi)孔的精度 假如精度不能夠達(dá)到要求 那么在拉削時就不能保證工件 的拉削質(zhì)量 從而影響到機床改造后的主體質(zhì)量和精度 應(yīng)對其配合表面進(jìn)行 刮削處理 并保證 12 15 點 210m 圖 2 6 銷子裝夾夾頭示意圖 通過以上的分析計算 得到了本次設(shè)計所需要的結(jié)構(gòu)和尺寸 為以保證改 裝拉床的質(zhì)量 在裝配的時候 還要要保證各零件之間的配合關(guān)系 同時 在 進(jìn)行總裝配的時候 必須要保證主體部分的螺桿軸心線與機床主軸的軸心線等 高 以避免在拉削過程中出現(xiàn)軸心線不等高而出現(xiàn)工件加工精度不能滿足要求 或者折斷拉刀的情況 四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 論文 21 第三章 結(jié)論 22 第三章 結(jié)論 機床的改造是一類為如何適應(yīng)生產(chǎn)需要 提高機床利用率 挖掘普通機床 潛能的一種方法 這類方法主要是利用 機床的真正價值在于使用 這一特點 機床的使用與工件 夾具 刀具和其他輔助工具密切相關(guān) 也與操作者的 操作技能 維護(hù)和保養(yǎng)水平加工方法有重要的聯(lián)系 因此我們提倡充分發(fā)揮人 的聰明才智 以利用機床為基礎(chǔ) 對機床 夾具 工件 刀具這一工藝系統(tǒng) 進(jìn)行全面的分析 進(jìn)行技術(shù)改造 以實現(xiàn)我們預(yù)定的目的 本設(shè)計從改造機床的依據(jù) 特點 思路和改造途徑開始 詳細(xì)的敘述了怎 樣對舊車床進(jìn)行改造 以提高他的生產(chǎn)率 本設(shè)計所體現(xiàn)的效益是多方面的 第一 從利用率方面講 利用舊機床改造為新用途的機床 節(jié)約了新機床 的購買費用 并且提高了舊機床的利用率 假如我們改造了 100 萬臺舊機床 按每臺生產(chǎn)率提高百分之二十來計算 這就等于我們多生產(chǎn)了 20 萬臺新機床 反之假如我們不對舊機床進(jìn)行技術(shù)改造 當(dāng)前生產(chǎn)的新機床在技術(shù)水平上和數(shù) 量上又不能及時的滿足生產(chǎn)需要時 那勢必將影響國民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展 第二 從經(jīng)濟(jì)方面講 如有一工廠利用一臺報廢的皮帶傳動龍門刨床的床 身 改裝成一臺 8 米的導(dǎo)軌磨 從 1972 年改裝成功到 1982 年 共大修本廠機 床 400 余臺次 協(xié)助本廠兄弟大修床身百余臺 并且精度高 表面粗糙度好 然而改裝該機床只投資了 5000 元 可是購買一臺新機床卻要花費 10 幾萬元 可見改造機床能大大節(jié)約工廠的生產(chǎn)成本 本文的主要研究內(nèi)容及成果有以下幾部分 對舊機床改造拉床所涉及的一些基本知識進(jìn)行了概述 分析了需要解決 的問題 對于改造中涉及的如何將旋轉(zhuǎn)運動改變?yōu)橹本€運動進(jìn)行了闡述 并對其 進(jìn)行了解決 就是利用螺旋傳動將機床主軸傳遞來的旋轉(zhuǎn)運動改變?yōu)橹本€往復(fù) 運動 而且我們還采用了固定不動的導(dǎo)向桿和導(dǎo)向臂來固定傳動螺桿 使機床 主軸在正轉(zhuǎn)或者反轉(zhuǎn)的時候都不能轉(zhuǎn)動而只能進(jìn)行軸向的往復(fù)運動 對于如何讓機床主軸不承受任何的拉力 我們通過使用止推軸承 止推 盤 套筒以及固定在機床上的前支架組成了卸荷裝置 使機床主軸不承受拉力 拉削時 傳動螺桿承受的軸向的拉削力經(jīng)螺母而作用在前支架上面 從而使作 四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 論文 23 用在機床主軸上的軸向拉削力基本消除 參 考 文 獻(xiàn) 1 張耀宸 王占永 機械加工工藝設(shè)計實用手冊 J 航空工業(yè)出版社出版 1993 12 版 2 中國農(nóng)業(yè)機械化科學(xué)研究院 實用機械設(shè)計手冊 中國農(nóng)業(yè)機械出版社 1984 3 版 上 3 中國農(nóng)業(yè)機械化科學(xué)研究院 實用機械設(shè)計手冊 中國農(nóng)業(yè)機械出版社 1984 3 版 下 4 陳榕林 張磊 巧改機床 中國農(nóng)業(yè)機械出版社 1985 版 5 沈?qū)W勤 公差配合與技術(shù)測試 高等教育出版社 1998 5 版 6 吳宗澤 羅圣國 機械設(shè)計課程設(shè)計手冊 高等教育出版社 1999 6 版 7 邱宣懷 機械設(shè)計 高等教育出版社 1997 7 版 8 黃鶴汀 機械制造裝備 機械工業(yè)出版社 2005 4 版 第三章 結(jié)論 24 四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 論文 25 致 謝 真誠的感謝我的指導(dǎo)老師李先民教授 李老師在我的設(shè)計過程和論文寫作 及修改的各個細(xì)節(jié)中給予了我耐心而細(xì)致的指點 使本設(shè)計得以順利完成 衷 心祝愿李老師身體健康 生活幸福 并期望在以后的生活和學(xué)習(xí)中繼續(xù)得到李 老師的教導(dǎo) 感謝我的同學(xué)王鍵 殷坤明 趙琳 張文 黃強 王江華 李海等 他們 博學(xué) 豁達(dá) 開朗 給我的學(xué)習(xí)給予了幫助 給我的生活帶來了樂趣 我們共 處一個班 形成了一個團(tuán)結(jié) 向上而又充滿歡笑的大家庭 我們結(jié)下了深厚的 友誼 將是我今后人生中一筆豐富的財富 感謝他們在我四年求學(xué)生活中的關(guān) 心 支持和鼓勵 感謝父母四年來對我學(xué)習(xí)和生活中的支持 感謝在我的學(xué)習(xí)和完成論文中給予我?guī)椭乃欣蠋?范貴君 二 00七年五月四川理工學(xué)院