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齿轮传动多轴头设计
齿轮传动多轴头设计
摘要
一个零件的同一个面上,往往有多个孔,如果在普通钻床上加工,通常要一个孔一个孔的钻削,生产效率底。
要是在普通立式的主轴上装一个多轴头,就可以同时钻削多个孔,大大提高了生产效率。
按照传动形式,多轴头分为齿轮传动和曲拐传动多轴头。
在一般情况下,多轴头工作轴的中心距做成不可调的,叫一般多轴头。
只在特殊需要的情况下将工作轴中心距做成可调多轴头。
目前,较为普遍采用的是一般齿轮传动多轴头。
利用多轴头,可以分别进行钻、扩、铰孔及攻丝等加工,也可同时进行钻、扩、铰孔或钻扩、攻丝等多种加工,此外,在钻床的功率、转速、进给量允许的情况下,攻丝多轴头也可以用钻孔(钻孔时,重新调整机床的转速和进给量,以符合钻孔的转速和进给量要求)。
按其不同加工内容,多轴头可分为钻孔多轴头、攻丝多轴头及多工序加工多轴头。
这三种多轴头,在设计原则与方法上大同小异。
对于攻丝多轴头,要特别注意使工作轴每转进给量必须与丝锥螺距相等这一特点。
目前大量使用的是钻孔多轴头,
以下各部分一钻孔多轴头介绍其结构和设计要点。
带夹具多轴头由下列四部分组成:
(1)多轴头与机床的连接部件和传动部件,管子和传动杆等。
(2)多轴头与机床导向部件,导柱和导套等。
(3)齿轮传动箱,包括主动轴、惰轮轴、工作轴、齿轮、箱体、中间板和盖等。
(4)夹具部分由定位部分和夹紧机构。
齿轮传动系统的设计与计算是多轴头设计的核心部分。
齿轮传动系统设计得好,可使多轴头的机构紧凑,各个轴的受力情况良好,从而减少齿轮、轴和轴承的磨损,延长多轴头的使用寿命。
ABSTRACT
Thistimedesignmainlyistoborefastenofprocess,design1setfourstalkheadtaketongsofspreadandmovesystemandtongspart.Wantwhileavoiding
accuracyprocessraisedaworkpiece,didexpatiationtowardsshoulddesignofspreadandmoveprinciple,concretelystructure.TheZ535usestotaketongs4tospreadadynamicdesigntomainlyneedtoconsiderspreadingtomovepart,andthisdesignmadeuseofwheelgeartospreadtomovestillhaveasongtoturntospreadtomove,thisdesigncanalsodesigntheadjustable,arrivethisdesignmainlyaimatthatprocessofproduct,canalsodesignintorightnessshouldgrowaproducttoprocess;Tongs'isingpartofistopositionafiducialchoice,themainusageofthedesignofglidepartleadspillarandspringcoiltoleadasetofetc.completion,whilespreadingtomovepartofrandombedstodownwardsglidecompressspringcoilbecompressmustthedegreesuppresstodrillthetemplatedownwardsglidestogether,bedrilltheboltonthetemplatetosuppressaworkpiecenotinglidingaugertodownwardsexercisetopasstodrilltemplateofdrillasettoprocessaworkpiece.
KeyWord:
Fixture,RackGear,TransimissionSysterm.
目 录
前言1
第1章零件图及工艺分析3
1.1零件图3
1.2工件加工工艺卡3
1.3设计加工的工序5
1.4机床有关规格尺寸5
1.4.1.概述5
第2章齿轮传动系统的设计与计算7
2.1功率与轴向力的计算7
2.2确定传动比及齿轮齿数8
2.2.1、确定传动比的原则8
2.3齿轮模数的确定和分度圆直径的计算及齿轮校核9
2.3.1选择齿轮的材料及精度等级10
2.3.2按齿面接触疲劳强度设计10
2.4轴直径的确定13
2.4.1选择轴的材料并确定许用应力13
2.4.2确定轴输出端直径13
2.4.3轴的结构设计13
2.5轴承的校核14
2.5.1,计算内部轴向力Fs114
2.5.2,求系数X15
2.5.3,计算当量动载荷P115
第3章传动方式的选择及惰轮的布置和计算16
3.1传动方式的确定16
3.1.1按齿轮组合形式分16
3.1.2按齿轮传动方式分:
16
3.1.3按工作轴布置分16
3.2惰轮分度圆半径及中心位置的确定18
3.2.1工作轴的旋转方向与惰轮布置的关系18
3.2.2各轴受力的情况与惰轮布置的关系18
3.3检查结构上的干涉现象19
3.3.1齿顶圆发生干涉及其处理方法19
第4章多轴头齿轮的几何尺寸计算21
第5章绘制多轴头装配图23
第6章钻模与夹具24
6.1钻模和夹具的优点24
6.2钻模的定义25
结论27
谢辞28
参考文献29
前言
一个零件的同一个面上,往往有多个孔,如果在普通钻床上加工,通常要一个孔一个孔的钻削。
生产效率低。
要是在普通钻床的主轴上装一个多轴头,可以同时钻削多个孔,大大提高了生产效率。
按照传统形式,多洲头分为齿轮传动多轴头和曲拐传动多轴头。
在一般情况下,多轴头的中心距做成不可调的,叫做一般多轴头。
只有在特殊需要的情况下将工作轴的中心距做成可调整的,叫做可调多轴头。
目前,较为普遍采用的是一般齿轮传动多轴头(以下简称多轴头)。
利用多轴头,可分别进行钻、扩、铰孔及攻丝等加工,也可同时进行钻、扩、铰孔及攻丝等多工序加工。
此外,在钻床的功率、转速、进给量允许的情况下,攻丝多轴头也可以用来钻孔。
按其不同加工内容,多轴头可分为钻孔多轴头、攻丝多轴头及多工序加工多轴头。
以下各部分以钻孔多轴头为重点介绍其典型结构与设计要点。
多轴头由以下三个部分组成:
(1)多轴头与机床的连接部件和传动部件。
(2)多轴头导向部件。
(3)齿轮传动箱,包括主动轴、惰轮轴、工作轴、齿轮、本体、中间板及盖。
多轴头的设计特点是程序性强。
设计者应按设计程序,逐步进行设计与计算。
多轴头
设计可分为三大步骤:
设计前的准备工作,传动系统的设计,多轴头的机构设计。
设计前的准备工作是设计的基础,需要认真进行。
其内容主要是掌握产品和工艺要求,了解所用机床、刀具、夹具等的状况。
产品方面应明确:
工件上被加工孔的直径、数目、分布情况、位置精度及工件的材料等。
工艺方面应明确:
工序内容(钻、扩、铰或攻丝)切削用量,单件工时及生产批量等。
机床方面应明确:
机床主轴的回转方向,机床主轴各级转速,机床主轴各级进给量,机床额定功率,机床允许最大轴向进给力,机床主轴端面至工作台面的最大及最小距离。
刀具方面应明确:
刀具材料,刀具柄部尺寸,刀具切削的尺寸等。
夹具方面应明确:
定位与加紧机构的布置情况,操作方面的情况,多轴头导向的布置情况,夹具的总尺寸等。
齿轮传动系统的设计与计算是多轴头设计的核心部分。
齿轮传动系统设计的好,可使多轴头的结构紧凑,各个轴的受力情况良好,从而减小齿轮、轴和轴承的磨损,延长多轴头的使用寿命。
多轴头主要用于快速钻孔。
是目前国内刚兴起的一种提高生产率、降低成本的母机。
随着国内汽配行的发展,各零件供应商之间竞争激烈,选择一种高性能、高效率的机床是企业降低生产成本、提高企业竞争力的一种行之有效的途径。
一台普通的多轴头加一台普通的钻床就能一次把几个乃至十几二十几个孔或螺纹一次性加工出来。
如再配上专用多轴钻孔机就能把好几个面上的孔或螺纹一次性加工完成。
解决许多工件难以装夹、定位或定位不准的问题。
多轴头钻床设计结构,加工精度高,性能稳定,钻孔能力强。
适用于高精度钻孔,镗孔。
解决了高精度钻孔、镗孔上加工中心成本高的问题。
丝锥夹头夹持范围大节省攻不用直径的螺纹需换芯的时间。
齿轮传动多轴头设计是一个传统的机械课题,对设计者的机械基础知识要求教高。
多轴头的设计特点是程序性强。
我们应按照设计程序,逐步进行设计及计算。
第1章零件图及工艺分析
1.1零件图
零件图:
图1-1
材料:
HT200
图1-1
1.2工件加工工艺卡:
本工艺卡为产品的工艺过程,本产品的重点工序是钻4个直径为13㎜的孔,因为这几个孔必须保证位置的要求,而且这几个孔并不是环形规则布置,不能采用分度盘来加工;其次如果采用画线来加工的话,位置误差将会很大,不能保证零件的技术要求;即使我们采用了画线来加工,对我们的生产员工的技术水平有很大的要求,会大大降低生产率。
我们为了提高生产率,降低生产成本,我们似乎可以选择一种可以一次完成加工的设备,这个设备必须满足零件的设计要求,不需定位直接将零件的几个孔加工出来。
为此我们选择多轴头来加工这几个孔,多轴头即能保证零件的各项技术要求,又能提高生产率,降低生产成本的作用。
所以对几个孔的加工我采用多轴头这一辅助设备加工。
表1-2
1
车端面和镗孔
半自动轻塔六角车床CB3463A
3241
2
粗车外圆和端面
多刀半自动车床C7630
3112
3
精车外圆和端面
多刀半自动车床C7630
3112
4
立式钻床Z535
3135
5
锪
角
立式钻床Z525
3132
6
攻螺纹
立式钻床Z5123A
3127
7
去毛刺
钳工台
8
粗铰孔
铰孔机K389-027
3126
9
精铰孔
铰孔机K389-027
3126
10
外圆磨床ME1332A
3136
1.3设计加工的工序
此设计主要是针对Ф13的钻孔,同时钻四个孔免去以往来一次钻一孔在定位工件的麻烦,即使提高了工件的精度,四个孔同时钻只定位一次,钻孔的精度提高。
1.4机床有关规格尺寸
1.4.1.概述
钻床系指主要用钻头在工件上加工孔的机床。
通常钻头旋转为主运动,钻头轴向移动为进给运动。
钻床结构简单,加工精度相对较低,可转通孔、盲孔,更换特殊刀具,可扩、忽孔,铰孔或进行功丝等加工。
钻床可分为下列类型:
(1)台式钻床:
可安放在作业台上,主轴垂直布置的小型钻床。
(2)(立式钻床:
主轴箱和工作台安置在立柱上,主轴垂直布置的钻床。
(3)摇臂钻床:
摇臂可绕立柱回转、升降,通常主轴箱可在摇臂上做水平移动的钻床。
它适用于大件和不同方位孔的加工。
(4)铣钻床:
工作台可纵横向移动,钻轴垂直布置,能进行铣削的钻床。
(5)深孔钻床:
使用特制深孔钻头,工件旋转,钻削深孔的钻床。
(6)平端面中心孔钻床:
切削轴类断面和用中心钻加工的中心孔钻床。
(7)卧式钻床:
主轴水平布置,主轴箱可垂直移动的钻床。
2.我选用立式钻床Z535,规格尺寸如下:
表1-4
产
品
名
称
型
号
最大钻孔直径(mm)
主轴端至底面距离(mm)
主轴中心线至立柱表面距离(mm)
主轴转速
主轴行程(mm)
电机功率
级
数
范
围(r/min)
主电机
总
容
量
立式钻床
Z535
35
0.75
300
9
68-1100
225
4
4
重量
外包箱长x宽x高(mm)
外形尺寸:
长x宽x高(mm)
毛
重
净
重
2.5
1.6
1480x1042x2785
1280x842x2590
第2章齿轮传动系统的设计与计算
多轴头齿轮传动系统的设计既要保证工艺要求,又要考虑到多轴头结构的紧凑性。
齿轮传动系统的设计与计算,其内容包括:
齿轮模数和工作轴直径的确定,传动方式的选择,主动轴中心位置的确定,传动比及齿轮齿数的确定,布置惰轮,检查结构上的干涉现象,传动系统图的坐标与绘制等
2.1功率与轴向力的计算
多轴头的总轴向力和消耗的总功率,使其不超过机床允许的最大轴向力和机床的额定功率。
式中
——多轴头各个工作轴消耗功率的总和;
——多轴头每个工作轴消耗的功率;
——机床的额定功率;
——多轴头各个工作轴轴向力的总和;
F——F多轴头每个工作轴的轴向力;
——机床允许的最大轴向力。
各个工作轴所受扭矩:
(由于加工的孔径和孔深相等所以各工作轴所受扭矩相等)
首先计算每个工作轴的切削扭矩(Mn)和轴向力(Pn)
Mn=36D2S0.94=36*(13)2*0.320.94=2084.6(Mpa)
Pn=130D0.9S=130*130.9*0.32=418.4N
D——
S——
工作轴的转速:
因为每个工作轴的Mn和Pn相等,所以多轴头的总轴向力和消耗的总功率为:
∑P=4Pn=4*418.4=1674N
∑N=4Nn=4MnN/716200=3.2(Kw)
查Z235机床说明书,机床主轴最大进给抗力P机=16000N,主电机功率N机=4Kw.
核对可知:
∑P〈P机,∑N〈N机,满足设计要求。
2.2确定传动比及齿轮齿数
2.2.1、确定传动比的原则
(1)要保证工艺对工作轴所提出的转速、切削速度及每转进给量的要求。
(2)应尽可能不选最高一级或最低一级的机床转速,一便给工艺上的更改留余地。
2、传动比的计算公式及确定方法
3.2惰轮分度圆半径及中心位置的确定
3.2.1工作轴的旋转方向与惰轮布置的关系
惰轮的主要作用是保证工作轴有一定的旋转方向。
从主动轴开始到工作轴为止,齿轮的个数为奇数时,工作轴和主动轴的旋转方向相同;从主动轴开始到工作轴为止,齿轮的个数为偶数时,工作轴和主动轴的旋转方向相反。
3.2.2各轴受力的情况与惰轮布置的关系
在多轴头传动系统设计中,惰轮的布置是受一些条件限制的,尤其是受主动轴和工作轴位置的限制,一般不可能使各轴受力情况都是良好的。
但是,各轴受力的好坏,将影响到多轴头的工作情况和轴承的使用寿命。
所以设计中应尽可能使各轴的受力情况良好。
(3)惰轮分度圆半径及中心位置的确定
在传动系统中,有的惰轮与两个齿轮相啮合。
当惰轮与两个齿轮相啮合时,惰轮的中心位置及分度圆大小都是不确定的,需要由设计者根据具体情况确定,一般通过作图法确定。
当惰轮与三个齿轮啮合时,惰轮的中心位置及分度圆大小是确定的可利用一圆与三圆相切,求内切圆半径及中心位置的计算公式求出来的。
利用AutoCAD作图,作出图2-1在利用AutoCAD作图法求出惰轮的分度圆
=47.41mm取圆整
=48,惰轮齿数
=24,惰轮与主动轴上齿轮的中心距
其坐标位置计算如下:
图3-2
3.3检查结构上的干涉现象
齿轮传动系统图主要表示了各轴上齿轮之间的传动关系。
同时也表示了个齿轮之间的径向位置。
但是在传动系统图中,齿轮是以分度圆表示的,不能完全反映出结构上的相互位置关系。
所以,当传动系统初步设计完成后,应检查结构上是否发生干涉。
如有干涉现象发生,应修改传动系统的设计或订出结构上的处理方法,以免在总图设计发现问题过晚,造成设计上的返工现象。
第4章多轴头齿轮的几何尺寸计算
标准直齿圆柱齿轮几何尺寸的计算公式
表4-1
序
号
名
称
符号
计
算
公
式
主动轮与惰轮计算结果
工作轮与惰轮计算结果
1
模
数
m
根据齿轮轮齿的强度计算后取标准值确定
2
2
2
压力角
a
a=20
3
小齿轮数
Z1
24
24
4
大齿轮数
Z2
31
25
5
中心距
A
A=
55
63
6
小轮分度圆直径
d1
d1=mZ1
48
48
7
大轮分度圆直径
d2
d2=mZ2
62
50
8
小轮齿顶圆直径
da1
da1=m(z1+2ha*)
52
52
9
大轮齿顶圆直径
da2
da2=m(z2+2ha*)
66
54
第5章绘制多轴头装配图
装配图及零件图见图纸。
多轴头的结构总图见装配图其中的结构有:
(1) 连接部件和传动部件。
连接部件由连接法兰、连接环组成;传动部件是传动杆。
(2)导向部件。
导向部件由导柱、导柱衬套和钻模板组成,还有其他一些零部件。
(3)齿轮传动箱。
齿轮传动箱有工作轴、主动轴、惰轮轴以及轴上的齿轮、轴承及其他零件,还有本体、盖、中间板和一些固定零件。
此传动箱采用单层布置。
第6章钻模与夹具
我们已经知道,工件必须相对切削刀具进行定位,而且必须牢固地固定在那个位置上。
工件划线完毕以后,仍然有必要对机床的运动进行定位,并且在机加工开始前要把工件固定在那个位置上。
当要加工几个完全相同的工件时,使用钻模和夹具就可以取代对每个工件进行划线操作的必要,但如果在铸造和锻造中,则需要对一个试件进行划线,以确保工件能通过试件加工出来,同时也确保加强肋板、型芯等的位置正确。
钻模和夹具的相同之处在于它们都含有能确保工件准确定位和加紧的装置,而它们的不同在于钻模在实际切削操作中包含有引导刀具的部分,而夹具没有。
实际上,在切削时能被引导的仅有的切削刀具是钻头,绞刀和类似的铣刀,因此钻模是用于钻削加工而夹具则用在其他加工工艺中。
夹具可以包含相对定位系统进行安装的切削工具。
6.1钻模和夹具的优点
1)省去了划线和其它测量与装夹的方法。
2)技术不熟练的工人在了解到工件可以准确定位。
而且刀具可以准确地引导或安装的前提下,也可以快速而又自信地进行操作。
3)使零件的装配变得容易。
因为所有零件在小的极限范围内都视为相同,而且零件试装和锉削操作都可省去。
4)使零件具有互换性。
如果产品大范围销售的话,备用零件的问题就可以得到简化。
螺栓孔常为螺栓留有1.5~3.0mm的间隙,因此读者也许会怀疑对此制造精确钻模的必要性。
但我们必须记住,一旦钻模制成,它将用于许多零件,制造精确钻模的额外费用也将分摊在大量产品上。
此外,在机械装配过程中误差积累是小得惊人的。
当间隙确定,我们应该确保它的习惯要求,而不是粗略的划出和加工出来。
工件的定位。
在空间完全自由的单元体的条件下,它有6个自由度。
我们用3条互相垂直的XX,YY,ZZ轴来表示这6个自由度。
单元体可沿任何一条轴线移动,因此有3个平动自由度。
单元体也可绕任何一条轴线转动,因此有3个转动自由度,总计有6个自由度。
当对工件进行定位时,我们应该限制尽可能多的自由度来确保操作达到所要求的精度。
精度由定位面来保证,在加工过程中应尽早确定合适的定位面,如果没有出于其他考虑而必须采用其他定位面的话,我们应该用这些定位面来进行所有的定位。
如果必要的话,新的定位面应由旧的定位面定位加工出来。
夹紧。
夹紧装置应使工件对着切削力。
夹紧力不能太大而引起工件变形和破坏。
工件应支撑在夹紧点的下面,以确保由钻模或夹具的主架来承担力,并将其传至机床的工作台和床身。
当设计钻模和夹具时,夹紧装置的设计应确保提供合适的夹紧力和操作的快速和安全
6.2钻模的定义
钻模是一种用来确保工件在正确的位置上被钻孔,攻螺纹或绞孔的装置。
它基本上是由一个夹紧组件构成的。
该装置将工件保持在一个硬化套筒的下部,在钻空加工过程中钻头便是在套筒里面并沿着套筒运动的。
如果工件的构造比较简单,模具就可以直接夹在工件上。
然而,在大多数情况下,模具是被固定在一个位置而工件是被模具夹住的。
这样工件在加工前后可以快速的导入导出模具。
结论
由本文的论述,我们了解到:
通过对底盖的加工工艺与多轴头的设计,在齿轮、各种辅助零部件、工艺流程等方面进行合理设计和选择,有效提高了加工效率和产品质量,提高了可靠性,具备一定先进性,取得了良好的经济效益和社会效益,为解决此类多孔零件的加工问题举了一个实例。
通过本次毕业设计,从搜集资料到对工艺方案和系统方案的设计,再到绘制多轴头装配图和部分零件图,我学到了不少知识,能综合运用机械设计课程,机械制造工艺学课程及AUTOCAD等系统软件,进行系统的机械设计,培养机械设计及制造的技能,并巩固所学知识,尤其更熟练掌握了AUTOCAD绘图软件工具。
同时也发现了自己许多不足的地方,还有待改正和完善,是自己不断进步。
谢辞
为期三个月的毕业设计终于接近尾声了,这设计的过程中我不断发现到自己的不足,直到设计将近结束我才发现自己的设计内容几乎包括了大学所学东西的全部,设计做下来就等于把自己入学以来所学东西都看了个遍,这是个对自己大学生活总结的过程。
了生活中处处都可以学到知识的。
最后我再一次感谢我的指导老师,还有这三年来和我一起生活和学习的同学,有他们的陪伴我的生活才不那么乏味,他们是我生活中不可缺少的一部分。
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