石墨電極鏜孔專機機械系統(tǒng)設計

1、北華大學學士學位論文摘 要石墨電極是電弧爐煉鋼或其他電冶金行業(yè)的重要導電材料，隨著電弧爐煉鋼和其他電冶金行業(yè)的發(fā)展，石墨電極生產(chǎn)已經(jīng)成為國民經(jīng)濟中不可缺少的部門之一，在國家歷次發(fā)布的技術發(fā)展政策中均被列為重點發(fā)展內(nèi)容。本文主要討論石墨電極鏜孔專機機械系統(tǒng)設計，主要包括機床床身結構的設計，托料架的設計，夾具及夾緊機構的設計。通過GSK96數(shù)控系統(tǒng)和PLC實現(xiàn)專機的自動控制。石墨電極接頭生產(chǎn)采用數(shù)控加工，其優(yōu)點是加工質量穩(wěn)定、可靠加工精度高、具有高度柔性、生產(chǎn)率高、改善勞動條件、利于生產(chǎn)管理，減輕工作人員壓力，降低生產(chǎn)成本，提高經(jīng)濟效益。關鍵詞：石墨電極；夾緊機構；夾具；GSK96Abstract

2、Graphite electrode is an important conductive material for the electric arc furnace steel-making or other electric metallurgical industry. With the development of the electric arc furnace steelmaking and other electric metallurgical industry, the production of graphite electrodes has become an indis

3、pensable one of the sectors in the national economy, and was classified as key development of content each time in our countrys technology development policies in the past.With graphite electrode boring plane mechanical system design were discussed in this paper, mainly including the design of the m

4、achine tool lathe bed structure, rack design, design of fixture and clamping mechanism. Through GSK96 and PLC digital control system to realize automatic control. Graphite electrode joint production adopts numerical control processing, its advantage is that machining quality is stable, reliable, hig

5、h precision, highly flexible, high productivity, improve working conditions, conducive to production management, reduce the staff pressure, reduce the production cost, improve the economic benefit.Key words：Graphite electrode； Clamping mechanism； Fixture；GSK96目 錄第一章 緒論11.1研究的目的及意義11.2國內(nèi)外發(fā)展及狀況11.3課題研

6、究內(nèi)容分析21.4課題研究的主要內(nèi)容21.5本章小結3第二章 系統(tǒng)總體方案設計42.1技術要求42.1.1石墨電極接頭參數(shù)42.1.2機床的技術要求42.2機床控制方式52.3鏜孔專機機床結構設計52.4鏜孔專機運動方案確定52.5鏜孔專機夾緊系統(tǒng)運動方案設計62.6本章小結6第三章 主傳動設計73.1主軸電機的選擇73.1.1主軸電機的功率計算73.2滾子鏈的設計83.2.1鏈傳動的優(yōu)缺點83.2.2滾子鏈傳動的設計計算93.3減速器的選擇103.3.1減速器的作用103.3.2減速器的分類103.3.3鏜孔專機減速器的選擇103.4主傳動軸的設計計算與校核113.4.1主軸基本尺寸的確定1

7、13.4.2主軸強度校核123.4.3主軸剛度校核133.5鍵的選擇與校核計算133.5.1鍵連接的功能及分類143.5.2鍵的選擇143.5.3鍵的校核143.6軸承的選擇153.6.1軸承的特點及分類153.6.2軸承類型的選擇方法153.6.3鏜孔專機軸承的選擇153.7本章小結18第四章 系統(tǒng)主要結構設計194.1夾具的設計194.1.1機床夾具的基本要求194.1.2夾具結構設計194.2夾緊裝置傳動機構的設計204.2.1夾緊裝置的要求204.2.2夾緊裝置傳動機構的設計方案214.2.3傳動裝置的結構214.3托舉機構的設計214.3.1支撐件的功用224.3.2對支撐件的基本要

8、求224.3.3支撐件的設計步驟224.3.4支撐件的結構設計224.3.5鏜孔專機對托舉機構的要求234.3.6托舉機構結構設計234.3.7托舉機構材料的選擇244.4本章小結24第五章 絲杠的選擇255.1滾珠絲杠傳動的特點255.2滾珠絲杠的工作原理和結構255.3滾珠絲杠的選擇計算265.3.1進給率引力Fm的計算265.3.2最大動載荷C的計算265.3.3滾珠絲杠的選擇275.4滾珠絲杠的效率計算285.5剛度驗算285.6壓桿穩(wěn)定性校核295.7本章小結29第六章 導軌的選擇306.1 導軌主要功能306.2 導軌的基本形式306.3 間隙調整316.4 導軌的潤滑326.5

9、潤滑油的選擇326.6本章小結33第七章 結論34致 謝35參考文獻36III第一章 緒論1.1研究的目的及意義炭素行業(yè)是國家重點支持的基礎原材料產(chǎn)業(yè)，其主導產(chǎn)品石墨電極是鋼鐵工業(yè)煉鋼過程中使用的不可替代的耐高溫、耐氧化的導電材料1。石墨電極，主要以石油焦、針狀焦為原料，煤瀝青作結合劑，經(jīng)煅燒、配料、混捏、壓型、焙燒、石墨化、機加工而制成，是在電弧爐中以電弧形式釋放電能對爐料進行加熱熔化的導體，根據(jù)其質量指標高低，可分為普通功率、高功率和超高功率。石墨具有以下銅無法比擬的優(yōu)質特性，加工速度：高速銑粗加工較銅快3倍，高速銑精加工較銅快5倍；可加工性好，能實現(xiàn)復雜的幾何造型；重量輕，密度不足銅的1

10、/4，電極容易夾持，可減少單個電極的數(shù)量，因為可捆綁做成組合電極；熱穩(wěn)定性好，不變形無加工毛刺2。圖1.1 石墨電極及接頭隨著石墨電極市場競爭日趨激烈，電極市場由國內(nèi)逐步向國外市場開拓，對石墨電極質量的要求己不僅僅局限在電極內(nèi)部。由于石墨電極是冶金行業(yè)，有色金屬等行業(yè)必需的產(chǎn)品，所以電極的質量與產(chǎn)量將直接影響上述行業(yè)的發(fā)展。1.2國內(nèi)外發(fā)展及狀況國際炭素行業(yè)起步已久，加工工藝已經(jīng)成熟，已經(jīng)達到了大型規(guī)模全自動化生產(chǎn)的階段，并且可以大規(guī)模生產(chǎn)大規(guī)格超高功率石墨電極及接頭產(chǎn)品。其技術領先的國家及公司有：美國：步高（POCO）石墨公司、尤卡炭素公司、斯塔克浦爾炭素公司。日本：東洋炭素有限公司、東海碳

11、素有限公司、新日本科技炭素有限公司。德國：西格里碳素集團、遜克炭素公司。法國：羅蘭炭素公司。我國有超過150 家的炭素企業(yè)，主要石墨電極生產(chǎn)企業(yè)包括方大炭素（22%）、中鋼吉炭（20%）、南通揚子（10%）等，三者合計占據(jù)52%的市場份額；高功率與超高功率石墨電極行業(yè)集中度更高，方大炭素與中鋼吉炭兩家合計占60%以上的市場份額。吉林薛氏炭素有限公司位于吉林省吉林市，是國內(nèi)僅有的做石墨電極加工機床的廠家之一。近年來該公司發(fā)展迅速，已經(jīng)形成了石墨電極的加工生產(chǎn)線，其制造的機床深受國內(nèi)外人士的好評。1.3課題研究內(nèi)容分析石墨電極本體加工工藝如圖1.2所示3。圖1.2 石墨電機本體加工工藝圖石墨電極本

12、體加工工藝主要包括：原料上料對中、鏜內(nèi)錐及銑端面、車外圓、加工螺紋、稱重，人工檢驗等。本課題研究該生產(chǎn)線中第二道工序：鏜內(nèi)錐及銑端面專機機械系統(tǒng)設計。通過數(shù)控系統(tǒng)控制專機的伺服系統(tǒng)、進給系統(tǒng)和夾緊裝置來完成鏜孔加工工藝。1.4課題研究的主要內(nèi)容（1）了解石墨電極本體加工工藝過程。（2）了解鏜孔專機的電氣控制系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)。（3）掌握石墨電極鏜孔機械加工工作過程。（4）詳細設計石墨電極鏜孔專機機械系統(tǒng)。1.5本章小結本章節(jié)對課題的背景進行了大體的概括，介紹了炭素行業(yè)石墨電極的工業(yè)應用及其在國民經(jīng)濟中的重要地位，了解了石墨電極的加工工藝以及本鏜孔專機的重要性，為后來的設計進行鋪墊。38第二章 系統(tǒng)

13、總體方案設計2.1技術要求2.1.1石墨電極接頭參數(shù)圖2.1 石墨電極接頭參數(shù)表2.1 接頭尺寸表（一寸四扣）電極直徑(/mm)接頭(/mm)接頭孔(/mm)螺距(/mm)DLd2ld1H200122.24-0.5177.8-180-36115.92+0.591.9+6+8.06.35250152.4190.5108146.08101.3300177.8215.9129.2171.48114350203.2254148.2196.88133400222.25304.8158.2215.93158.4450241.3304.8177.9234.98158.4500269.88355.619826

14、3.56183.82.1.2機床的技術要求鑫源碳素鏜孔專機加工石墨電極直徑250600mm，長度L=18002400mm，主軸轉速n=200，精度為0.030.04mm,采用專用銑刀強力銑削，加工時間t=2.5分鐘。2.2機床控制方式鑫源碳素鏜孔專機采用半閉環(huán)控制，采用廣州數(shù)控GSK96系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有操作簡單，維護方便，性能優(yōu)越，加工質量穩(wěn)定、加工精度高、具有高度柔性、生產(chǎn)率高、改善勞動條件、利于生產(chǎn)管理現(xiàn)代化并且能全自動的加工石墨電極，減輕工作人員壓力，降低生產(chǎn)成本，提高經(jīng)濟效益等優(yōu)點。2.3鏜孔專機機床結構設計鏜孔專機機床主要結構如圖2.2所示4。1.主軸電機2.除塵罩（刀具）3.夾具4

15、.床身5.液壓缸6.滑臺7.托料架8.伺服電機9.滾珠絲杠圖2.2 機床結構示意圖2.4鏜孔專機運動方案確定動力頭為機床主軸提供動力，是機床的重要動力部件，為機床主軸提供主運動。主運動由電機驅動，經(jīng)過減速器和鏈輪傳遞給主軸，機床主軸帶動刀具旋轉完成鏜孔動作。進給運動采用伺服電機通過滾珠絲杠機構傳動，刀具的進給運動為機床在水平面內(nèi)的前進與退回運動。進給系統(tǒng)總體方案框圖如圖2.3所示。圖2.3 進給系統(tǒng)總體方案框圖2.5鏜孔專機夾緊系統(tǒng)運動方案設計夾緊裝置要求具有較高的同步性，采用液壓控制方式，其優(yōu)點是結構簡單，運行可靠，安裝調試方便。液壓同步缸控制動力滑臺運動，滑臺上裝有夾緊機構來完成工件的夾緊

16、。2.6本章小結鑫源碳素鏜孔專機是數(shù)字控制專用機床，本章主要對系統(tǒng)控制方式、機床參數(shù)以及運動方式進行了闡述，了解了機床的特點，明確了本專機機械結構設計內(nèi)容。第三章 主傳動設計3.1主軸電機的選擇3.1.1主軸電機的功率計算按在加工過程中遇到的最大切削力和最大切削速度來計算，鑫源炭素鏜孔加工由于使用專用刀具，切削力較大，所以根據(jù)銑削進行計算。即： (3.1)式中FC切削力(N)； 切削深度(mm)； 每齒進給量（mm/z）； 切削寬度（mm）； 刀具直徑（mm）； K刀具前角對切削力的影響系數(shù)；K1切削速度對切削力的影響系數(shù)；n銑刀轉速(r/min)。由于石墨硬度未知，可按灰鑄鐵進行參數(shù)選擇，根

17、據(jù)切削用量簡明手冊5查得如表3.1所示。表3.1 銑削參數(shù)銑刀類型刀具材料公式中的系數(shù)及指數(shù)cFxFyFmFwFqF加工灰鑄鐵硬度190HBS端銑刀硬質合金54.50.90.741.001.0圓柱銑刀581.00.80.900.9圓柱銑刀立銑刀高速鋼300.10.650.8300.83根據(jù)加工電極最大直徑為600mm，由2.1.1石墨電極接頭參數(shù)選擇刀具直徑d0=125mm，齒數(shù)Z=12，主軸轉速n=196r/min，銑刀每齒進給量fz=0.18mm/z，切削深度=7.5mm。因刀具材料為硬質合金，所以按硬質合金刀具進行銑削參數(shù)選擇。如表3.2所示。 表3.2 刀具前角對切削力影響系數(shù)K前角g

18、0151550-5-10-15-20K0.911.11.21.31.41.51.6刀具前角0=5，所以K=1.1。銑削速度： (3.2)根據(jù)表3.3所示切削速度對切削力的影響系數(shù)。表3.3 切削速度對切削力影響系數(shù)切削速度nc(m/min)5075100125150175200250K11.000.980.960.940.920.900.880.86 選取K1=0.98算得最大銑削力 (3.3)銑削最大功率 (3.4)因為所選減速器傳動比為1:11，鏈輪傳動比為1:1，所以主軸電機功率 (3.5)由于實際加工環(huán)境較惡劣，影響銑削力的因素又有很多，例如：（1） 刀具的齒數(shù)；（2） 刀具的直徑；（

19、3） 切削速度；（4） 切削寬度；（5） 每齒進給量；所以本設計只是給出其中一種設計計算的方案，結合實際加工時的情況選擇電機型號為11KW三項異步電機，型號為Y2160M4，額定電壓為380V，滿載轉速為1460r/min,防護等級IP55.3.2滾子鏈的設計3.2.1鏈傳動的優(yōu)缺點鏈傳動是一種撓性傳動，它由鏈條和鏈輪組成。通過鏈輪輪齒與鏈條鏈節(jié)的嚙合來傳遞運動和動力。鏈傳動在機械制造中應用廣泛。與摩擦型的帶傳動相比，鏈傳動無彈性滑動和整體打滑現(xiàn)象，因而能保持準確的平均傳動比，傳動效率高；又因為鏈條不需要像帶那樣張的很緊，所以作用于軸上的徑壓力較?。绘湕l采用金屬材料制造，在同樣的制造條件下，鏈

20、傳動的整體尺寸較小，結構較為緊湊；同時，鏈傳動能在高溫和潮濕的環(huán)境中工作。與齒輪傳動相比，鏈條的安裝精度要求較低，成本低。在遠距離傳動時，其結構比齒輪傳動輕便的多。鏈傳動的缺點是：只能實現(xiàn)平行軸之間的傳動；運轉時不能保持恒定的瞬時傳動比；磨損后易發(fā)生跳齒；工作時有噪聲。3.2.2滾子鏈傳動的設計計算1.選擇鏈齒數(shù)取小鏈輪齒數(shù)Z1=25，大鏈輪的齒數(shù) (3.6)2.確定計算計算功率根據(jù)機械設計手冊第四版6查得，單排鏈，則計算功率為 (3.7)式中：-工況系數(shù) -主動鏈輪齒數(shù)系數(shù) -電動機額定功率3.選擇鏈條型號及節(jié)距根據(jù)及及，查機械設計，紀名剛主編，可選16A-1。查得鏈條節(jié)距為。4.計算鏈節(jié)數(shù)

21、初選中心距 (3.8)取。相應的鏈長節(jié)數(shù)為 (3.9)取鏈長節(jié)數(shù)節(jié)。5.計算鏈速，確定潤滑方式 (3.10)由m/s和鏈號16A-1可查得采用滴油潤滑。6.計算壓軸力FP有效圓周力為： (3.11)鏈輪水平布置時的壓軸力系數(shù)KFp=1.15，則壓軸力為 (3.12)根據(jù)以上計算選擇鏈條型號為：16A-188。3.3減速器的選擇3.3.1減速器的作用減速機是一種動力傳達機構，利用齒輪的速度轉換器，將電機（馬達）的回轉數(shù)減速到所要的回轉數(shù)，并得到較大轉矩的機構。在目前用于傳遞動力與運動的機構中，減速機的應用范圍相當廣泛。幾乎在各式機械的傳動系統(tǒng)中都可以見到它的蹤跡，從交通工具的船舶、汽車、機車，建

22、筑用的重型機具，機械工業(yè)所用的加工機具及自動化生產(chǎn)設備，到日常生活中常見的家電，鐘表等等.其應用從大動力的傳輸工作到小負荷、精確的角度傳輸都可以見到減速機的應用，且在工業(yè)應用上，減速機具有減速及增加轉矩功能。3.3.2減速器的分類 減速機是一種相對精密的機械，使用它的目的是降低轉速，增加轉矩。它的種類繁多，型號各異，不同種類有不同的用途。按照傳動類型可分為齒輪減速器、蝸桿減速器和行星齒輪減速器；按照傳動級數(shù)不同可分為單級和多級減速器；按照齒輪形狀可分為圓柱齒輪減速器、圓錐齒輪減速器和圓錐圓柱齒輪減速器；按照傳動的布置形式又可分為展開式、分流式和同軸式減速器。以下是常用的減速機分類：（1） 擺線

23、針輪減速機 （2） 硬齒面圓柱齒輪減速器（3） 行星齒輪減速機 （4） 軟齒面減速機 （5） 三環(huán)減速機 （6） 起重機減速機 （7） 蝸桿減速機 （8） 軸裝式硬齒面減速機 （9） 無級變速器3.3.3鏜孔專機減速器的選擇根據(jù)工藝要求、機床結構特點及轉速選擇減速器，已知主軸電機額定轉速n=1460r/min，選擇擺線針輪減速器，其型號為BWD4-11-11，中心高為200mm，傳動比為1:11。擺線針輪減速器具有如下優(yōu)點：1.傳動比大：擺線針輪減速機一級減速時傳動比為1:7到1：87；兩級減速時轉動比為1217569，用戶也可以根據(jù)自己的實際需要選用減速比更大的三級減速。2.傳動效率高；3.

24、保養(yǎng)方便（潤滑方式）： #6125以下使用不要保養(yǎng)的專用高級油脂；4.體積小，重量輕： 擺線針輪減速機采用行星傳動原理，輸入軸和輸出軸在同一軸線上而且有與電動機直聯(lián)呈一體的獨特之處，因而擺線針輪減速機本身具有結構緊湊，體積小、重量輕的特點。用它代替兩級普通圓柱齒輪減速器，體積可減少1/22/3；重量約減輕1/31/2。5.拆裝方便，容易維修：由于擺線針輪減速機結構設計合理、拆裝簡單便于維修，使用零件個數(shù)少以及潤滑簡單。6.使用可靠、故障少、壽命長：主要傳動嚙合件使用耐磨耗及耐疲勞性能良好的高炭鉻軸承鋼制造，經(jīng)淬火處理（HRC58-62）獲得高強度，因此擺線針輪減速機機械性能好，耐磨性能好；運轉

25、接觸采用滾動磨擦，基本上無磨損，故故障少、壽命長，其壽命較普通齒輪減速器可提高2-3倍。7.運行平穩(wěn)，噪音?。簲[線針齒嚙合齒數(shù)較多，重疊系數(shù)大以及具有機件平穩(wěn)的機理，使振動和噪聲限制在最小程度。3.4主傳動軸的設計計算與校核3.4.1主軸基本尺寸的確定鏜孔機床主軸傳遞的功率為56.22kW，最大轉速nmax =136r/min，選用軸的材料為45號鋼，機床主軸為傳動軸，主要承受扭矩，所以按照扭轉強度條件計算。扭轉的強度條件為6 (3.13)式中tT扭轉切應力，MPa；T軸所受的扭矩，Nmm；WT軸的抗扭截面系數(shù)，mm3；n軸的轉速，r/min；P軸傳遞的功率，KW；d計算截面處軸的直徑，mmt

26、T許用扭轉切應力，MPa，見表3.4。表3.4 軸常用幾種材料的tT及A0值軸的材料Q235-A、20Q27535(1Cr18Ni9Ti)4540Cr、35SiMn38SiMnMotT/MPa1525203525453555A014912613511212610311297由上式可得軸的直徑 (3.14)式中 A0= (3.15)對于空心軸 (3.16)式中，b=，即空心軸的內(nèi)徑與外徑之比，通常取b=0.50.6根據(jù)表3.4，選取tT=35，b=0.55，所以A0= (3.17) (3.18)考慮到實際機床結構要求以及軸向的定位要求設計軸的基本尺寸如下：圖3.1 軸的結構3.4.2主軸強度校核

27、1.計算外力偶矩 根據(jù)軸在實際工作過程中的受力情況，其受力簡圖如圖3.2所示，圖3.2主軸受力簡圖計算出主軸的外力偶矩如下：已知主軸電機為11kW，擺線針輪減速器效率為93%，鏈輪效率為95%，MA=MB=N.m (3.19)2.畫軸的扭矩圖，確定危險截面圖3.3 扭矩圖根據(jù)圖3.1，可以確定危險截面處于AB段，d=110mm，b=，許用扭轉切應力tT=35MPa。3.強度校核 (3.20)所以軸的強度足夠。3.4.3主軸剛度校核按照剛度條件式 (3.21)式中：T橫截面上的最大扭矩； G材料的剪切彈性模量； IP橫截面對圓心的極慣性矩； j單位長度的許用扭轉角； (3.22)式中b=，即空心

28、軸的內(nèi)徑與外徑之比。已知軸的材料為45號鋼，G=80103MPa，由于機床要求精度較高，所以取j=0.4/m。 (3.23)所以軸的剛度足夠。3.5鍵的選擇與校核計算鏜孔專機主軸鏈輪處采用鍵連接，主軸所傳遞的扭矩為682.43Nm。3.5.1鍵連接的功能及分類鍵是一種標準零件，通常用來實現(xiàn)軸與輪轂之間的周向固定以傳遞轉矩，有的還能實現(xiàn)軸上零件的軸向固定或軸向滑動的導向。鍵連接的主要類型有：平鍵連接、半圓鍵連接、楔鍵連接和切向鍵連接。3.5.2鍵的選擇鍵的截面尺寸bh按軸的直徑d由標準中選定。鍵的長度L一般可按輪轂的長度而定，即鍵長等于或略短于輪轂的長度；而導向平鍵則按照輪轂的長度及其滑動距離額

29、定。一般輪轂的長度可取，這里的d為軸的直徑。普通楔鍵的主要尺寸見表3.56。表3.5 普通楔鍵的主要尺寸軸的直徑d65757585859595110110130鍵寬b鍵高h20122214251428163218鍵的長度系列L10，12，14，16，18，20，22，25，28，32，36，40，45，50，56，63，70，80，90，100，110，125，140，180，200，220，250，因為鍵所在軸的軸徑為110mm，輪轂的長度為48mm，所以根據(jù)鍵的長度系列選擇鍵的長度L=45mm，根據(jù)表3.5選擇A2845的普通楔鍵。3.5.3鍵的校核查機械設計手冊第二卷得鍵工作面的擠壓強度

30、條件為 (3.24)T主軸轉矩，N mm；D軸的直徑，mm ；b鍵的寬度，mm ；i鍵的工作長度，因為楔鍵工作面為上下面，所以i=L=45mm。m摩擦因數(shù)，對鋼和鑄鐵，m= 0.120.17；這里取m= 0.15。鍵聯(lián)接的許用擠壓應力及許用擠壓壓強，MPa，查機械設計手冊第二卷（如下表3.6）。表3.6 鍵聯(lián)接的許用擠壓應力、許用擠壓壓強和許用剪應力 /MPa 許用應力及許用壓強聯(lián)接工作方式被聯(lián)接零件材料不同載荷性質的許用值靜載輕微沖擊沖擊pp靜聯(lián)接鋼125 150100 1206090鑄鐵708050603045Ppp動聯(lián)接鋼504030p1209060由于實際加工中存在沖擊，所以取 ，所以

31、 ，故聯(lián)結能滿足擠壓強度要求。3.6軸承的選擇3.6.1軸承的特點及分類軸承的主要功能是支撐機械旋轉體，用以降低設備在傳動過程中的機械載荷摩擦系數(shù)。按運動元件摩擦性質的不同，軸承可分為滾動軸承和滑動軸承兩類。滾動軸承特點：摩擦系數(shù)小，起動阻力小，而且它已經(jīng)標準化，選用、潤滑、維護都很方便，所以在一般機器中應用較廣?；瑒虞S承適用于高轉速、特大沖擊和振動、徑向空間尺寸受限制或必須剖分安裝（如曲軸的軸承）、以及需要水或腐蝕性介質中工作等場合。滑動軸承按結構軸承可以分為（1）整體式徑向滑動軸承（2）對開式徑向滑動軸承（3）止推滑動軸承滾動軸承是比較常用的軸承，按載荷方向分為：向心軸承、推力軸承；按滾動

32、體分為：球軸承、滾子軸承；按是否能調心分為：調心軸承、非調心軸承；按滾動體列數(shù)可分為：單列、雙列和多列；按照能否分離分為：可分離軸承、不可分離軸承。3.6.2軸承類型的選擇方法選擇軸承的類型與很多因素有關，通常根據(jù)以下幾個要素：（1）允許空間。（2）載荷大小和方向。（3）軸承工作轉速。（4）旋轉精度。一般機械均可用G級公差軸承。（5）軸承的剛性。（6）軸向游動。（7）摩擦力矩。（8）安裝與拆卸。3.6.3鏜孔專機軸承的選擇在此次設計中主軸采用的軸承為深溝球軸承6024，圓錐滾子軸承32024，推力軸承51226及雙列滾柱軸承NN3028。安裝時軸承組可預緊，具有較好的支撐剛度和旋轉精度。由于軸

33、徑、載荷和轉速已確定，所以根據(jù)軸徑、載荷和轉速選擇軸承。主軸左端軸承選用型號深溝球軸承6024，圓錐滾子軸承32024，參數(shù)如下表3.7 和3.8所示。表3.7 深溝球軸承（GB/T276-1994）基本尺寸/mm基本額定載荷/kN極限轉速/rmin-1重量/kg軸承代號其他尺寸/mm安裝尺寸/mm球徑/mm球數(shù)dDBCrCor脂油W60000型d2D2rmindaminDamaxramaxDWZ1201501628.932.9340043000.5461824129.3140.7112514518.731271652255.056.9320040001.1361924133.7151.31.

34、1127158113.494191801958.860.4300038001.37416024140.7159.31126174114.288181802887.549.2300038001.996024137.7162.421301702191421540155131260034005.306224149.4185.62.11322032.130.16210260552282082200280012.26324163.3216.731342462.544.458表3.8 單列圓錐滾子軸承（GB/T277-1994）基本尺寸/mm基本額定載荷/kN極限轉速/rmin-1重量/kg計算系數(shù)軸承代

35、號其他尺寸/mm安裝尺寸/mmdDTBCCrCor脂油WeYY030000型arminr1mindamindbmaxDaminDamaxDbmina1mina2minramaxrbmax120165292923172318180024001.780.351.713292429.31.51.5127128150157160661.51.5180383631198338170022003.10.371.60.932024X238.02.52-692.12180383829242405170022003.180.461.30.73202439.32.52130131161170173792.1218

36、0484838298535170022004.070.3121.13302435.52.521301321601701716102.12200626248448778160020007.680.401.50.83312447.62.5213013017219019210142.1221543.54034338482150019006.200.441.40.83022444.132.513213918720320369.52.52.121561.55850478758150019009.260.441.40.83222452.332.5132134181203206711.52.52.12605

37、9.555465627451300170014.20.351.713032449.043134153221246238813.532.52606862425357251300170015.30.830.70.43132481.84313414020324624692632.526090.5866982512301300170022.10.351.713232461.643134147213246240921.532.5右端軸承選用單列推力軸承51226，雙列滾柱軸承NN3028，參數(shù)如表3.9和3.10 所示。表3.9 單列圓錐滾子軸承（GB/T301-1995）基本尺寸/mm基本額定載荷/k

38、N最小載荷常數(shù)極限轉速/rmin-1重量/kg軸承代號其他尺寸/mm安裝尺寸/mmdDTCaCoaA脂油W51000型d1minD1maxrmindaminDamaxramin130170301083750.74130019001.705112613217011541461190451885751.7590014003.93512261331871.51661541.52257535810705.9160085011.7513261342202.11861692.1270110630201021.143060032.05142613426542121883表3.10 圓柱滾子軸承（GB/T28

39、3-1994）基本尺寸/mm基本額定載荷/kN極限轉速/rmin-1重量/kg軸承代號其他尺寸/mm安裝尺寸/mmdDBCrCor脂油WN型EWd2D2B1rminr1mindaminDamaxramaxrbmax14021033158220200028004N102819221.11492125042302415180024009.1N22822117920811331542.52.5250684387001800240015N222822117920811331542.52.5300625456901600200022N32826019624115441583330010282511801

40、600200037N232826019225215441583336082845102014001800N4283041855162443.7本章小結主傳動是鏜孔專機主要動力部分，控制主軸旋轉完成鏜孔平端動作。本章主要介紹了主軸電機、鏈輪的選擇計算以及軸的尺寸設計與強度、剛度校核。進行了鍵的選擇與校核和軸承的選擇，確定了減速器型號，鍛煉了自己獨立思考以及查閱文獻和機械設計手冊的能力。完成了本設計的核心內(nèi)容。第四章 系統(tǒng)主要結構設計4.1夾具的設計4.1.1機床夾具的基本要求機床夾具必須滿足下列基本要求：1、保證工件的加工精度。保證加工精度的關鍵，首先在于正確地選定定位基準、定位方法和定位元件，

41、必要時還需進行定位誤差分析，還要注意夾具中其他零部件的結構對加工精度的影響，注意夾具應有足夠的剛度，多次重復使用的夾具還應注意相關元件的強度和耐磨性，確保夾具能滿足工件的加工精度要求。2、提高生產(chǎn)效率。專用夾具的復雜程度應與生產(chǎn)綱領相適應，應盡量采用各種快速高效的裝夾機構，保證操作方便，縮短輔助時間，提高生產(chǎn)效率。3、工藝性能好。專用夾具的結構應力求簡單、合理，便于制造、裝配、調整、檢驗、維修等。專用夾具的制造屬于單件生產(chǎn)，當最終精度由調整或修配保證時，夾具上應設置調整和修配結構。4、使用性能好。專用夾具的操作應簡便、省力、安全可靠。在客觀條件允許且又經(jīng)濟適用的前提下，應盡可能采用氣動、液壓等

42、機械化夾緊裝置，以減輕操作者的勞動強度。專用夾具還應排屑方便，必要時可設置排屑結構，防止切削破壞工件的定位和損壞刀具，防止切屑的積聚帶來大量的熱量而引起工藝系統(tǒng)變形。5、經(jīng)濟性好。專用夾具應盡可能采用標準元件和標準結構，力求結構簡單、制造容易，以降低夾具的制造成本。因此，設計時應根據(jù)生產(chǎn)綱領對夾具方案進行必要的技術經(jīng)濟分析，以提高夾具在生產(chǎn)中的經(jīng)濟效益。4.1.2夾具結構設計鏜孔專機采用專用夾具，要求加工時工件被嚴格夾緊且由于加工石墨電極尺寸的不同，夾具應該能作出調整，所以本專機對夾具要求較高7。方案一，四點定位方式；其結構如圖4.1所示。1.托料架2.加工工件3.夾板4.夾具增高塊5斜夾具6

43、.液壓缸圖4.1夾具結構工作過程為：液壓缸推動相關機構使夾具夾緊工件，如果工件尺寸變化，則可拆卸或者更換夾具增高塊5，來完成250600mm不同直徑的加工。方案二，三點定位方式；采用直夾具與斜夾具組合的形式，其結構如圖4.2所示。圖4.2 夾具結構方案比較：由于實際加工時銑削力較大，方案一采用雙斜夾具的結構定位精度差，工件位置容易發(fā)生變動，當小件加工時，不能夾緊工件，所以無法滿足加工質量要求。方案二，采用斜夾具與直夾具組合的形式，克服了方案一的缺點，能夠滿足小件加工時的夾緊，所以采用方案二。4.2夾緊裝置傳動機構的設計4.2.1夾緊裝置的要求（1）夾緊過程不得破壞工件在夾具中占有的定位位置。（

44、2）夾緊力要適當，既要保證工件在加工過程中定位的穩(wěn)定性，又要防止因夾緊力過大損傷工件表面或使工件產(chǎn)生過大的夾緊變形。（3）操作安全、省力。（4）結構應盡量簡單，便于制造，便于維修。4.2.2夾緊裝置傳動機構的設計方案鏜孔專機夾緊裝置采用兩個同步液壓缸帶動齒輪齒條機構運動，齒條上裝有固定板，固定板與滑臺采用螺栓連接，齒輪齒條機構運動帶動固定板在滑臺上移動，固定板上裝有夾具，從而完成工件的夾緊。采用此結構的優(yōu)點：傳動可靠平穩(wěn)，有較高的同步性。4.2.3傳動裝置的結構根據(jù)4.2.2設計方案設計傳動裝置結構1415，如圖4.3所示。 1.導軌2.齒輪齒條3.固定板4.夾具5.圓螺母6.止動墊圈圖4.3

45、 夾緊裝置傳動機構結構圖4.3托舉機構的設計托料架屬于支撐件，支承件是設備的基礎構件，包括床身、橫梁、搖臂、底座、刀架、工作臺、箱體和升降臺等。這些件一般都比較大，所以也稱大件16。支承件的種類繁多。按構造方式可分為機座類、箱殼類、機架類、平板類；按結構可分為整體式和裝配式；按制造方法可分為鑄造式、焊接式、螺栓式和組合式；按力學模型可分為桿系結構、板殼結構和實體結構；按材質可分為金屬支承件和非金屬支承件，非金屬支承件又可分為混凝土支承件、花崗巖支承件及塑料支承件等。4.3.1支撐件的功用支承件的功用主要有：（1）支承和安裝機器各部分零部件，并承受各種靜態(tài)力（重力）及動態(tài)力（切削力）。（2）保證

46、各零部件之間的相對位置精度和運動部件的運動精度。（3）用作電氣箱或液壓油、潤滑油、切削液的儲存器。（4）獨立完成某些功能，如貨架、托架、工作臺等。4.3.2對支撐件的基本要求（1）應具有足夠的靜態(tài)剛度和較高的動態(tài)剛度。后者在很大程度上反映了設計的合理性。（2）應具有較好的動態(tài)特性。這包括較大的位移阻抗（動剛度）和阻尼；與其他部件相配合，使整機的各階固有頻率不致與激振頻率相重合而產(chǎn)生共振；不會發(fā)生薄壁振動而產(chǎn)生噪聲等。（3）支承件應設計得使整個設備的熱變形較小。（4）應該排屑暢通，吊運安全，并具有良好的工藝性以便于制造和裝配。4.3.3支撐件的設計步驟支承件的結構形狀十分復雜，受力條件也很復雜，

47、難以進行符合實際情況的簡化理論計算。因此，設計時首先根據(jù)其使用要求進行受力分析，其次根據(jù)所受的力和其他要求，并參考現(xiàn)有設備的同類型件，初步?jīng)Q定其形狀和尺寸。對重要支承件，在初步選定其形狀與尺寸后，可用有限元法，借助計算機進行驗算或進行模型試驗，求得其靜態(tài)和動態(tài)特性，并據(jù)此對設計進行修改或對幾個方案進行對比，選擇最佳方案。4.3.4支撐件的結構設計支承件的性能對整個設備的性能影響較大，支承件的重量占設備總重的80%以上。因此，應該正確進行支承件的結構設計，并對主要支承件進行必要的驗算和試驗，使支承件能滿足它的基本要求，并在這個前提下盡量節(jié)約材料。支承件的變形一般包括三個部分：自身變形、局部變形和

48、接觸變形。因此，支承件的結構設計主要根據(jù)滿足剛度條件進行。支承件的剛度包括三個方面：（1）支承件的自身剛度 主要指支承件自身變形。抵抗本身變形的能力稱為支承件的自身剛度。支承件所受的載荷，主要是拉伸、壓縮、彎曲和扭轉四種。其中彎曲和扭轉是主要的，對精度影響也較大。因此，支承件的自身剛度主要應考慮彎曲剛度和扭轉剛度。自身剛度主要取決于支承件的材料、構造、形狀、尺寸和隔板的布置等。自身剛度目前已可用有限元法借助計算機進行計算。（2）支承件的局部剛度 支承件上與其他零件或地基相連部分的剛度稱為局部剛度。局部變形發(fā)生在載荷集中的地方。局部剛度主要取決于受載部位的結構和尺寸。（3）支承件的接觸剛度 抵抗

49、連接處變形的能力稱為接觸剛度。兩個平面接觸，由于兩個面都不是理想的平面，而有一定的宏觀不平度，因而接觸面積只是名義接觸面積的一部分。接觸剛度與構件的自身剛度有兩方面的不同：接觸剛度是平均壓強與變形之比；接觸剛度不是一個固定的值，它與接觸面之間的壓強有關。因此，在進行結構設計時，必須綜合地考慮上述三種引起變形的因素，一方面采取措施提高支承件本身的剛度，另一方面設法提高連接處的接觸剛度和局部剛度。4.3.5鏜孔專機對托舉機構的要求鏜孔專機要求托舉機構穩(wěn)定，能夠承受工件的重量，滿足強度、剛度要求，工件在托料架上時平穩(wěn)，無轉動，對中性良好。托舉機構能夠進行位置調整以滿足不同工件與主軸的同軸度要求。4.

50、3.6托舉機構結構設計根據(jù)上述支撐件的設計步驟、要求及本專機對托舉機構的要求，設計出托舉機構結構如圖4.4所示。1.螺紋支撐住2.導向柱3.導向套4.旋轉螺母5.V型支撐架6.支撐住頂板圖4.4 托舉機構當加工工件尺寸發(fā)生變化時，手動調節(jié)旋轉螺母4，能夠使V型支撐架上下移動以滿足工藝要求。4.3.7托舉機構材料的選擇托舉機構的主要材料為鑄鐵和鋼。1鑄鐵鑄鐵鑄造性能好，可以鑄造結構形狀復雜的支承件，價格便宜，應用廣泛。如果導軌與支承件鑄為一體，則鑄鐵的牌號根據(jù)導軌的要求選擇。如果導軌為鑲裝上去的，或者支承件上沒有導軌，則一般可用HT100,HT150, HT200, HT250, HT300等，還可用球墨鑄鐵QT450-10, QT800-02等。