石墨电极镗孔专机机械系统设计

1、北华大学学士学位论文摘 要石墨电极是电弧炉炼钢或其他电冶金行业的重要导电材料，随着电弧炉炼钢和其他电冶金行业的发展，石墨电极生产已经成为国民经济中不可缺少的部门之一，在国家历次发布的技术发展政策中均被列为重点发展内容。本文主要讨论石墨电极镗孔专机机械系统设计，主要包括机床床身结构的设计，托料架的设计，夹具及夹紧机构的设计。通过GSK96数控系统和PLC实现专机的自动控制。石墨电极接头生产采用数控加工，其优点是加工质量稳定、可靠加工精度高、具有高度柔性、生产率高、改善劳动条件、利于生产管理，减轻工作人员压力，降低生产成本，提高经济效益。关键词：石墨电极；夹紧机构；夹具；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 录第一章 绪论11.1研究的目的及意义11.2国内外发展及状况11.3课题研

6、究内容分析21.4课题研究的主要内容21.5本章小结3第二章 系统总体方案设计42.1技术要求42.1.1石墨电极接头参数42.1.2机床的技术要求42.2机床控制方式52.3镗孔专机机床结构设计52.4镗孔专机运动方案确定52.5镗孔专机夹紧系统运动方案设计62.6本章小结6第三章 主传动设计73.1主轴电机的选择73.1.1主轴电机的功率计算73.2滚子链的设计83.2.1链传动的优缺点83.2.2滚子链传动的设计计算93.3减速器的选择103.3.1减速器的作用103.3.2减速器的分类103.3.3镗孔专机减速器的选择103.4主传动轴的设计计算与校核113.4.1主轴基本尺寸的确定1

7、13.4.2主轴强度校核123.4.3主轴刚度校核133.5键的选择与校核计算133.5.1键连接的功能及分类143.5.2键的选择143.5.3键的校核143.6轴承的选择153.6.1轴承的特点及分类153.6.2轴承类型的选择方法153.6.3镗孔专机轴承的选择153.7本章小结18第四章 系统主要结构设计194.1夹具的设计194.1.1机床夹具的基本要求194.1.2夹具结构设计194.2夹紧装置传动机构的设计204.2.1夹紧装置的要求204.2.2夹紧装置传动机构的设计方案214.2.3传动装置的结构214.3托举机构的设计214.3.1支撑件的功用224.3.2对支撑件的基本要

8、求224.3.3支撑件的设计步骤224.3.4支撑件的结构设计224.3.5镗孔专机对托举机构的要求234.3.6托举机构结构设计234.3.7托举机构材料的选择244.4本章小结24第五章 丝杠的选择255.1滚珠丝杠传动的特点255.2滚珠丝杠的工作原理和结构255.3滚珠丝杠的选择计算265.3.1进给率引力Fm的计算265.3.2最大动载荷C的计算265.3.3滚珠丝杠的选择275.4滚珠丝杠的效率计算285.5刚度验算285.6压杆稳定性校核295.7本章小结29第六章 导轨的选择306.1 导轨主要功能306.2 导轨的基本形式306.3 间隙调整316.4 导轨的润滑326.5

9、润滑油的选择326.6本章小结33第七章 结论34致 谢35参考文献36III第一章 绪论1.1研究的目的及意义炭素行业是国家重点支持的基础原材料产业，其主导产品石墨电极是钢铁工业炼钢过程中使用的不可替代的耐高温、耐氧化的导电材料1。石墨电极，主要以石油焦、针状焦为原料，煤沥青作结合剂，经煅烧、配料、混捏、压型、焙烧、石墨化、机加工而制成，是在电弧炉中以电弧形式释放电能对炉料进行加热熔化的导体，根据其质量指标高低，可分为普通功率、高功率和超高功率。石墨具有以下铜无法比拟的优质特性，加工速度：高速铣粗加工较铜快3倍，高速铣精加工较铜快5倍；可加工性好，能实现复杂的几何造型；重量轻，密度不足铜的1

10、/4，电极容易夹持，可减少单个电极的数量，因为可捆绑做成组合电极；热稳定性好，不变形无加工毛刺2。图1.1 石墨电极及接头随着石墨电极市场竞争日趋激烈，电极市场由国内逐步向国外市场开拓，对石墨电极质量的要求己不仅仅局限在电极内部。由于石墨电极是冶金行业，有色金属等行业必需的产品，所以电极的质量与产量将直接影响上述行业的发展。1.2国内外发展及状况国际炭素行业起步已久，加工工艺已经成熟，已经达到了大型规模全自动化生产的阶段，并且可以大规模生产大规格超高功率石墨电极及接头产品。其技术领先的国家及公司有：美国：步高（POCO）石墨公司、尤卡炭素公司、斯塔克浦尔炭素公司。日本：东洋炭素有限公司、东海碳

11、素有限公司、新日本科技炭素有限公司。德国：西格里碳素集团、逊克炭素公司。法国：罗兰炭素公司。我国有超过150 家的炭素企业，主要石墨电极生产企业包括方大炭素（22%）、中钢吉炭（20%）、南通扬子（10%）等，三者合计占据52%的市场份额；高功率与超高功率石墨电极行业集中度更高，方大炭素与中钢吉炭两家合计占60%以上的市场份额。吉林薛氏炭素有限公司位于吉林省吉林市，是国内仅有的做石墨电极加工机床的厂家之一。近年来该公司发展迅速，已经形成了石墨电极的加工生产线，其制造的机床深受国内外人士的好评。1.3课题研究内容分析石墨电极本体加工工艺如图1.2所示3。图1.2 石墨电机本体加工工艺图石墨电极本

12、体加工工艺主要包括：原料上料对中、镗内锥及铣端面、车外圆、加工螺纹、称重，人工检验等。本课题研究该生产线中第二道工序：镗内锥及铣端面专机机械系统设计。通过数控系统控制专机的伺服系统、进给系统和夹紧装置来完成镗孔加工工艺。1.4课题研究的主要内容（1）了解石墨电极本体加工工艺过程。（2）了解镗孔专机的电气控制系统、液压系统。（3）掌握石墨电极镗孔机械加工工作过程。（4）详细设计石墨电极镗孔专机机械系统。1.5本章小结本章节对课题的背景进行了大体的概括，介绍了炭素行业石墨电极的工业应用及其在国民经济中的重要地位，了解了石墨电极的加工工艺以及本镗孔专机的重要性，为后来的设计进行铺垫。38第二章 系统

13、总体方案设计2.1技术要求2.1.1石墨电极接头参数图2.1 石墨电极接头参数表2.1 接头尺寸表（一寸四扣）电极直径(/mm)接头(/mm)接头孔(/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机床的技术要求鑫源碳素镗孔专机加工石墨电极直径250600mm，长度L=18002400mm，主轴转速n=200，精度为0.030.04mm,采用专用铣刀强力铣削，加工时间t=2.5分钟。2.2机床控制方式鑫源碳素镗孔专机采用半闭环控制，采用广州数控GSK96系统，该系统具有操作简单，维护方便，性能优越，加工质量稳定、加工精度高、具有高度柔性、生产率高、改善劳动条件、利于生产管理现代化并且能全自动的加工石墨电极，减轻工作人员压力，降低生产成本，提高经济效益等优点。2.3镗孔专机机床结构设计镗孔专机机床主要结构如图2.2所示4。1.主轴电机2.除尘罩（刀具）3.夹具4

15、.床身5.液压缸6.滑台7.托料架8.伺服电机9.滚珠丝杠图2.2 机床结构示意图2.4镗孔专机运动方案确定动力头为机床主轴提供动力，是机床的重要动力部件，为机床主轴提供主运动。主运动由电机驱动，经过减速器和链轮传递给主轴，机床主轴带动刀具旋转完成镗孔动作。进给运动采用伺服电机通过滚珠丝杠机构传动，刀具的进给运动为机床在水平面内的前进与退回运动。进给系统总体方案框图如图2.3所示。图2.3 进给系统总体方案框图2.5镗孔专机夹紧系统运动方案设计夹紧装置要求具有较高的同步性，采用液压控制方式，其优点是结构简单，运行可靠，安装调试方便。液压同步缸控制动力滑台运动，滑台上装有夹紧机构来完成工件的夹紧

16、。2.6本章小结鑫源碳素镗孔专机是数字控制专用机床，本章主要对系统控制方式、机床参数以及运动方式进行了阐述，了解了机床的特点，明确了本专机机械结构设计内容。第三章 主传动设计3.1主轴电机的选择3.1.1主轴电机的功率计算按在加工过程中遇到的最大切削力和最大切削速度来计算，鑫源炭素镗孔加工由于使用专用刀具，切削力较大，所以根据铣削进行计算。即： (3.1)式中FC切削力(N)； 切削深度(mm)； 每齿进给量（mm/z）； 切削宽度（mm）； 刀具直径（mm）； K刀具前角对切削力的影响系数；K1切削速度对切削力的影响系数；n铣刀转速(r/min)。由于石墨硬度未知，可按灰铸铁进行参数选择，根

17、据切削用量简明手册5查得如表3.1所示。表3.1 铣削参数铣刀类型刀具材料公式中的系数及指数cFxFyFmFwFqF加工灰铸铁硬度190HBS端铣刀硬质合金54.50.90.741.001.0圆柱铣刀581.00.80.900.9圆柱铣刀立铣刀高速钢300.10.650.8300.83根据加工电极最大直径为600mm，由2.1.1石墨电极接头参数选择刀具直径d0=125mm，齿数Z=12，主轴转速n=196r/min，铣刀每齿进给量fz=0.18mm/z，切削深度=7.5mm。因刀具材料为硬质合金，所以按硬质合金刀具进行铣削参数选择。如表3.2所示。 表3.2 刀具前角对切削力影响系数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。铣削速度： (3.2)根据表3.3所示切削速度对切削力的影响系数。表3.3 切削速度对切削力影响系数切削速度nc(m/min)5075100125150175200250K11.000.980.960.940.920.900.880.86 选取K1=0.98算得最大铣削力 (3.3)铣削最大功率 (3.4)因为所选减速器传动比为1:11，链轮传动比为1:1，所以主轴电机功率 (3.5)由于实际加工环境较恶劣，影响铣削力的因素又有很多，例如：（1） 刀具的齿数；（2） 刀具的直径；（

19、3） 切削速度；（4） 切削宽度；（5） 每齿进给量；所以本设计只是给出其中一种设计计算的方案，结合实际加工时的情况选择电机型号为11KW三项异步电机，型号为Y2160M4，额定电压为380V，满载转速为1460r/min,防护等级IP55.3.2滚子链的设计3.2.1链传动的优缺点链传动是一种挠性传动，它由链条和链轮组成。通过链轮轮齿与链条链节的啮合来传递运动和动力。链传动在机械制造中应用广泛。与摩擦型的带传动相比，链传动无弹性滑动和整体打滑现象，因而能保持准确的平均传动比，传动效率高；又因为链条不需要像带那样张的很紧，所以作用于轴上的径压力较小；链条采用金属材料制造，在同样的制造条件下，链

20、传动的整体尺寸较小，结构较为紧凑；同时，链传动能在高温和潮湿的环境中工作。与齿轮传动相比，链条的安装精度要求较低，成本低。在远距离传动时，其结构比齿轮传动轻便的多。链传动的缺点是：只能实现平行轴之间的传动；运转时不能保持恒定的瞬时传动比；磨损后易发生跳齿；工作时有噪声。3.2.2滚子链传动的设计计算1.选择链齿数取小链轮齿数Z1=25，大链轮的齿数 (3.6)2.确定计算计算功率根据机械设计手册第四版6查得，单排链，则计算功率为 (3.7)式中：-工况系数 -主动链轮齿数系数 -电动机额定功率3.选择链条型号及节距根据及及，查机械设计，纪名刚主编，可选16A-1。查得链条节距为。4.计算链节数

21、初选中心距 (3.8)取。相应的链长节数为 (3.9)取链长节数节。5.计算链速，确定润滑方式 (3.10)由m/s和链号16A-1可查得采用滴油润滑。6.计算压轴力FP有效圆周力为： (3.11)链轮水平布置时的压轴力系数KFp=1.15，则压轴力为 (3.12)根据以上计算选择链条型号为：16A-188。3.3减速器的选择3.3.1减速器的作用减速机是一种动力传达机构，利用齿轮的速度转换器，将电机（马达）的回转数减速到所要的回转数，并得到较大转矩的机构。在目前用于传递动力与运动的机构中，减速机的应用范围相当广泛。几乎在各式机械的传动系统中都可以见到它的踪迹，从交通工具的船舶、汽车、机车，建

22、筑用的重型机具，机械工业所用的加工机具及自动化生产设备，到日常生活中常见的家电，钟表等等.其应用从大动力的传输工作到小负荷、精确的角度传输都可以见到减速机的应用，且在工业应用上，减速机具有减速及增加转矩功能。3.3.2减速器的分类 减速机是一种相对精密的机械，使用它的目的是降低转速，增加转矩。它的种类繁多，型号各异，不同种类有不同的用途。按照传动类型可分为齿轮减速器、蜗杆减速器和行星齿轮减速器；按照传动级数不同可分为单级和多级减速器；按照齿轮形状可分为圆柱齿轮减速器、圆锥齿轮减速器和圆锥圆柱齿轮减速器；按照传动的布置形式又可分为展开式、分流式和同轴式减速器。以下是常用的减速机分类：（1） 摆线

23、针轮减速机 （2） 硬齿面圆柱齿轮减速器（3） 行星齿轮减速机 （4） 软齿面减速机 （5） 三环减速机 （6） 起重机减速机 （7） 蜗杆减速机 （8） 轴装式硬齿面减速机 （9） 无级变速器3.3.3镗孔专机减速器的选择根据工艺要求、机床结构特点及转速选择减速器，已知主轴电机额定转速n=1460r/min，选择摆线针轮减速器，其型号为BWD4-11-11，中心高为200mm，传动比为1:11。摆线针轮减速器具有如下优点：1.传动比大：摆线针轮减速机一级减速时传动比为1:7到1：87；两级减速时转动比为1217569，用户也可以根据自己的实际需要选用减速比更大的三级减速。2.传动效率高；3.

24、保养方便（润滑方式）： #6125以下使用不要保养的专用高级油脂；4.体积小，重量轻： 摆线针轮减速机采用行星传动原理，输入轴和输出轴在同一轴线上而且有与电动机直联呈一体的独特之处，因而摆线针轮减速机本身具有结构紧凑，体积小、重量轻的特点。用它代替两级普通圆柱齿轮减速器，体积可减少1/22/3；重量约减轻1/31/2。5.拆装方便，容易维修：由于摆线针轮减速机结构设计合理、拆装简单便于维修，使用零件个数少以及润滑简单。6.使用可靠、故障少、寿命长：主要传动啮合件使用耐磨耗及耐疲劳性能良好的高炭铬轴承钢制造，经淬火处理（HRC58-62）获得高强度，因此摆线针轮减速机机械性能好，耐磨性能好；运转

25、接触采用滚动磨擦，基本上无磨损，故故障少、寿命长，其寿命较普通齿轮减速器可提高2-3倍。7.运行平稳，噪音小：摆线针齿啮合齿数较多，重叠系数大以及具有机件平稳的机理，使振动和噪声限制在最小程度。3.4主传动轴的设计计算与校核3.4.1主轴基本尺寸的确定镗孔机床主轴传递的功率为56.22kW，最大转速nmax =136r/min，选用轴的材料为45号钢，机床主轴为传动轴，主要承受扭矩，所以按照扭转强度条件计算。扭转的强度条件为6 (3.13)式中tT扭转切应力，MPa；T轴所受的扭矩，Nmm；WT轴的抗扭截面系数，mm3；n轴的转速，r/min；P轴传递的功率，KW；d计算截面处轴的直径，mmt

26、T许用扭转切应力，MPa，见表3.4。表3.4 轴常用几种材料的tT及A0值轴的材料Q235-A、20Q27535(1Cr18Ni9Ti)4540Cr、35SiMn38SiMnMotT/MPa1525203525453555A014912613511212610311297由上式可得轴的直径 (3.14)式中 A0= (3.15)对于空心轴 (3.16)式中，b=，即空心轴的内径与外径之比，通常取b=0.50.6根据表3.4，选取tT=35，b=0.55，所以A0= (3.17) (3.18)考虑到实际机床结构要求以及轴向的定位要求设计轴的基本尺寸如下：图3.1 轴的结构3.4.2主轴强度校核

27、1.计算外力偶矩 根据轴在实际工作过程中的受力情况，其受力简图如图3.2所示，图3.2主轴受力简图计算出主轴的外力偶矩如下：已知主轴电机为11kW，摆线针轮减速器效率为93%，链轮效率为95%，MA=MB=N.m (3.19)2.画轴的扭矩图，确定危险截面图3.3 扭矩图根据图3.1，可以确定危险截面处于AB段，d=110mm，b=，许用扭转切应力tT=35MPa。3.强度校核 (3.20)所以轴的强度足够。3.4.3主轴刚度校核按照刚度条件式 (3.21)式中：T横截面上的最大扭矩； G材料的剪切弹性模量； IP横截面对圆心的极惯性矩； j单位长度的许用扭转角； (3.22)式中b=，即空心

28、轴的内径与外径之比。已知轴的材料为45号钢，G=80103MPa，由于机床要求精度较高，所以取j=0.4/m。 (3.23)所以轴的刚度足够。3.5键的选择与校核计算镗孔专机主轴链轮处采用键连接，主轴所传递的扭矩为682.43Nm。3.5.1键连接的功能及分类键是一种标准零件，通常用来实现轴与轮毂之间的周向固定以传递转矩，有的还能实现轴上零件的轴向固定或轴向滑动的导向。键连接的主要类型有：平键连接、半圆键连接、楔键连接和切向键连接。3.5.2键的选择键的截面尺寸bh按轴的直径d由标准中选定。键的长度L一般可按轮毂的长度而定，即键长等于或略短于轮毂的长度；而导向平键则按照轮毂的长度及其滑动距离额

29、定。一般轮毂的长度可取，这里的d为轴的直径。普通楔键的主要尺寸见表3.56。表3.5 普通楔键的主要尺寸轴的直径d65757585859595110110130键宽b键高h20122214251428163218键的长度系列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，因为键所在轴的轴径为110mm，轮毂的长度为48mm，所以根据键的长度系列选择键的长度L=45mm，根据表3.5选择A2845的普通楔键。3.5.3键的校核查机械设计手册第二卷得键工作面的挤压强度

30、条件为 (3.24)T主轴转矩，N mm；D轴的直径，mm ；b键的宽度，mm ；i键的工作长度，因为楔键工作面为上下面，所以i=L=45mm。m摩擦因数，对钢和铸铁，m= 0.120.17；这里取m= 0.15。键联接的许用挤压应力及许用挤压压强，MPa，查机械设计手册第二卷（如下表3.6）。表3.6 键联接的许用挤压应力、许用挤压压强和许用剪应力 /MPa 许用应力及许用压强联接工作方式被联接零件材料不同载荷性质的许用值静载轻微冲击冲击pp静联接钢125 150100 1206090铸铁708050603045Ppp动联接钢504030p1209060由于实际加工中存在冲击，所以取 ，所以

31、 ，故联结能满足挤压强度要求。3.6轴承的选择3.6.1轴承的特点及分类轴承的主要功能是支撑机械旋转体，用以降低设备在传动过程中的机械载荷摩擦系数。按运动元件摩擦性质的不同，轴承可分为滚动轴承和滑动轴承两类。滚动轴承特点：摩擦系数小，起动阻力小，而且它已经标准化，选用、润滑、维护都很方便，所以在一般机器中应用较广。滑动轴承适用于高转速、特大冲击和振动、径向空间尺寸受限制或必须剖分安装（如曲轴的轴承）、以及需要水或腐蚀性介质中工作等场合。滑动轴承按结构轴承可以分为（1）整体式径向滑动轴承（2）对开式径向滑动轴承（3）止推滑动轴承滚动轴承是比较常用的轴承，按载荷方向分为：向心轴承、推力轴承；按滚动

32、体分为：球轴承、滚子轴承；按是否能调心分为：调心轴承、非调心轴承；按滚动体列数可分为：单列、双列和多列；按照能否分离分为：可分离轴承、不可分离轴承。3.6.2轴承类型的选择方法选择轴承的类型与很多因素有关，通常根据以下几个要素：（1）允许空间。（2）载荷大小和方向。（3）轴承工作转速。（4）旋转精度。一般机械均可用G级公差轴承。（5）轴承的刚性。（6）轴向游动。（7）摩擦力矩。（8）安装与拆卸。3.6.3镗孔专机轴承的选择在此次设计中主轴采用的轴承为深沟球轴承6024，圆锥滚子轴承32024，推力轴承51226及双列滚柱轴承NN3028。安装时轴承组可预紧，具有较好的支撑刚度和旋转精度。由于轴

33、径、载荷和转速已确定，所以根据轴径、载荷和转速选择轴承。主轴左端轴承选用型号深沟球轴承6024，圆锥滚子轴承32024，参数如下表3.7 和3.8所示。表3.7 深沟球轴承（GB/T276-1994）基本尺寸/mm基本额定载荷/kN极限转速/rmin-1重量/kg轴承代号其他尺寸/mm安装尺寸/mm球径/mm球数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 单列圆锥滚子轴承（GB/T277-1994）基本尺寸/mm基本额定载荷/kN极限转速/rmin-1重量/kg计算系数轴承代

35、号其他尺寸/mm安装尺寸/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右端轴承选用单列推力轴承51226，双列滚柱轴承NN3028，参数如表3.9和3.10 所示。表3.9 单列圆锥滚子轴承（GB/T301-1995）基本尺寸/mm基本额定载荷/k

38、N最小载荷常数极限转速/rmin-1重量/kg轴承代号其他尺寸/mm安装尺寸/mmdDTCaCoaA脂油W51000型d1minD1maxrmindaminDamaxramin130170301083750.74130019001.705112613217011541461190451885751.7590014003.93512261331871.51661541.52257535810705.9160085011.7513261342202.11861692.1270110630201021.143060032.05142613426542121883表3.10 圆柱滚子轴承（GB/T28

39、3-1994）基本尺寸/mm基本额定载荷/kN极限转速/rmin-1重量/kg轴承代号其他尺寸/mm安装尺寸/mmdDBCrCor脂油WN型EWd2D2B1rminr1mindaminDamaxramaxrbmax14021033158220200028004N102819221.11492125042302415180024009.1N22822117920811331542.52.5250684387001800240015N222822117920811331542.52.5300625456901600200022N32826019624115441583330010282511801

40、600200037N232826019225215441583336082845102014001800N4283041855162443.7本章小结主传动是镗孔专机主要动力部分，控制主轴旋转完成镗孔平端动作。本章主要介绍了主轴电机、链轮的选择计算以及轴的尺寸设计与强度、刚度校核。进行了键的选择与校核和轴承的选择，确定了减速器型号，锻炼了自己独立思考以及查阅文献和机械设计手册的能力。完成了本设计的核心内容。第四章 系统主要结构设计4.1夹具的设计4.1.1机床夹具的基本要求机床夹具必须满足下列基本要求：1、保证工件的加工精度。保证加工精度的关键，首先在于正确地选定定位基准、定位方法和定位元件，

41、必要时还需进行定位误差分析，还要注意夹具中其他零部件的结构对加工精度的影响，注意夹具应有足够的刚度，多次重复使用的夹具还应注意相关元件的强度和耐磨性，确保夹具能满足工件的加工精度要求。2、提高生产效率。专用夹具的复杂程度应与生产纲领相适应，应尽量采用各种快速高效的装夹机构，保证操作方便，缩短辅助时间，提高生产效率。3、工艺性能好。专用夹具的结构应力求简单、合理，便于制造、装配、调整、检验、维修等。专用夹具的制造属于单件生产，当最终精度由调整或修配保证时，夹具上应设置调整和修配结构。4、使用性能好。专用夹具的操作应简便、省力、安全可靠。在客观条件允许且又经济适用的前提下，应尽可能采用气动、液压等

42、机械化夹紧装置，以减轻操作者的劳动强度。专用夹具还应排屑方便，必要时可设置排屑结构，防止切削破坏工件的定位和损坏刀具，防止切屑的积聚带来大量的热量而引起工艺系统变形。5、经济性好。专用夹具应尽可能采用标准元件和标准结构，力求结构简单、制造容易，以降低夹具的制造成本。因此，设计时应根据生产纲领对夹具方案进行必要的技术经济分析，以提高夹具在生产中的经济效益。4.1.2夹具结构设计镗孔专机采用专用夹具，要求加工时工件被严格夹紧且由于加工石墨电极尺寸的不同，夹具应该能作出调整，所以本专机对夹具要求较高7。方案一，四点定位方式；其结构如图4.1所示。1.托料架2.加工工件3.夹板4.夹具增高块5斜夹具6

43、.液压缸图4.1夹具结构工作过程为：液压缸推动相关机构使夹具夹紧工件，如果工件尺寸变化，则可拆卸或者更换夹具增高块5，来完成250600mm不同直径的加工。方案二，三点定位方式；采用直夹具与斜夹具组合的形式，其结构如图4.2所示。图4.2 夹具结构方案比较：由于实际加工时铣削力较大，方案一采用双斜夹具的结构定位精度差，工件位置容易发生变动，当小件加工时，不能夹紧工件，所以无法满足加工质量要求。方案二，采用斜夹具与直夹具组合的形式，克服了方案一的缺点，能够满足小件加工时的夹紧，所以采用方案二。4.2夹紧装置传动机构的设计4.2.1夹紧装置的要求（1）夹紧过程不得破坏工件在夹具中占有的定位位置。（

44、2）夹紧力要适当，既要保证工件在加工过程中定位的稳定性，又要防止因夹紧力过大损伤工件表面或使工件产生过大的夹紧变形。（3）操作安全、省力。（4）结构应尽量简单，便于制造，便于维修。4.2.2夹紧装置传动机构的设计方案镗孔专机夹紧装置采用两个同步液压缸带动齿轮齿条机构运动，齿条上装有固定板，固定板与滑台采用螺栓连接，齿轮齿条机构运动带动固定板在滑台上移动，固定板上装有夹具，从而完成工件的夹紧。采用此结构的优点：传动可靠平稳，有较高的同步性。4.2.3传动装置的结构根据4.2.2设计方案设计传动装置结构1415，如图4.3所示。 1.导轨2.齿轮齿条3.固定板4.夹具5.圆螺母6.止动垫圈图4.3

45、 夹紧装置传动机构结构图4.3托举机构的设计托料架属于支撑件，支承件是设备的基础构件，包括床身、横梁、摇臂、底座、刀架、工作台、箱体和升降台等。这些件一般都比较大，所以也称大件16。支承件的种类繁多。按构造方式可分为机座类、箱壳类、机架类、平板类；按结构可分为整体式和装配式；按制造方法可分为铸造式、焊接式、螺栓式和组合式；按力学模型可分为杆系结构、板壳结构和实体结构；按材质可分为金属支承件和非金属支承件，非金属支承件又可分为混凝土支承件、花岗岩支承件及塑料支承件等。4.3.1支撑件的功用支承件的功用主要有：（1）支承和安装机器各部分零部件，并承受各种静态力（重力）及动态力（切削力）。（2）保证

46、各零部件之间的相对位置精度和运动部件的运动精度。（3）用作电气箱或液压油、润滑油、切削液的储存器。（4）独立完成某些功能，如货架、托架、工作台等。4.3.2对支撑件的基本要求（1）应具有足够的静态刚度和较高的动态刚度。后者在很大程度上反映了设计的合理性。（2）应具有较好的动态特性。这包括较大的位移阻抗（动刚度）和阻尼；与其他部件相配合，使整机的各阶固有频率不致与激振频率相重合而产生共振；不会发生薄壁振动而产生噪声等。（3）支承件应设计得使整个设备的热变形较小。（4）应该排屑畅通，吊运安全，并具有良好的工艺性以便于制造和装配。4.3.3支撑件的设计步骤支承件的结构形状十分复杂，受力条件也很复杂，

47、难以进行符合实际情况的简化理论计算。因此，设计时首先根据其使用要求进行受力分析，其次根据所受的力和其他要求，并参考现有设备的同类型件，初步决定其形状和尺寸。对重要支承件，在初步选定其形状与尺寸后，可用有限元法，借助计算机进行验算或进行模型试验，求得其静态和动态特性，并据此对设计进行修改或对几个方案进行对比，选择最佳方案。4.3.4支撑件的结构设计支承件的性能对整个设备的性能影响较大，支承件的重量占设备总重的80%以上。因此，应该正确进行支承件的结构设计，并对主要支承件进行必要的验算和试验，使支承件能满足它的基本要求，并在这个前提下尽量节约材料。支承件的变形一般包括三个部分：自身变形、局部变形和

48、接触变形。因此，支承件的结构设计主要根据满足刚度条件进行。支承件的刚度包括三个方面：（1）支承件的自身刚度 主要指支承件自身变形。抵抗本身变形的能力称为支承件的自身刚度。支承件所受的载荷，主要是拉伸、压缩、弯曲和扭转四种。其中弯曲和扭转是主要的，对精度影响也较大。因此，支承件的自身刚度主要应考虑弯曲刚度和扭转刚度。自身刚度主要取决于支承件的材料、构造、形状、尺寸和隔板的布置等。自身刚度目前已可用有限元法借助计算机进行计算。（2）支承件的局部刚度 支承件上与其他零件或地基相连部分的刚度称为局部刚度。局部变形发生在载荷集中的地方。局部刚度主要取决于受载部位的结构和尺寸。（3）支承件的接触刚度 抵抗

49、连接处变形的能力称为接触刚度。两个平面接触，由于两个面都不是理想的平面，而有一定的宏观不平度，因而接触面积只是名义接触面积的一部分。接触刚度与构件的自身刚度有两方面的不同：接触刚度是平均压强与变形之比；接触刚度不是一个固定的值，它与接触面之间的压强有关。因此，在进行结构设计时，必须综合地考虑上述三种引起变形的因素，一方面采取措施提高支承件本身的刚度，另一方面设法提高连接处的接触刚度和局部刚度。4.3.5镗孔专机对托举机构的要求镗孔专机要求托举机构稳定，能够承受工件的重量，满足强度、刚度要求，工件在托料架上时平稳，无转动，对中性良好。托举机构能够进行位置调整以满足不同工件与主轴的同轴度要求。4.

50、3.6托举机构结构设计根据上述支撑件的设计步骤、要求及本专机对托举机构的要求，设计出托举机构结构如图4.4所示。1.螺纹支撑住2.导向柱3.导向套4.旋转螺母5.V型支撑架6.支撑住顶板图4.4 托举机构当加工工件尺寸发生变化时，手动调节旋转螺母4，能够使V型支撑架上下移动以满足工艺要求。4.3.7托举机构材料的选择托举机构的主要材料为铸铁和钢。1铸铁铸铁铸造性能好，可以铸造结构形状复杂的支承件，价格便宜，应用广泛。如果导轨与支承件铸为一体，则铸铁的牌号根据导轨的要求选择。如果导轨为镶装上去的，或者支承件上没有导轨，则一般可用HT100,HT150, HT200, HT250, HT300等，还可用球墨铸铁QT450-10, QT800-02等。