加工轴承端盖4-Φ12孔——工艺装备钻床设计

第一章绪论

1.1 课题的研究背景和意义

钻床是具有广泛用途的通用性机床，可对零件进行钻孔、扩孔、铰孔、锪平面和攻螺纹等加工。在钻床上配有工艺装备时，还可以进行镗孔,在钻床上配万能工作台还能进行钻孔、扩孔、铰孔。如图1所示为钻床的实物图。

图1 钻床实物图

钻床主要用钻头在工件上加工孔（如钻孔、扩孔、铰孔、攻丝、锪孔等）的机大型钻床车间床。机械制造和各种修配工厂必不可少的设备。根据用途和结构主要分为以下几类：

1、立式。工作台和主轴箱可以在立柱上垂直移动，用于加工中小型工件。

2、台式。简称台钻。一种小型立式钻床，最大钻孔直径为12～15毫米，安装在钳工台上使用，多为手动进钻，常用来加工小型工件的小孔等。

3、摇臂式。主轴箱能在摇臂上移动，摇臂能回转和升降，工件固定不动，适用于加工大而重和多孔的工件，广泛应用于机械制造中。

4、深孔钻床。用深孔钻钻削深度比直径大得多的孔（如枪管、炮筒和机床主轴等零件的深孔）的专门化机床，为便于除切屑及避免机床过于高大，一般为卧式布局，常备有冷却液立式钻床输送装置（由刀具内部输入冷却液至切削部位）及周期退刀排屑装置等。如图3所示。

图3 深孔钻床

5、中心孔钻床。用于加工轴类零件两端的中心孔。

6、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。

7、卧式钻床。主轴水平布置，主轴箱可垂直移动的钻床。一般比立式钻床加工效率高，可多面同时加工。

轴承端盖用以固定轴承、调整轴承间隙并承受轴向力。轴承端盖的结构有嵌入式和凸缘式两种。每种又有闷盖和透盖之分。嵌入式轴承端盖结构简单、紧凑，无需固定螺钉，外径小，重量轻，外伸轴尺寸短。但装拆端盖和调整轴承间隙困难，密封性能差，座孔上开槽，加工费时。嵌入式轴承端盖多用于重量轻、结构紧凑的场合，其结构和尺寸见表1。凸缘式轴承端盖安装、拆卸、调整轴承间隙都比较方便，密封性能也好，所以应用广泛。但缺点是外廓尺寸大，又需一组螺钉来联接。其结构和尺寸见表2 。

表1 嵌入式轴承端盖的结构尺寸

e 2 =5～10mm

s=10～15mm

m由结构确定

D 3 =D+e 2 , 装有o型

圈的，按o型圈外径取

整d1、b1等由密封尺寸

确定

表2 凸缘式轴承端盖的结构和尺寸

do =d3 +1mm ，d3—端盖联接螺栓直径，尺寸见右表。D1=D+2.5d3

D2 =D1 +2.5d3

e=1.2d3

e 1 ≥ e

m 由结构确定

D4 =D- （10～15 ）mm

b1、d1由密封尺寸确定

b=5～10mm

h=(0.8～1)b 轴承外径

D

螺栓直径

d 3

端盖上螺栓数

目

45～65

70～100

110～140

150～230

6

8

10

12～16

4

4

6

6

当端盖与孔的配合处较长时，为了减少接触面，在端部铸出或车出一段较小的直径，但必须保留有足够的长度e1，一般此处的配合长度为e1=（0.10~0.15 ）D，D为轴承外径，图中端面凹进δ值，也是为了减少加工面，如图4所示。

图4 轴承端盖端部结构

由于端盖多用铸铁铸造，所以要很好考虑铸造工艺。例如在设计穿通式轴承端盖图5时，由于装置密封件需要较大的端盖厚度（图5a），这时应考虑铸造工艺，尽量使整个端盖厚度均匀，如图5b和c所示是较好的结构。

图5 轴承端盖端部结构

1.2 轴承端盖的概述

轴伸出端的密封的作用是防止轴承处的润滑剂流出和箱外的污物、灰尘和水气进入轴承腔内，常见的密封种类有接触式密封和非接触式密封两大类，接触式密封有毡圈密封、O 形橡胶圈密封、唇形密封，非接触式密封有沟槽密封和迷宫密封。

下面主要介绍毡圈密封和O 形橡胶圈密封。

（1 ）毡圈密封

将矩形毡圈压入梯形槽中使之产生对轴的压紧作用而实现密封，如图6。它的结构简单，价格低廉，安装方便，但接触面的摩擦磨损大，毡圈寿命短，功耗大，一般用在轴颈圆周速度v ＜5m/s 、工作温度t ＜90 0 C 、脂润滑的轴

承中。安装前，毡圈需用热矿物油（80～90° C ）浸渍。

图6 毡圈密封装置

（ 2 ）O 形橡胶圈密封

利用安装沟槽使O形橡胶圈受到压缩而实现密封，在介质作用下产生自紧作用而增强密封效果。O形橡胶圈有双向密封的能力，其结构简单，O形橡胶圈为标准件，可直接选用。

1.3 本课题主要研究内容

1）总体设计及方案分析：总体方案设计、不同方案的分析及确定。主要为：夹具、多轴头及钻摸板（包括：主要结构工作原理分析、动力分析和运动分析）。

2）校核计算：在初步的结构设计的完成后，对设计方案进行进一步的校核、计算；对主要零、部件进行必要校核分析计算；对设备的使用及维护加以说明等。

3）经济性分析：从提高生产率、制造成本、经济效益、社会效益等方面对所完成的设计进行分析。

第二章电机的选型和传动零部件设计计算

1 设计计算任务要求

本设计题目是钻床工艺装备设计——加工端盖4-Φ12孔。具体的设计内容为利用摇臂钻床一次钻削端盖4-Φ12孔的相应夹具、多轴头及悬挂式钻模板。

通过设计该工装设备可以同时完成端盖4孔的钻削。用夹具装夹工件时，工件相对于刀具及机床的位置精度由夹具保证，使同一批工件的加工精度趋于一致，保证工件的加工精度，同时很大程度提高生产率。

本题目研究的内容在国内、外属于成熟装置，对于提高生产率保证加工精度具有明显优势。由于大批量生产的需要，设计制造并运用本套工装夹具，可以大幅提高生产率；同时采用本套夹具也使加工精度得到了提高，有很高的性价比。

该题目来源于生产实际，通过这次毕业设计我能够系统和全面地利用所学的专业知识，为今后工作奠定坚实的基础。

2 钻孔负载扭矩的计算和电机选型

2.1 钻孔切削参数的确定

钻孔的切削用量与钻孔深度有关，当加工铸铁件孔深为钻孔直径的6~8倍时，在组合机床上通常都是和其他浅孔一样采取一次走刀的办法加工出来，不过加工这种较深孔的切削用量要适当降低一些。其切削用量与多轴箱钻削浅孔时切削用量的关系大致按表1和表2所示递减规律，根据具体情况适当选择。降低进给量的目的是为了减小轴向切削力，以避免钻头折断。钻孔深度较大时，由于冷却排屑条件都较差，使刀具寿命有所降低。降低切削速度主要是为了提高刀具寿命，并使加工较深孔时钻头的寿命与加工其它浅孔时钻头的寿命比较接近。

表1 钻孔推荐切削用量