机械毕业设计1039扩孔机设计

引言金属切削加工在这整个机械制造中占有极重的位置，约占机械制造总工作量40～60％。

在1770年前后，由于用手工和一般金属加工机具加工蒸汽机气缸不能到达精度要求，人们就创制了专门加工蒸汽机气缸孔的专业机床，于是就诞生了第一台卧式镗床。

20世纪初期,由于钟表仪器制造业的发展,需要加工孔距精度较高的设备，1905年在瑞士制成小型台式坐标定中心机床。

1917年，在美国制成单柱坐标镗床。

1920年瑞士制成双柱坐标镗床。

当时绝大多数坐标镗床采用精密丝杠螺母、标准测杆(或量块)和千分表作为坐标定位装置，坐标定位精度仅为6～10微米。

30年代,在德国、瑞士等先后出现了以线纹尺定位的光学坐标镗床，坐标定位精度提高到2～6微米。

60年代以后，随着电子技术的发展，坐标镗床向数字显示和数字控制方向发展，采用光栅、感应同步器、激光干涉仪和磁栅等作为坐标定位装置，有的还增设了自动换刀装置。

到了二十世纪中期，又相继出现了加工各种复杂大型零件的坐标镗床。

由于加工零件的不断变化，促进了镗床的不断发展完善。

终于发展成为今天具有通用性、万年性的卧式镗床。

对于重型制造业来说，那些体积大、吨位重的大型工件的孔加工，由于工件的移动和装夹困难，无法在普通卧式镗床上加工，因此，在卧式镗床的基础上又发展制造了重型落地镗床。

现代机器向着高速度、高效率、高精度发向发展，对机械零件精度要求越来越高，同时机构也日趋复杂，特别是箱体零件具有孔系多的特点它除了本身有尺寸精度要求外，还有形状精度和孔系之间的位置精度要求。

镗床在这些加工中由为重要。

现代还出现了一些生产能力强柔性不高的专用镗床。

如用了大批量生产连杆轴瓦、活塞孔、油泵壳体等零件上的专门加工精密孔的金刚镗床。

现代镗床飞速发展主要有一下几种形式a.卧式镗床：主要用于侧面孔的加工。

b.坐标镗床：是一种高精度的机床。

主要特点：具有坐标位置的精密测量装置。

c.金刚镗床：一种高速精密镗床。

主要特点：vc很高，ap和f很小，加工精度可达IT5--IT6.Ra达0.63--0.08μm。

d.专用镗床：专用镗铣头。

主要特点：结构简单，制造成本低，能适应快速化生产及复杂的生产环境。

坐标镗床的发展由为迅速，下面介绍一下坐标镗床：类型：坐标镗床有单柱、双柱和卧式3种。

单柱坐标镗床:主轴垂直布置，并由主轴套筒带动作上下移动以实现垂直进给,有的主轴箱可沿立柱导轨上下移动以适应不同高度的工件。

工作台沿滑座作纵向移动，滑座沿床身导轨作横向移动，以配合坐标定位。

工作台三面敞开，操作方便。

中小型坐标镗床大多采用这种布局形式，坐标定位精度为2～4微米。

双柱坐标镗床:两立柱上部通过顶梁连接，横梁可沿立柱导轨上下调整位置。

主轴箱沿横梁导轨作横向移动，工作台沿床身导轨作纵向移动，以配合坐标定位。

大型的双柱坐标镗床在立柱上还配有水平主轴箱。

采用双柱框架式结构,刚度很高,大中型坐标镗床多为这种形式,坐标定位精度为3～10微米。

单柱和双柱坐标镗床的主轴都垂直于工作台面，一般适合于加工一个方向上有孔的工件，如钻模、镗模和样板等。

加工几个方向都有孔的工件时，则须使用万能回转工作台，因而工件的尺寸和重量受到限制。

卧式坐标镗床:两个坐标方向的移动分别为工作台横向移动和主轴箱垂直移动。

工作台可在水平面内回转。

进给运动由纵向滑座的轴向移动或主轴套筒伸缩来实现。

由于主轴平行于工作台面，利用精密回转工作台可在一次安装工件后很方便地加工箱体类零件四周所有的坐标孔，而且工件安装方便，生产效率较高。

这种镗床适合箱体类零件的加工。

在镗床上镗孔时，镗刀基本与车刀相同，不同之处是工件不动，镗刀在旋转。

镗孔加工精度一般为IT9—IT7，表面粗糙度为Ra6.3—0.8mm现代镗床由过去的专用镗床发展为今天的通用性机床，具有较大的工艺范围，且运动灵活，柔性高，能加工复杂的零件，通用镗床正向数控化、大型化、超精密、高速度等方向发展。

一些专用镗床向标准化发展，使专用镗床生产周期大为降低，生产成本降低，体积更小，能满足各种加工要求。

第一章 总体设计1.1 总体设计原则1．采用成熟的经验或经分析实验验证了的方案；2．结构简单，零部件数量少；多用标准化、通用化零部件；3．重视维修性，便于检修、调整、拆换；4．重视关键零件的可靠性和材料选择；5．充分运用故障分析成果，及时反馈，尽早改进。

1.2 工艺分析设计主要参数1 ．加工孔从Φ300mm 扩孔至Φ520mm ，孔实际长度292mm,上下孔中心距1500mm ，孔与基面间隙单边5mm 。

2 ．加工孔从Φ260mm 扩大到Φ420mm ，孔的实际长度108mm ，上下孔中心距1240mm ，孔与基面间隙单边5mm 。

由于加工孔和加工余量较大，并且只能在现场机器上进行扩孔，普通扩孔钻及通用性镗床无法满足加工要求，需要利用专用镗床进行扩孔，可利用多次进刀完成大余量的切削。

1.3 总体方案的比较1.3.1 刀杆的安装形式 刀杆的形式及卧式镗床的工艺范围如图：刀杆的安形式： 1．刀杆直接装于主轴之上。

2．刀杆安装在平旋盘上。

比较以上方案的优缺点：1．此方案对主轴的旋转精度、刚度、承载能力要求较高，刀具的最大伸长量需达到292mm，具有较大不稳定性，且刀杆较粗，且重力作用较大，将产生较大挠度，影响加工精度。

2．此方案因刀杆与主轴不同轴，则产生一定的离心力，不能达到动平衡，但可利用加配重的方法，解决这一问题；又因平旋盘的质量较大一些，具有惰轮的作用，储备一定的动能，不易在加工条件发生变化时停转，刀具能方便装夹，容易调整长度，能实现一把刀具加工，并使刀具的径向伸出长度缩短，对主轴的性能要求降低，主轴只须传递一定的转矩即可，刀杆具有较强的刚度。

1.3.2进给方式进给方式可分为：机械传动进给，手动进给。

由于此专用扩孔机，为现场改造设备时使用，不直接用于工厂生产，为节约成本，简化变速机构，采用手轮进给方式，通过对铁屑颜色的判别，调试每刀进给的最佳进给量。

按铁屑颜色、形状酌情调整速度；当采用高速钢镗刀正常切削钢材时，切屑应成白色，切屑呈蓝色时说明切削速度选高了；使用硬质合金镗刀切削时，正常的切屑应呈蓝色，当出现火花时说明切削速度选高了，出现黑色切屑则是切削速度未选足。

1.3.3 升降运动形式升降运动选择：①可利用滑座在立柱导轨上进行上下升降运动，由于为垂直运动且重力较大，人工较为吃力，需采用电机驱动，这样将增加扩孔机的复杂性，自身重量及生产成本。

②由于四个孔具有固定高度位置，可利用工厂中经常使用的支架设备，变换不同的高度位置；使主轴箱水平放置于道轨上，可使安装更加容易，导轨刚度更高，由于部分孔的高度较高，需增加辅助支撑，提高支撑刚度；这样设计将大大简化设备、降低重量。

但生产时间因安装支架而有所增加。

1.3.4 机床运动的分配由于现场机架固定不动，因此在镗孔时，进给和升降运动必须由刀具运动完成，这样将影响加工精度，一般情况为刀具只做切削运动，而工件进给实现金属切削，但本设计中属于特殊情况，需增加机床刚度，提高加工质量。

1.3.5选择传动形式和支撑形式为了简化机床结构、降低生产成本，采用交流异步电机驱动机械装置传动，它具有传递功率大，变速范围较广，传动比准确、工作可靠等优点。

电机与主轴箱之间利用带轮连接，具有过载保护、减小振动等优点；电机安装于主轴箱外部，可减少热源传递热量到主轴箱影响加工精度。

机床形式采用卧式结构，其结构类似于CA6140尾座，可便于安装，其结构具有较高的刚度。

综上，主轴箱的大致结构类似与普通镗铣头结构，如图1.2所示。

扩孔机布置情况如图1.3所示，此方案结构简单紧凑，能满足现场的加工要求，当加工下孔时，移去支撑中箱，加工上孔时加上中箱；当加工另外两个孔时可在底座的下面加钢板以满足孔的位置要求，不用更换刀具，能快速实现径向进给。

第二章力能参数计算2.1镗削用量的选择及转矩、功率的确定原则镗削用量的选择原则:镗削用量直接影响被加工孔的镗削质量和生产效率，对镗削用量的选择应尽量的选择合理、先进。

镗用量与工件材料及几何形状、工序精度要求、机床、刀具——工件系统刚度和冷却情况等许多因数有关。

吃刀深度a决定于加工余量。

走刀次数的多少直接影响加工时间，因此粗p镗时，吃刀深度应尽可能取大。

本设计中选a=5mm。

p进给量f的选择同吃刀深度类似，粗加工时主要考虑切削效率。

切削速度可以凭经验，根据孔径大小、材质情况来选择，亦可以按工件材料的硬度值，选定的吃刀深度、进给量和选取的刀具寿命计算出来。

2.2 最佳切削用量的选择2.2.1 现有镗孔工艺参数根据现有的镗孔工艺参数，T612普通镗床偏心盘加工孔可以加工到φ550mm，主轴电机功率为7.5KW;T615-K普通镗床偏心盘加工孔可以加工到φ950mm,用镗杆加刀罐可以加工到φ700mm。

5-6，镗削用量参考表[10]查表[1]2.4-1镗削用量查表[1]2.4-9，硬质合金车外圆纵车切削用量及功率综上，选取p a =5mm ，0.5/f mm r =，当260D mm =选取最佳切削速度40/min 0.67/c v m m s =≈2.2.2 镗削切削速度、扭矩和切削功率公式 查表[1]2.4-68，钻孔、扩孔和铰孔切削速度计算公式查表[1]2.4-69，钻孔、扩孔和铰孔的轴向力、扭矩和切削功率计算公式2.2.3主要镗削参数的计算当260D mm =时，转力矩0.750.80.9509.810.84p m M d a f k =⨯ 查表[1]2.4-47，使用条件变换时的轴向力和扭转修正系数 查得0.75mf k =， 1.33ov k =，1xm k =，0.9wf k =。

1.74 1.3310.840.898m mf ov xm wf k k k k k =∙∙∙=⨯⨯⨯=0.750.80.9509.810.84p m M d a f k =⨯ （参见式[1]3.1） 即0.750.80.9508.24p m M d a f k =0.750.80.958.2426050.5m M k =⨯⨯⨯∙1000.820.898898.4N m =⨯=∙ 切削力0022898.4969110.260z M F N D ⨯===（见式[1]3.2）由于此切削为恒功率切削,可根据以下公式初步确定所需的切削功率。

022898.490.67 4.63260m Mv P kw d ⨯⨯===（见式[1]3.3）0100060600000.6749/min 260v n r D ππ⨯⨯===⨯（式3.4）当520D mm =时由于利用手动调整进给速度达到恒功率切削，且转速相同可求出切削速度。

115201721.334/10006060000D nv m s ππ⨯⨯===⨯ （式3.5）由于为恒功率切削112m Mv P D =11 4.63520899.4222 1.334mP D M N m v ∙⨯===∙⨯ 根据0.750.80.9509.810.84p m M d a f k =⨯得f =（见式[1]3.6）0.2895/mm r==切削力0122899.423459.30.52z M F N D ⨯=== 计算轴向力和径向力查表[2]4-1， 车镗时的切削力及切削功率的计算公式切削力z F 9.81(60)F F zzFzz z x y n z F p F F Ca fv k =（见式[2]3.7） 背向力y F 9.81(60)F F Fyyy y y x yny F p F F C a f v k =（见式[2]3.8） 进给力x F 9.81(60)FF F xxx x x x ynx F p F F Ca fv k =（见式[2]3.9）表 2.6切削力及切削功率的计算公式由于机架材料的性能如下: ZG200-4, 0.2c =﹪, si=0.5﹪,Mn=0.8﹪,200s σ=,,400b σ=,25δ=﹪。