I 摘要 凸接頭加工零件批量大，加工梯形螺紋是加工此零件的重要工序，也是提高效率的關鍵工序，常用的加工方法不能滿足要求。通過對 旋風銑削螺紋方法、C620-1M 車床的 分析和研究， 設計了旋風銑削 凸接頭零件 梯形外螺紋的工藝裝置。 旋風銑削梯形外螺紋裝置是在 C620-1M 的基礎上改造而成的，首先改造車床的速度，使最低轉速達到 6r/min，再設計旋風銑頭，安裝在車床的中溜板上。當旋風銑頭工作時，電動機通過 V帶帶動轉軸旋轉，也使得刀盤旋轉，切削工件，同時工件隨著主軸旋轉，進行切削。 旋風銑削法切削螺紋是一種較先進的高效率加 工螺紋的方法，適用于批量較大、精度要求較低的零件的生產，它具有高效、低耗、， 機床運動精度高、動態(tài)穩(wěn)定性好 等優(yōu)點 ， 適用于各種包絡線連續(xù)的復雜零件的螺紋加工。 關鍵詞： 旋風銑床；螺紋加工；高速切削 II ABSTRACT Parts of the convex connector processing volume, processing trapezoidal thread is this part of the processing process, but also improve the efficiency of key processes, commonly used processing methods can not meet the requirements. C620-1M lathe Whirling thread analysis and research, the design of the process units of the Whirling Whirling thread analysis and research, the design of the process units of the Whirling convex joint part trapezoidal external thread. Whirlwind milling trapezoidal external thread device is adapted from C620-1M on the basis of first transform the lathe speed, minimum speed of 1r/min redesign whirlwind milling head mounted in the lathe in the slide panel. When the whirlwind milling head work, the motor through the V belt drive shaft rotation, but also makes the cutter rotation, cutting the work-piece while the work-piece with the spindle and cutting. Whirlwind milling Thread cutting is a more advanced high-efficiency processing thread apply to the large volume, lower precision parts production, it is an efficient, low power, high precision machine motion, dynamic stability etc., applicable to a variety of envelope continuous thread machining of complex parts. Key words: trapezoidal thread processing； milling； high-speed cutting. III 目錄 摘要 . I ABSTRACT . II 1 緒 論 . 1 1.1 零件的分析 . 1 1.1.1 零件的作用 . 1 1.1.2 零件的工藝分析 . 1 1.2 工藝規(guī)程設計 . 2 1.2.1 確定毛坯的制造形式 . 2 1.2.2 基面的選擇 . 2 1.2.3 制定工藝路線 . 3 1.2.4 機械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的確定 . 4 2 梯形螺紋的加工方法 . 5 2.1 螺紋的加工方法 . 5 2.1.1 螺紋的車削加工 . 5 2.1.2 螺紋切頭加工螺紋 . 7 2.1.3 銑螺紋 . 8 2.1.4 磨削螺紋 . 9 2.1.5 旋風銑削螺紋 . 10 2.2 凸接頭零件加工方法的選用 . 12 2.3 旋風銑工作原理 . 12 2.4 旋風銑在加工過程中需要完成五個加工運動 . 13 2.5 旋風銑的切削形式 . 14 2.6 與其它的加工方法相比，旋風銑切削螺紋的優(yōu)點 . 14 3 旋風銑削梯形外螺紋裝置的設計方案 . 15 3.1 旋風銑削裝置的歷史背景 . 15 3.2 旋風銑削梯形外螺紋裝置的設計方案 . 18 4 C620 1M車床的改造 . 19 4.1 C620-1加工范圍 . 19 4.1.1 C620-1 車床的技術參數(shù) . 19 4.1.2 C620-1 的傳動系統(tǒng)圖 . 20 4.2 專用 機床電動機的選擇 . 22 4.3 C620-1M 主軸的降速 . 22 5 旋風銑頭裝置的設計 . 24 5.1 旋風銑頭裝置的示意圖 . 24 IV 5.2 旋風銑加工螺紋時螺紋時升角的調節(jié) . 25 5.3 刀盤的旋轉速度和電動機轉速的選擇： . 25 5.3.1 旋風銑切削力 . 25 5.3.2 旋風銑削用量的確定 . 26 5.3.3 確定電動機的轉速 . 26 5.4 帶輪的設計 . 27 5.5 轉軸的設計 . 28 5.6 軸承的選擇 . 31 5.7 內切式刀盤 . 32 5.8 刀具 . 33 5.9 旋風銑的潤滑 . 35 5.10 影響產品質量的因素： . 35 5.11 提高產品加工精度的措施 . 36 總結 . 37 致謝 . 38 參考文獻 . 39 蘭州工業(yè)高等?？茖W校畢業(yè)設計（論文） 1 1 緒 論 凸接頭加工零件批量大，加工梯形 螺紋是加工此零件的重要工序，也是提高效率的關鍵工序，常用的加工方法已不能滿足要求。下面介紹些此零件的作用以及工藝規(guī)程 ,分析加工工序，找出能夠減少加工用時、提高生產效率的加工裝置。 1.1 零件的分析 1.1.1 零件的作用 題目給定的零件是凸接頭，它是一種可多次鏈接和脫離的自密封接頭，多用于管路的鏈接和拆卸。零件的 136mm 外圓面有梯形螺紋，與凹接頭相連，有密封和連接作用。 1.1.2 零件的工藝分析 凸 接頭有三組加工表面，按 照圖 1-1零件圖所示，它們相互之間有一定的位置關系，現(xiàn)分析如下： 1）以 136mm 孔為中心的加工表面。 這一組加工表面包括：車削端面、的外圓面、成型刀車圓角 10mm、倒角 45。 2）以 116mm 孔為中心的加工表面。 這一組加工表面包括： 136.525mm的外圓面、 95mm的孔、 102mm的孔、 1.5mm 圓弧槽、內錐。其中，主要加工表面為 136.525mm 的外圓面。 3）以 136mm 孔為中心的加工表面。 這一組的加工表面是用旋風銑頭進行螺紋加工。 蘭州工業(yè)高等?？茖W校畢業(yè)設計（論文） 2 圖 1-1 零件圖 1.2 工藝規(guī)程設計 1.2.1 確定毛坯的制造形式 零件材料為 45 鋼，設計要求規(guī)定為鍛件，這樣保證零件工作可靠。由于零件年產量為 15000 件，已達到大批生產的水平，而且 零件的輪廓尺寸不大，故采用胎模鍛的套筒模鍛造，具有生產率高、加工余量小、尺寸精確、材料利用率高，表面粗糙度值低等優(yōu)點，對于提高生產率、保證加工質量是有利的。 1.2.2 基面的選擇 基面的選擇是工藝規(guī)程設計中的重要工作之一?；孢x擇的正確、合理，可以保證加工質量，提高生產率。否則，就會使加工工藝過程問題百出，嚴重的還會造成零件大批報廢，使生產無法進行。 （ 1）粗基準的選擇 對于一般的軸類零件而言，以外圓作為粗基準 ,因為套筒模鍛出的鍛件尺寸蘭州工業(yè)高等?？茖W校畢業(yè)設計（論文） 3 精確，完全可以作為粗基準，按照有關粗基準的選擇原則（即當零件有不加工表面 時，應給以這些不加工表面作為粗基準；若零件有若干個不加工表面時，應以與加工表面要求相對位置較高的不加工表面作為粗基準），現(xiàn)選取 136mm的外援表面作為粗基準。利用三轉卡盤夾持 136mm 的外圓面，端面貼在卡盤上以消除自由度。 （ 2）精基準的選擇 精基準的選擇主要應該考慮基準重合的問題。當設計基準與工序基準不重合時應該進行尺寸換算。 本次設計中， 136mm 的外圓面是已加工表面 ，以它作為加工零件的精基準。 1.2.3 制定工藝路線 制定工藝路線的出發(fā)點，應當是使零件的幾何形狀、尺寸精度及位置精度等技術要求能得到合理的保證。在生產綱領已確定為大批生產的條件下，可以采用萬能機床配以專用工、夾具，并盡量使工序集中來提高生產率。除此以外，還應考慮經濟效果，以便降低生產成本。 （ 1） 工藝路線方案一 工序 1：鍛造毛坯。 工序 2： 車削端面、粗車外圓至尺寸、成型車刀車圓角、倒角 45 。 工序 3：車削端面、粗車 137mm 外圓面、精車至尺寸 136.525mm、鉆孔 25mm、擴孔 50mm、粗鏜 90mm、粗鏜 102mm、鏜 1.5mm 圓弧槽、粗車內錐面、精車內錐面。 工序 4：檢驗。 工序 5：車梯形螺紋。 工序 6： 精車梯形螺紋。 工序 7：終檢。 （ 2）工藝路線方案二 工 序 1: 套筒模鍛造毛坯。 工序 2： 車削 116mm 一端端面、粗車外圓至尺寸、成型車刀車圓角、倒角 45。 工序 3: 車削 137mm 一 端端面 、粗 車 137mm、 精車至 尺寸 136.525mm、粗鏜 90mm、 102mm（留余量）、精鏜 90mm、 102mm、鏜 1.5mm 圓弧槽、粗車內錐面、精車內錐面。 工 序 4：檢驗。 工序 5：車梯形螺紋。 工序 6： 精車梯形螺紋至尺寸。 蘭州工業(yè)高等?？茖W校畢業(yè)設計（論文） 4 工序 7： 終檢。 （ 3）工藝方案的比較分析 上述兩個方案的特點是：方案一是不鍛內孔。鍛造簡單，但后續(xù)的加工耗時、耗力，影響生產率；方案二是由套筒模直接鍛出內孔，提高了生產率和材料利用率，并且定位和裝夾都方便。因此，選擇方案二適合加工此零件。 1.2.4 機械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的確定 凸接頭的零件材料是 45 鋼，硬度 207 241HBW,毛坯重量約 6 ，生產類型為大批生產，可采用套筒模鍛造毛坯。根據(jù)上述原始資料及加工工藝， 分別確定各加工表面的機械余量，工序尺寸及毛坯尺寸外圓表面。 毛坯外圓尺寸為 136mm、 116mm，考慮其長度 為 50mm、 90 mm， 為簡化套筒模鍛造毛坯的外形，在連接處模鍛為半圓?，F(xiàn)直接取外圓直徑為140mm、 120mm。 116mm 為自由尺寸公差，表面粗糙度值不作要求，只需粗加工，此時直徑余 量 2Z= 4 mm已能 滿足加工要求。 外圓表面沿軸線長度方向的加工余量及公差查文獻 8表 2.2-14， 長度方向的余量，其余量之規(guī)定為 2.0 2.5mm，現(xiàn)取 2.0mm 兩內孔（ 90mm、 102mm） 毛坯為空心階梯孔，兩內孔無精度要求，參照文獻 8表 2.3-9及 2.3-12確定工序尺寸及余量為： 粗鏜 90mm 2Z=1 mm 粗鏜 102mm 2Z=11 mm 粗鏜 R1.5mm 2Z=1.5mm 毛坯圖如圖 1-2 所 示 : 圖 1-2 毛坯圖 蘭州工業(yè)高等專科學校畢業(yè)設計（論文） 5 2 梯形螺紋的加工方法 為了提高生產率，保證加工質量，降低勞動強度，根據(jù)凸接頭的工藝路線 ,工序 5 可設計出旋風銑削梯形外螺紋裝置，對螺紋部分進行加工，能減少切削用時，提高零件的生產率，保證加工的要求。下面通過比較加工梯形螺紋的方法，說明旋風銑加工梯形螺紋的原 理及優(yōu) 點。 2.1 螺紋的加工方法 螺紋的加工方法很多，在工件上加工出內、外螺紋的方法，主要有切削加工和滾壓加工兩類 ,經常使用的傳統(tǒng)的有車削、套螺紋、攻螺紋、銑削、磨削和滾壓加工等方法，在本次畢業(yè)設計中由于生產批量大，傳統(tǒng)的方法已不適合加工，通過分析和比較，選用了一種新的加工方法來加工梯形螺紋。 2.1.1 螺紋的車削加工 螺紋按牙型分有三角螺紋、梯形螺紋、方牙螺紋 （如圖 2-1 所示）等。 圖 2-1 螺紋類型 螺紋車削在車床上車削螺紋可采用成形 車刀或螺紋梳刀 (見螺紋加工工具 )。用成形車刀車削螺紋由于刀具結構簡單是單件和小批生產螺紋工件的常用方法用螺紋梳刀車削螺紋生產效率高但刀具結構復雜只適于中大批量生 產中車削細牙的短螺紋工件。普通車床車削梯形螺紋的螺距精度一般只能達到 8 9 級 (JB2886-81下同 )在專門化的螺紋車床上加工螺紋生產率或精度可顯著提高。 根據(jù)三角螺紋與梯形螺紋加工的一些相同之處，下面羅列了三角螺紋的兩種加工方法，也同樣適合加工梯形螺紋（只需換刀）。 （ 1） 三角形螺紋的車削方法有低速和高速車削兩種 三角螺紋 車刀在安裝（如圖 2-2 所示）時， 刀尖必須與工件中心等高，且它的齒形要求對稱和垂直于工件軸線。調整時可用對刀樣板保證刀尖角的等分線嚴格地垂直于工件的軸線。 蘭州工業(yè)高等?？茖W校畢業(yè)設計（論文） 6 圖 2-2 三 角螺紋車刀及安裝 1) 低速車削三角形外螺紋 三角螺紋車刀在安裝（如圖 2-3 所示）時，刀尖必須與工件中心等高，且它的齒形要求對稱和垂直于工件軸線。調整時可用對刀樣板保證刀尖角的等分線嚴格地垂直于工件 。 圖 2-3 低 速車削三角螺紋的進刀方法 蘭州工業(yè)高等專科學校畢業(yè)設計（論文） 7 2) 高速車削三角形外螺紋 高速車削三角形外螺紋，只能采用直進刀法，而不能采用左右進刀法，否則會拉毛牙型的側面，影響螺紋精度高，速車削三角形螺紋時，由于車刀對工件有較大的擠壓力，容易使工件脹大，所以車削外螺紋前的工件直徑一般比公稱尺寸小 (約 0.13P)。 （ 2） 螺紋車刀 刀具刃形由螺紋牙形決定的簡單成形車刀 1）特點：結構較為簡單。齒形容易制造準確，加工精度較高，通用性好，可切削精密絲桿，但需多次走刀才能切出完整的螺紋廓形，故生產率較低 。 2）適用：中、小批量及單件螺紋的加 工 。 2.1.2 螺紋切頭加工螺紋 在大批量流水生產中廣泛應用螺紋切頭 （如圖 2-4）切削螺紋。這種螺紋加工方法既適用于立式鉆床、臥式鉆床、轉塔車床、及自動車床等通用車床，也適用于入螺紋套絲機、組合機床等專用機床。 圖 2-4 螺紋切頭 （ 1）分類： 加工外螺紋的螺紋切頭主要有三種類型：裝有圓梳刀的外螺紋切頭，裝有徑向平梳刀的外螺紋切頭、裝有切向平梳刀的外螺紋切頭 ；按照運動方式，螺紋切頭還可以分旋轉式和不旋轉式。 （ 2）使用螺紋切頭加工螺紋方法的特點如下： a 適用范圍廣 既適用于加工外螺紋，也適用于加工內 螺紋； b 加工質量好 一般情況下，加工普同螺紋可達 6 級； c生產率高 一般情況下切削螺紋可在一次走刀中完成。由于切削完成后企鵝頭能自動打開，工件可快速退回，因而可大大縮短輔助時間。 蘭州工業(yè)高等?？茖W校畢業(yè)設計（論文） 8 2.1.3 銑螺紋 在螺紋銑床上用盤形銑刀或梳形銑刀進行銑削。盤形銑刀主要用于銑削絲桿蝸桿等工件上的梯形外螺紋。梳形銑刀用于銑削內外普通螺紋和錐螺紋（如圖 2-5） 由于是用多刃銑刀銑削其工作部分的長度又大于被加工螺紋的長度故工件只需要旋轉 1.25 1.5 轉就可加工完成生產率很高。螺紋銑削的螺距精度一般能 達 8 9 級表面粗糙度為 R 5 0.63 微米。這種方法適用于成批生產一般精度的螺紋工件或磨削前的粗加工 。 圖 2-5 銑削 (1) 分類： 盤形螺紋銑刀 梳形螺紋銑刀 高速銑削螺紋用刀盤 1) 盤形螺紋銑刀 用于銑切螺距較大、長度較長的螺紋，如單頭或多頭的梯形螺紋和蝸桿等。 2）梳形螺紋銑刀 用于加工長度短而螺距不大的三角形內、外圓柱螺紋和圓錐螺紋，也可加工大直徑的螺紋和帶肩螺紋。 （ 2）特點： 蘭州工業(yè)高等?？茖W校畢業(yè)設計（論文） 9 a 生產率要比用絲錐和板牙低； b 加工出的螺紋質量也沒有用螺紋車刀時的好； c 當工件批量小時，機床 調整所占的時間也是不經濟的。 （ 3）適用： a 用于加工批量大、精度為 6 8 級的螺紋； b 在加工精度較高的螺紋時，作螺紋的預加工用 。 2.1.4 磨削螺紋 (1) 螺紋的磨削方法 螺紋磨削需在螺紋磨床上進行。 S7332 型螺紋磨床可磨削各種螺紋。螺紋展成磨削的方法有單線砂輪、多線砂輪切入和縱向磨削法三種。 1）單線砂輪磨削法 磨削前將砂輪修成牙形相符的形狀，并使砂輪軸線相對工件軸線傾斜一個螺旋升角。螺紋磨削時，工件的旋轉運動和工作臺的移動保持一定的展成關系，即工件每轉一周，工作臺相對應移動一個導 程。 這種方法適于磨削精密絲杠螺紋量規(guī)蝸桿小批量的螺紋工件和鏟磨精密滾刀。 2）多線砂輪切入磨削法 磨削前用滾輪將砂輪圓柱面修成和弓箭牙形相同的多線環(huán)形槽。采用切入法磨削，當砂輪完全切入牙深后，工件回轉二周即可。工件和工作臺之間也應保持展成關系。 多線砂輪磨削又分縱磨法和切入磨法兩種?？v磨法的砂輪寬度小于被磨螺紋長度砂輪縱向移動一次或數(shù)次行程即可把螺紋磨到最后尺寸。切入磨法的砂輪寬度大于被磨螺紋長度砂輪徑向切入工件表面工件約轉 1.25 轉就可磨好生產率較高但精度稍低砂輪修整比較復雜。切入磨 法適于鏟磨批量較大的絲錐和磨削某些緊固用的螺紋。 多線法磨削螺紋生產率較高，但加工精度較低。 3）多線砂輪縱向磨削法 將砂輪修整成多線環(huán)形槽，用縱向法展成磨削螺紋表面。前面的環(huán)形槽主要起粗磨作用，后部的環(huán)形槽則起半精磨、精磨作用，采用較大的背吃刀量在一次縱向進給中磨去工件的全部磨削余量，將螺紋磨至精度要求。這種磨削法的特點是將環(huán)形砂輪再修整成臺階形，其類同于外圓深度磨削法所使用的臺階砂輪，使砂輪前部至后部的吃刀量逐漸減小，最后的臺階則將螺紋磨削至尺寸。多線砂輪縱向磨削法具有極高的生產效率，加工精度也較高 。 如上述三種螺紋磨削方法中，單線砂輪磨削法是螺紋磨削的基礎。在各種企業(yè)的螺紋精加工過程中，都要應用螺紋的單線砂輪磨削技術。多線砂輪磨削法在企業(yè)中很少見，通常使用滾輪修整砂輪。滾壓輪式成形的，修整時對砂輪表面進行滾壓，形成環(huán)形表面。 (2) 磨削梯形螺紋的方法： a 修整單線砂輪； 蘭州工業(yè)高等?？茖W校畢業(yè)設計（論文） 10 b 調整砂輪架傾斜角； c 螺紋對線； d 磨削螺紋。 2.1.5 旋風銑削螺紋 螺紋的旋風銑削是用安裝在刀盤上的多把成形刀 ,借助于刀盤旋轉中心與工件中心的偏心量 e 來完成漸進式的高速銑削 (見圖 2-6)。刀盤的旋轉軸線相對于工件軸線 傾斜一個螺旋升角。加工時工件以 6r/min 旋轉 , 刀盤與工件逆向高速旋轉 , 工件每轉 360刀盤縱向進給一個導程 , 從而銑出螺紋。刀盤上有一把成形刀 , 刀盤旋轉一圈，刀具切削一次。切削余量由一把刀合理分配 , 切屑厚度的漸進式變化使切削力減小 , 而偏心量 e 使尚未進入切削區(qū)的刀具有充分的散熱時間 , 這就十分有利于延長刀具使用壽命 , 提高加工表面質量。與一般銑削比較 , 旋風銑削的金屬切削率要高得多 , 因不用切削液 , 采用壓縮空氣強冷 , 切屑帶走絕大部分熱量 , 工件溫升低 , 熱變形小 , 它是一種高效綠色螺紋加工 方法。因其銑削速度高（速度達到 400m/min），加工效率快，并采用壓縮空氣進行排屑冷卻。加工過程中切削飛濺如旋風而得名 旋風銑。 旋風銑可以實現(xiàn)干切削、重載切削、難加工材料和超高速切削，消耗動力小。表面粗糙度能達到Ra0.8m。旋風銑時機床主軸轉速 6r/min，所以機床運動精度高、動態(tài)穩(wěn)定性好，是一種先進的螺紋加工方法。 圖 2-6 旋 風銑削外螺紋 旋風銑在加工螺紋時，刀盤高速旋轉，轉速高達 1760r/min，切削速度達到 400m/min。工件緩慢轉動。根據(jù)螺紋的螺旋參數(shù)，調整刀盤偏轉角，同時使刀盤沿工件軸線移動。 （ 1）成形法 蘭州工業(yè)高等專科學校畢業(yè)設計（論文） 11 拉索頭錨具加工的梯形外螺紋大螺距為 22mm，切削全牙深為 12mm，若采用成形盤銑刀旋風銑削法加工時，刀具切削圖形如圖 2-7所示。用 1號刀切削至牙底 ， 2 號刀切螺紋左側面， 3 號刀切螺紋右側面。這種方法加工時可大大減小切削力及加工中的振動，提高刀具的使用壽命和工件加工表面的粗糙度。但是這組刀具的每把刀都需分開制造，對裝刀和對刀精度要求較高。采用成形法加工時，螺紋的精度只有依靠刀具的設計制造精度來保證，對刀具的要求較高，不同類型和規(guī)格的螺紋都需要設計制造一組專用的刀具，成本較高，不利于廣泛應用。 圖 2-7 大螺距螺紋成形切削示意圖 (2）包絡法 對于本課題加工的大螺距梯形螺紋可采用旋風包絡銑削法加工梯形螺紋，刀具切削圖形 如 圖 2-8 所示。采用標準刀片（即 螺紋加工的三角形刀片）可加工各種類型和規(guī)格的螺紋，利用 刀具與工件的空間相對運動包絡加工出螺紋螺旋面，由于使用的是標準刀片，成本低，利于推廣應用，所以本論文對采用標準刀片的包絡旋風銑削法進行研究。面螺旋面是由標準三角形刀片兩側刃回轉的錐面成形的?？蓪藴嗜切蔚镀膫热绣F面與刀尖圓弧所形成的圓環(huán)面分別看成連續(xù)可微曲面，根據(jù)接觸點的位置分別計算。由上述兩小節(jié)分析可知，工件螺紋螺蘭州工業(yè)高等?？茖W校畢業(yè)設計（論文） 12 旋面和刀具曲面都是連續(xù)可微的。 圖 2-8 內包絡旋風銑削運動關系示意圖 2.2 凸接 頭零件加工方法的選用 凸接頭每年的生產量為 15000 件，每天最少生產 50 件，而整個加工過程中，工序 5 加工梯形螺紋可以提高生產率。通過對以上加工凸接頭梯形螺紋的方法進行分析和比較，我們得到采用傳統(tǒng)的加工方法在加工梯形螺紋這一工序時，需要15 20min,達不到生產要求，而采用旋風銑削梯形螺紋可用 3 4min,且采用旋風還能達到優(yōu)質、 高產、低消耗，能提高生產率，能夠達到生產要求，所以采用旋風銑削方式。 2.3 旋風銑工作原理 旋風銑削梯形外螺紋是一種高速的切削方法。切削時裝有一組 YT15 硬質合金螺紋刀具的刀盤做 高速旋轉 （主運動）；工件慢速轉動，刀盤沿工件軸向移動（進給運動），工件每旋轉一周，刀盤即軸向移動一個螺距0P,如圖 2-9 所示為旋風銑削加工螺紋原理的示意圖，這種主要是在絲杠的加工中使用，在中批及大批生產中用以對螺紋進行粗加工和半精加工，用以提高生產率。由于加工時工件套在刀盤內，故稱為內旋風銑削法。 蘭州工業(yè)高等?？茖W校畢業(yè)設計（論文） 13 圖 2-9 內旋風銑削原理圖 2.4 旋風銑在加工過程中需要完成五個加工運動 旋風銑在加工過程中需要完成五個加工運動 （如圖 2-10 所示）： （ 1）銑削頭在一定范圍內調 整螺紋升角 (旋轉運動）。 （ 2）銑削頭銑刀盤高速旋轉切削 (主運動 )。 （ 3）車床主軸卡盤夾緊工件緩慢旋轉 (輔助運動 )。 （ 4）銑削頭在車床拖板帶動下沿工件徑向平移運動 (切削運動 )。 （ 5）銑削頭根據(jù)工件螺距沿工件軸向平移運動 (進給運動 )。 圖 2-10 螺紋 旋風銑削各軸運動示意圖 蘭州工業(yè)高等專科學校畢業(yè)設計（論文） 14 2.5 旋風銑的切削形式 (1) 旋風銑的切削形式分為： 旋風銑的切削形式分為： 1）內切式； 2）外切式。 (2) 旋風銑的切削方法分為： 1) 順銑法； 2) 逆銑法。 旋風銑 可以加工螺紋，接骨螺釘，絲杠，蝸桿，螺桿類零件 。 2.6 與其它的加工方法相比，旋風銑切削螺紋的優(yōu)點 與其它一般的螺紋加工方法相比，旋風銑削螺紋有如下特點： a 加工效率高，比傳統(tǒng)加工效率可提高 10 倍以上 ； b 由于是成型加工，產品一刀成形，偏心切削不需退刀，精度高； c 由車床改造的旋風銑不改動車床結構，螺旋升角可調，安裝方便；節(jié)省投資專機設備的費用； d 表面粗糙度可達 Ra0.8 微米，加工精度提高 2 級 ； e 車床軸向進給慢，易于操作，對工人專業(yè)技術能降低 。 蘭州工業(yè)高等專科學校畢業(yè)設計（論文） 15 3 旋風銑削梯形外螺紋裝置的設計方案 3.1 旋風銑削裝置的歷史背景 旋風銑削在我國機械制造中早有應用。在 20世紀 60 70年代作為一項革新成果推廣 ,最普遍的作法是在臥式車床的溜板上安裝旋風銑頭 (見圖 3-1 所示 ),主要用于一般鋼材各種螺紋的軟銑。當年大連機床廠還專門生產了一批旋風銑床 , 原機械工業(yè)部北京機床 研究所下屬精密機床零件廠 , 在精密絲杠生產線上就采用大連廠的旋風銑床對精密絲杠進行高效粗加工。國內關于旋風銑技術的研究較多的是合肥工業(yè)大學的劉志峰教授和湖南工程學院的譚立新教授。其中劉志峰教授對內螺紋旋風銑削的工藝、銑頭結構、刀具，及對內切式旋風銑削刀盤及刀具結構進行了研究，還對旋風銑削螺紋的切削用量進行了優(yōu)化。他結合生產對旋風銑削 2Cr13 不銹鋼螺紋進行實驗研究，優(yōu)選工藝參數(shù)，對刀具磨損及耐用度進行了研究，以提高加工效率和質量；又研究分析了旋風銑削螺紋的切削圖形及選擇，形差值對表面粗糙度的影響，安裝誤差對 旋風銑削螺紋精度與粗糙度的影響，得出了降低旋風銑削螺紋表面粗糙度值的 措施；并介紹了旋風銑削加工中應用高效的噴霧冷卻法，分析推導了旋風銑削球面原理及調整參數(shù)的方法 等。而譚立新教授對旋風銑削運動的矢量建模、用于精加工的旋風銑削頭動力學與結構優(yōu)化、旋風銑削刀具的設計與分析優(yōu)化、旋風銑削絲杠加工中螺紋與滾花一次完成的工藝都有研究；并對旋風銑削螺紋時，分析了銑削速度的變化對精度的影響，工件受力與熱變形對包絡線位置的影響，旋風銑削絲杠螺紋時牙槽兩側表面質量差異的原因，細長工件的受力變形與振動誤差等問題，對旋風銑技術應 用于精加工提供了理論基礎；并對五軸聯(lián)動旋風銑床的開發(fā)研制及綜合誤差建模與補償問題進行研究，以便于我國實現(xiàn)其精密加工應用。另外還有長江大學的易先中教授關于大型螺桿螺旋曲面 5 軸旋風包絡式數(shù)控銑削技術進行了研究；沈陽工業(yè)大學的王可教授及其研究生利用旋風銑削技術加工多頭異形螺桿，對包絡旋風銑削理論也有研究。旋風銑削在我國機械制造中早有應用，六七十年代，就有人將旋風銑頭安裝在臥式車床的溜板上，用來加工一般鋼材的螺紋。中國地質部探礦機械一廠就在 1956 年出版了使用旋風銑削器的經驗，詳細介紹了旋風銑削器原理，制造和 安裝等，可供技術人員作為參考。國內有濟南一機床集團有限公司、南京彩云機械電子制造有限公司、南靖長青精密絲桿制造有限公司、勝華波集團有限公司、長沙金嶺機床有限責任公司等多個廠家生產出數(shù)控旋風銑床產品，使旋風銑技術的應用更為廣泛，并促使其有了進一步的發(fā)展和深入研究，現(xiàn)今旋風銑不但可精密的加工普通材料的螺紋，還可加工特殊三維曲面和球面，逐漸用于高硬材料的絲杠蘭州工業(yè)高等?？茖W校畢業(yè)設計（論文） 16 加工，提高絲杠的生產效率，縮短產品的制造周期，降低企業(yè)的成本。由于旋風銑削為干切削，可減少切削液使用，能高效加工高硬材料，這種方法也廣泛應用于醫(yī)學及航空航天。 但是多年來我國旋風銑工藝一直停留在低精度軟銑水平上。 圖 3-1 旋風銑削早期的典型結構 (旋風銑 頭已有改進 ) 德國等西方工業(yè)發(fā)達國家 , 上世紀 80 年代推出 CNC 旋風銑機床 (見圖 3-2)及高剛度精密定位刀盤 (見圖 3-3)。在 Metaltes 87 西德金屬加工展覽會 (北京 )上首次在中國展出其產品。德國 Leist ritz 公司在 CIMT91 展出產品的同時還給中國機床工具協(xié)會滾動功能部件分會的企業(yè)介紹了 CNC 旋風銑及銑削技術。時隔 10 多年之后 ,在滾協(xié)五屆二次理事會期間 , 該公司 再次對口交流了 超高速螺紋 CNC 旋風銑床，相對以往滾壓 (rolling)、滾齒加工 (gearhobbing)和銑削加工 (milling),這種旋風銑削加工是一種較新的加工方法 .該方法具有的特點是 : a 可重力切削，可以加工硬度 58HRC 以上的材料； b 不用冷卻液，環(huán)保、經濟； c 效率是普通銑削的 3 倍； d 表面粗糙度值可達 Rao.4，能減少或免去磨削和拋光工序； e 形成 C 型短切屑，易于處理。 蘭州工業(yè)高等?？茖W校畢業(yè)設計（論文） 17 圖 3-2 20世紀 80年代的 CNC旋風銑床 圖 3-3 高剛度精密定位旋風銑刀盤 單就加工效率和 加工質量的同時提高，就值得我們研究學習。螺紋旋風硬銑 (ThreadHardwhirling)技術可以對 60HRC以上的滾珠絲杠和滾珠螺母實施硬銑削并達到較高的精度和加工表面質量，使這一新工藝邁入高效綠色制造領域。據(jù)了解國外生產 CNC旋風銑床的主要廠家有 :德國 Leisttz公司、 GWT 公司、 Burgller 父子公司，奧地利 WEINGARTNER 一MASCHINENBAU公司等。海外一些 滾珠絲杠生產企業(yè)例如日本的 NSK，臺灣的 HIWIN，德國的 Rexroth、 SHUTON，美國的 THOMSON、 SAG刀呵AW、 BEAVER，意大利的 UMBER一 euseinettiSIPIA等為了提高生產效率，縮短制造周期，在滾珠絲杠生產線上都采用了這一先進工藝裝備，用于淬火前的軟銑或淬火后的硬銑。 CNC旋風銑床不但生產效率高，而且由于它不使用難于處理的切削液，呈“逗號”狀的切屑易于回收，對生產工廠的環(huán)蘭州工業(yè)高等?？茖W校畢業(yè)設計（論文） 18 境的污染大大低于一般銑削和螺紋磨削，是值得推廣的高效綠色制造技術。新一代的 CNC旋風銑具有旋銑、圓周銑、車、磨、拋光等多種功能。國外在機械制造的許多領域都采用這一先進技術來加工異型回轉體零件。例如 :擠壓螺桿、螺旋輸送器螺 桿、蝸桿、核反應堆容器及渦輪機的特殊螺桿、偏心螺桿、球體、鋼絲繩卷筒等。當被用于精密滾珠絲杠的粗加工和淬火后的半精加工時，由于它在短時間內去除螺桿絕大部分的切削量，使工藝路線簡化、 制造周期大大縮短，還因為精磨余量的小量化和均勻化而改善螺紋表面質量叫。對于滾珠絲杠精度少 3級的產品，可采用 CNC旋風硬銑取代螺紋磨削快速制造出來。采用 CNC的旋風硬銑工藝可快速加工出大螺旋升角滾珠螺母，是批量生產。 二十一世紀的制造生產將日益走向 全球化，國際制造業(yè)的競爭將愈加激烈，由此 ,要求制造企業(yè)必須對市場現(xiàn)有需求和潛在需求 做出快速響應，具備性能優(yōu)良、價格低廉的產品和交貨迅速的制造能力。這必將驅使制造加工技術朝著快速、低消耗和優(yōu)質、高精度的方向發(fā)展。在這一進程中，高速切削作為加工業(yè)中基礎的綜合性技術將發(fā)揮關鍵作用。高速加工所帶來的高效率和高精度，正滿足制造業(yè)不斷發(fā)展的需要 。 3.2 旋風銑削梯形外螺紋裝置的設計方案 旋風銑的實現(xiàn)主要有以幾種： a 旋風銑專機； b 普通車床改造； c 瑞 士縱切車床 +旋風銑動力刀座。 旋風銑削梯形外螺紋裝置中旋風銑的實現(xiàn)是通過對 620-1M 的基礎上改造而成的。通過對機床主軸的轉速 降低；設計出旋風銑頭，將旋風銑頭安裝在中溜板上，并使旋風銑刀頭主軸的中心回轉軸心線對工件軸線傾斜一個角度，其大小取決于工件螺紋的螺紋升角，方向則由螺紋的旋轉方向決定。這樣，就實現(xiàn)了旋風銑削梯形外螺紋的專用機床。能夠進行對工序 5的加 工。 蘭州工業(yè)高等?？茖W校畢業(yè)設計（論文） 19 4 C620 1M 車床的改造 本次設計中，由于旋風銑要求主 軸的轉速比較低，而 C620-1M 本身的主軸轉速達不到本次設計中的需要。所以要選擇一個轉速較低的電動機來改裝車床。我們所用的專用機床是對 C620-1M 進行部分改裝而來的。由于C620-1M 的電動機架在機床床 身的外面，因此換電動機就可以達到所要的最低轉速。 4.1 C620-1加工范圍 車床的加工范圍較廣，主要加工回轉表面，可車外圓、車端面、切槽、鉆孔、鏜孔、車錐面、車螺紋、車成形面、鉆中心孔及滾花等。 一般車床的加工精度可達 IT10- IT7，表面粗糙度 Ra 值可達 1.6 m。 4.1.1 C620-1車床的技術參數(shù) 基本參數(shù)： 工件最大直徑（在床身上） (mm) 400 工件最大直徑（在刀架上） (mm) 210 頂尖間最大距離 （ mm） 1900 螺紋加工參數(shù)： 加工螺紋范圍（普通螺紋） (mm) 1 192 加工螺紋范圍（英制螺紋）（ t/in） 24 2 加工螺紋范圍（模數(shù)螺紋）（ mm） 0.5 48 加工螺紋范圍（徑節(jié)螺紋） 96 1 主軸參數(shù) 通過最大直徑 (mm) 38 孔錐度（莫氏號） 5 正轉轉速級數(shù) 21 正轉轉速范圍（ r/min） 12 1200 反轉轉速級數(shù) 12 反轉轉速范圍（ r/min） 18 1520 進給量： 縱向級數(shù) 64 縱向范圍 (mm/r) 最大 0.08 1.59 最小 0.028 0.054 橫向級數(shù) 64 蘭州工業(yè)高等專科學校畢業(yè)設計（論文） 20 橫向范圍 (mm/r) 最大 0.04 0.79 最小 0.014 0.027 溜板行程： 橫向 (mm) 280 縱向 (mm) 280 刀架： 最大行程（ mm） 100 最大回轉角 45 刀桿支承面到中心高距離 (mm) 25 刀桿載面 B H(mm) 25 25 尾座： 頂尖套最大移動量 (mm) 150 橫向最大移動量 (mm) 15 頂尖套莫氏錐度（號） 4 電動機： 主電動機功率（ kW） 7 總功率 (kW) 7.62 外形尺寸： 長 (mm) 3669 寬 (mm) 1513 高 (mm) 1210 工作精度： 圓度（ mm) 0.01 圓柱度（ mm) 100:0.01 平面度（ mm) 0.02/ 300 4.1.2 C620-1的傳動系統(tǒng)圖 C620-1 的傳動路線圖（如圖 4-1）和傳動系統(tǒng)圖如圖 4-2 所示： 蘭州工業(yè)高等?？茖W校畢業(yè)設計（論文） 21 圖 4-1 C620-1 的傳動路線圖 圖 4-2 C620-1M 車床的傳動系統(tǒng) 傳動系統(tǒng)包括主傳動鏈和進給傳動鏈兩部分： (1) 主運動傳動鏈 主運動傳動鏈兩端件是電動機與主軸。它的作用是把動力源（電動機）的運動與動力傳給主軸，使主軸帶動工件旋轉，并使主軸獲得變速和換向。 (2) 車螺紋傳動鏈 蘭州工業(yè)高等專科學校畢業(yè)設計（論文） 22 車螺紋傳動鏈兩端件是主軸與刀架。它是內聯(lián)系傳動鏈 ,即主軸每旋轉一轉 ,刀架的移動 量等于被加工工件的導程。 車削米制螺紋時 ,進給箱中的齒時離合器和脫開 ,結合 ,這時的傳動路線為 :運動由主軸經齒輪副 38/38、軸 -之間的轉換機構 42/100，掛輪32/100*100/97,傳至進給箱的軸 ,然后由煥置機構的齒輪副 25/36 傳至軸 ,由軸由軸經兩軸滑移變速機構（基本螺距機構）的齒輪副傳至軸 ，然后再有換置機構的齒輪副 25/36 36/25 傳至走，在經軸 間的兩組滑移齒輪變速機構（增倍機構）和齒式離合器 M5，傳動絲桿 旋轉。合上溜板箱中的開合螺母，使之與絲桿嚙合，便 可帶動刀架作縱向移動，車削米制螺紋。 車米制螺紋時主軸傳動鏈的傳動路線如下： 1）軸 間的齒輪機構為換向機構，可在主軸轉向不變的情況下改變絲桿的旋轉方向，而轉數(shù)不變，就可車削右旋或左旋螺紋。 2） 和 間的齒輪機構為變速機構（ U 基、 U 倍），用于變換主軸至絲桿件的傳動比，就可車削各種不同導程的螺紋。 4.2 專用機床電動機的選擇 在本次設計中，由于選擇的主軸轉速比較低，而 C620-1 本身的主軸轉速達不到本次設計中的需要。所以要選擇一個轉速較低的電動機來改裝車床。因為 C620-1 的電動機架在機床床身的外面，跟換電動機比較的方便。所以選擇對 C620-1 車床進行改裝。 C620-1 車床所用電動機的轉速是 1440 轉毎分鐘，皮帶降速后的轉速是730 轉毎分鐘。它的最低主軸是 12 轉毎分鐘， m in1264328020802052203951730 r 在本次設計中我們需要的主軸轉速是 6 轉毎分鐘。我們要選擇轉速較低的電動機，通過查閱資料我們確定選用 Y90L 2 電動機。其轉速是 720轉毎分鐘，功率是 4 千瓦。 4.3 C620-1M 主軸的降速 C620-1M 機床電動機的降速我們選擇用皮帶進行兩次降速，從而達到我們所需要的轉速。在本次設計中我們采用兩對大小一樣的帶輪來進行降速。如圖 4-3 所示。 蘭州工業(yè)高等?？茖W校畢業(yè)設計（論文） 23 圖 4-3 懸空式 V 帶 減速機構 減速后得到的速度是 6r/min，當主軸以 6r/min 的速度旋轉時，旋風銑頭以1760r/min 的速度旋轉，對工件進行切削。 蘭州工業(yè)高等?？茖W校畢業(yè)設計（論文） 24 5 旋風銑頭裝置的設計 5.1 旋風銑頭裝置的示意圖 1 a) 1-電動機； 2-刀盤； 3-底座； 4-支架 b) 圖 5-1 旋風銑頭裝置的結構示意圖 1-電動機； 2-支架； 3-轉軸； 4-刀盤； 5-中溜板； 6-軸承； 7-帶輪 蘭州工業(yè)高等?？茖W校畢業(yè)設計（論文） 25 該裝置如上圖 5-1a)所示。電動機 1 置于電機底板上，電機底板由螺母與支架 4 相連，支架與支承座相連 ,支承座與車床中的中溜板相連；電動機帶動帶輪使轉軸旋轉，也使 得在轉軸上的刀盤旋轉 ,刀具旋轉 ,進行切削。 如圖 5-1b)轉軸 3 由電動機 1 通過 V 帶帶動作高速旋轉，運動從而使裝在刀盤上成形刀作高速銑削運動，從而形成主運動，而裝在車床中溜板上的旋風銑削裝置沿工件軸線作直線移動，形成進給運動同時配合夾在車床三爪自定心卡盤上的工件的低速旋轉運動，便形成了旋轉運動。 5.2 旋風銑加工螺紋時螺紋時升角的調節(jié) 在旋風銑削裝置中，當旋風銑頭向車頭方向傾斜一個角度，床鞍向車頭方向移動時，則銑削出右螺紋；當旋風銑頭向尾座方向傾斜一個角度，床鞍向尾座方向移動時，則銑出左螺紋。 該裝置的特 點是對所加工螺紋升角能進行一定范圍的調整。在加工不同升角的螺紋時，通過調節(jié)旋風銑頭的傾斜就可以得到不同的螺紋升角。在調節(jié)時，首先擰松固定旋銑頭的螺母，然后通過調節(jié)雙頭螺柱就可以得到不同的螺紋升角，這種調節(jié)方式簡單而準確，是一種比較實用的調節(jié)機構。 5.3 刀盤的旋轉速度和電動機轉速的選擇： 我們設計的旋風銑頭裝置能夠在凸接頭的外圓車出梯形螺紋，由于是大批量生產，設計出專門銑削梯形螺紋的機床，此機床是在 C620-1M 的基礎上改造的。為使我們有一個明確的思路，我們到機床廠進行實習，經過穆老師和工人師傅對原有的 一臺旋風銑床性能的介紹，讓我們對所設計的裝置所要的銑削力，電動機的轉速有了明確認識，按照機床廠原有的一臺機床為例，設計出旋風銑頭裝置中銑頭的銑削力、刀具數(shù)量以及刀頭的轉速。 5.3.1 旋風銑切削 切削力： ZadafaFpec 00.187.075.088.01 0 0 0 （ 5-1） smVrVNc 38.1m in4406.10345.6603.03.01000 87.075.088.0 kWVFP CCc 14.01 0 0 038.16.1 0 31 0 0 0 （ 5-2） 蘭州工業(yè)高等?？茖W校畢業(yè)設計（論文） 26 5.3.2 旋風銑削用量的確定 車刀切削部分的材料用 YT15。加工 45鋼，切削速度 m in150100 mv c ，進給量 rmmf 10.006.0 ，銑刀刀尖旋轉直徑 D 取 164mm，故旋風銑頭轉速： m in300m in16414.3 15010001rrD vooon cm （ 5-3） 車床主軸轉速： m in16414.3 13001.0 rD Znfn mm （ 5-4） min058.0 r 5.3.3 確定電動機的轉速 由于加工所需的轉速很低，考慮到車床的轉速沒有這么低的，所以將車床和旋風銑頭的轉速同比擴大。在工作中，機床的轉速越低越好，根據(jù)實習中我們所見到的蘭州機床廠的一臺改裝好的加攻螺紋的旋風銑銑床，其刀盤刀具是 4 把，主軸轉速是 10 r min.,電動機轉速 440 r min.在本次設計中由于設備的限制，我們選用了 C620M 1型臥式車床，然后再對機床的動力輸入裝置進行了改進，選用了兩次帶輪降速，使機床主軸的轉速降為 6r min。 旋風銑銑頭的工作轉速則在合理 的范圍內越高越好，所以在我們的設計中選用了轉速較高的，其滿載轉速 mn 為 2880r min。 ZadafaF pec 00.187.075.088.01000 （ 5-5） m in176015516285.31363.0101000 87.075.088.0rnNc smV c 38.11060 14.31361 7 6 0 3 （ 5-6） 電動機的輸出功率0P PP 0 （ 5-7） 式中， 為電動機到轉軸帶輪的傳動裝置總效率。 rb （ 5-8） 其中，由參考文獻 1中表 2 4，取 V 帶的傳動效率 96.0b ，滾動軸承的傳動蘭州工業(yè)高等?？茖W校畢業(yè)設計（論文） 27 效率 955.0r ，則 rb （ 5-9） 9 1 6 8.09 5 5.096.0 故 kWPP 0724.29168.0 9.10 = （ 5-10） 因載荷平穩(wěn)，電動機的額定功率mP只需略大于0P即可，按表 8 169 中 Y系列電動機技術數(shù)據(jù)，選電動機的額定功率mP為 2.2kW 的 Y90L 2。 5.4 帶輪的設計 帶輪的設計如表 5-1 所示。 表 5-1 帶輪的設計 計算項目 符號 單位 計算公式和參數(shù)選擇 計算功率 jP kW kWPKgPj66.2 P=1.9 Kg=1.4 膠帶型號 Z 型 小帶輪直徑 1D mm 71 大帶輪直 徑 2D mm )1()1(12112 DnniDD =2850/176071(1-0.02) 112.67112 帶速 V m/s 100060 28507114.3100060 14.311 nDV = 10.589m/s 初定中心距 0a mm 0.7 )(21 DD 0a 2 )( 21 DD 128.1mm 0a 366mm 初算膠帶長度 0L mm 214.330020 L )( 21 DD + 02124)(aDD =600+3.14183+ 300441 2 =888.7mm pL =925mm iL =900mm 實際中心距 a mm a 2_ 00LLa p =325.5mm 小帶輪包角 1 1 =180 )( 21 DD /260 120 =180-41/ 1 60 120 1 =171.8 單根膠 帶傳動功率 0P kW V=2840r/min=10.55m/s 蘭州工業(yè)高等?？茖W校畢業(yè)設計（論文） 28 單根膠 帶傳遞功率增量 0P kW 0P =)11(1iKKWn =0.0003971（ 1-112/71） =0.01599kW 膠帶根數(shù) Z Z= Laj KKPP P )(00 03.189.0)0 1 6.0_97.0( 66.2 =2.762293 98.0aK LK =1.03 5.5 轉軸的設計 在這次的設計中轉軸采取了中空的結構，這樣既可以減輕轉軸的重量，又可以加工細長軸，拓寬了加工范圍，并且可以從后面加上吹風機構，既可以冷卻工件和銑頭，也能夠將切屑從里面吹出。 （ 1）轉軸設計如下： 根據(jù)轉軸的力學性能選用 45鋼，根據(jù)參考文獻 13表 5 3 得 : 許用切應力 M P aWMpT 60 m a x = （ 5-11） 塑性材料 ( ) 6.05.0 = 脆性材料 ( ) 0.18.0 = 扭轉角 180m axPTaIM= （ 5-12） 一般傳動軸 m 0.15.0 3109 3 7 5.111 7 6 02.29 5 5 09 5 5 0=mNnPMM mAT （ 5-13） 空心軸 43 12.0 DW P （ 5-14） DDDD43432042.02.020412.0= 由 M P aWMpT 60 m a x = （ 5-15） 得 蘭州工業(yè)高等?？茖W校畢業(yè)設計（論文） 29 332006010935.11mmW P 所以該轉軸的最小軸頸為 20.335m，而根據(jù)帶輪的設計可得轉軸的最小軸頸為 28m。 （ 2）轉軸的設計簡圖如圖 5-2 所示。 圖 5-2 轉軸的設計簡圖 （ 3) 轉軸的設計計算及受力分析 1）計算支承反力 a 在 水平面上 323 3 4 8 . 9tAXFLFNLL 9 7 9 . 3B X t A XF F F N 3 4 2 .3A Y aF F N b 在垂直面上 132320 , 1 6 7 . 9 NraB A Z dF L FMFLL 故 4 9 9 . 2 1 6 7 . 9 3 3 1 . 3B Z r A ZF F F N 總支承反力 2 2 2 2 2 23 4 8 . 9 3 4 2 . 3 1 6 7 . 9 5 1 6 . 8A A X A Y A ZF F F F N 2 2 2 29 7 9 . 3 3 3 1 . 3 1 0 3 3 . 8B B X B ZF F F N ）計算彎矩并作彎 矩圖 a 水平面彎矩圖 蘭州工業(yè)高等專科學校畢業(yè)設計（論文） 30 2 3 4 8 . 9 1 1 6 . 5 4 0 6 4 6 . 9 .A X A XM F L N m m 4 0 6 4 6 . 9 .B X A XM M N m m b.垂直面彎矩圖 2 1 6 7 . 9 1 1 6 . 5 1 9 5 6 0 . 4A Z A ZM F L N m m 3 3 3 1 . 3 4 1 . 5 1 3 7 4 8 . 9 5B Z B ZM F L N m m c 合成彎矩圖 2 2 2 24 0 6 4 6 . 9 1 9 5 6 0 . 4 4 5 1 0 8 . 5A A X A ZM M M N m m 2 2 2 24 0 6 4 6 . 9 1 3 7 4 8 . 9 5 4 2 9 0 9 . 3B B X B ZM M M N m m 3) 計算轉矩并作轉矩圖 1 2 6 . 2 6 3T T N m 4) 作受力、彎距和扭距圖如圖 5-3 所示。 圖 5-3 受力、彎距和扭距圖 蘭州工業(yè)高等專科學校畢業(yè)設計（論文） 31 5) 按彎扭合成應力校核軸的強度 由合成彎矩圖和轉矩圖知， C 處左側承受最大彎矩和扭矩，并且有較多的應力集中，故 c 截面為危險截面。取 6.0 ，軸的計算應力： 221( ) / 1 4 . 7c a AM T W M P a 得 MPa60 1 ， 1 ca ，故安全。 5.6 軸承的選擇 根據(jù)旋風銑削速度的要求 ,載荷的要求和軸徑的大小選擇角接觸球軸承 , 我 們 根 據(jù) 本 次 設 計 的 實 際 需 要 選 擇 70214GB/T297-1944 。其中mmDmmd 2 1 0,90 。該軸承的額定動 載荷 132 千瓦，額定靜載荷 174 千瓦。極限轉速：脂潤滑 min/3000 rn = ，油潤滑 min/3800 rn = 校核軸承和計算壽命 軸承的受力分析如圖 5-4 所示。 圖 5-4 軸承的受力分析 校核軸承 A 和計算壽命 徑向載荷 NFFFAXAZAr 2.3879.3489.167 2222 =+=+= 軸向載荷 NFFaAr 3.342= 由 / 0 . 8 8 4A a A rF F e 在表取 X 0.56。相對軸向載荷為 03 4 2 . 3 0 . 0 4 3 47880aFC ， 在表中介于 0.040 0.070 之間，對應的 e 值為 0.24 0.27 之間，對應 Y值為 1.8 1.6，于是，用插值法求得 (1 . 8 1 . 6 ) ( 0 . 0 7 0 . 0 4 3 4 )1 . 6 1 . 7 8 20 . 0 7 0 . 0 4Y 故 0 . 5 6 , 1 . 7 8 2XY。 蘭州工業(yè)高等?？茖W校畢業(yè)設計（論文） 32 取 1.2pf 則， A 軸承的當量動載荷 ( ) 1 0 1 1 . 7A p A r A a rP f X F Y F N C 校核安全。 該軸承壽命該軸承壽命： 663311 0 1 0 1 4 0 0 0( ) ( ) 3 0 6 7 06 0 6 0 1 4 4 0 1 0 1 1 . 7rAh ACLhnP 校核軸承 B 和計算壽命： 徑向載荷： 2 2 2 22 9 0 . 5 9 7 2 . 5 1 0 1 5 . 0B r B Z B XF F F N 當量動載荷： 1 . 2 1 0 1 5 . 0 1 2 1 8 . 0B p B r rP f F N C 校核安全。 該軸承壽命該軸承壽命： 663311 0 1 0 1 4 0 0 0( ) ( ) 1 7 5 7 66 0 6 0 1 4 4 0 1 2 1 8 . 0rBh BCLhnP 5.7 內切式刀盤 四把刀均勻的分布在刀盤的上，四把刀在軸向和徑向都有一定的距離。刀盤上的四把刀在徑向的長度不同，軸向的位置不同 ,利用四把刀的特殊安放方式一次性的完成粗切 。 內切式刀盤設計要點 (1) 旋風圓直徑0D 旋風圓直徑過大或過小對加工過程都不利。有分析及試驗驗證表明：旋風圓直徑為螺紋公稱直徑的 1.2 1.6 倍時，效果最好。0D=164mm。 (2) 刀齒數(shù) z 刀齒數(shù)越多，螺紋表面粗糙度越小，切削越平穩(wěn)，刀具壽命越長。但刀齒過多，回使裝刀困難，調整不便。因此，當 一定時，取最大的 z 比較有利。 (3) 刀頭伸出長度 l 刀頭在刀盤中的伸出長度 l通常取為刀頭高度 H的 1.2 1.5倍。一般當加工的螺紋螺距為 4 12mm時，刀桿尺寸 H B L=14 16 60。 (4)刀盤直徑 D 刀盤直徑 D= 0D +2l, 綃刀盤的外徑尺寸為D= 0D +2L=284mm。 蘭州工業(yè)高等專科學校畢業(yè)設計（論文） 33 5.8 刀具 旋風銑削螺紋實質上是用硬質合金刀齒對螺紋進行高速銑削，是一種較先進的加工螺紋方法，具有刀具冷卻好、生產效率高的優(yōu)點。但其精度不高，批量較大的生產采用此法一次完成全牙深切削，可提高螺紋粗加工生產率。對于精度要求不高的螺紋，可用此法一次完成切削加工。 刀具設計要點 1) 刀具刃形設計 旋風銑削刀具的理論刃形是曲線。為了制造和刃磨方便，生產中常用直線刃形代替理論曲線刃形。其中中徑切線直線替代刃形應用更廣。實際切削是用近似的刃形，這導致了 不能與理論螺紋螺旋面相吻合，從而影響了螺紋的牙型精度。由于影響螺紋牙型精度的因素較多，下面分別介紹。 a 隨著安裝傾角的增大，螺紋牙型誤差也逐漸增大，即安裝傾角小時，螺紋精度 17 好。當旋風銑螺紋采用最佳安裝傾角時，牙型誤差較?。?b 隨著刀具回轉圓直徑的增大，螺紋牙型誤差逐漸減小。但當?shù)毒呋剞D圓直徑過大時，刀具與工件表面的接觸弧變短，切削平穩(wěn)性與螺紋表面粗糙度變差，銑削頭結構變大。通常選取合適的刀具回轉圓直徑為工件螺紋外徑的 1.4 1.6 倍； c 隨著螺紋線數(shù)的增多，牙型誤差也增大，即加工單線螺紋時精 度較高； d 隨著螺距的增大，牙型誤差也增大。 由此可知，實際生產中只要按照以上的規(guī)律選擇適宜的參數(shù)，合理設計旋風銑頭結構，就可將螺紋牙型誤差控制在要求的范圍之內，獲得高精度的螺紋。 2) 刀具結構設計 旋風銑削刀具結構建議盡量采用可轉位結構，由于受螺紋尺寸及空間的限制，本次設計采用上壓式。 本文設計的旋風銑削刀具以旋風銑頭形式安裝在車床的刀架位置上 , 只需卸下車床上的刀架就可銑削直徑為 136.625的外梯形螺紋 . 刀具材料和幾何角度的選擇如表 5-2所示 : 表 5-2 螺紋加工中旋風銑削螺紋的刀具材料和幾何角度 （選自 M ） 螺紋種類 工件材料 螺紋牙形 螺距（ mm） 刀片材料 刀桿規(guī)格 刀具主要角度 L（ mm） BH(mm) 后角 0 前角0 刀尖角 外螺紋 碳鋼 三角形 3 YT15 60 1212 8 04 5930 外螺紋 碳鋼 三角形 3 6 YT15 60 1214 8 04 5930 蘭州工業(yè)高等?？茖W校畢業(yè)設計（論文） 34 外螺紋 碳鋼 梯形 4 12 YT15 60 1216 68 0 30 外螺紋 合金鋼 三角形 3 YT15或YN10 60 1212 8 06 5930 外螺紋 合金鋼 三角形 3 6 YT15或YN10 60 1214 8 04 5930 外螺紋 合金鋼 梯形 4 12 YT15或YN10 60 1216 8 0 30 外螺紋 不銹鋼 三角形 3 YG8、YT15或YN10 60 1212 8 36 5930 外螺紋 不銹鋼 三角形 3 6 YG8、YT15或YN10 60 1214 8 6 5930 外螺紋 不銹鋼 梯形 4 12 YG8、YT15或YN10 60 1216 8 68 2930 外螺紋 非鐵金屬 三角形 4 YG8 60 1212 8 10 59 外螺紋 非鐵金屬 三角形 4 12 YG8 60 1216 8 10 59 內螺紋 碳鋼與合金鋼 三角形 3 YT15 按內螺紋內徑選擇刀頭和刀桿 按內螺紋內徑選擇刀頭和刀桿 8 05 5930 內螺紋 碳鋼與合金鋼 三角形 3 6 YT15 按內螺紋內徑選擇刀頭和刀桿 按內螺紋內徑選擇刀頭和刀桿 8 05 5930 內螺紋 不銹鋼 三角形 6 YG8或YG15 按內螺紋內徑選擇刀頭和刀桿 按內螺紋內徑選擇刀頭和刀桿 8 6 5930 內螺紋 非鐵金屬 三角形 6 YG8 按內螺紋內徑選擇刀頭和刀桿 按內螺紋內徑選擇刀頭和刀桿 8 10 59 根據(jù)以上資料選擇加工所需的刀具材料和幾何角度如表 5-3所示： 表 5-3 螺紋切削刀具參數(shù) 外螺紋 碳鋼 梯形 4 12 YT15 60 1216 6 8 0 30 3) 旋風銑刀具的選擇和安裝 蘭州工業(yè)高等?？茖W校畢業(yè)設計（論文） 35 旋風銑切削刀具的幾 何角度根據(jù)被加工零件螺紋的幾何尺寸、螺距大小和不同的材料確定。除了要考慮高速切削刀具材料應具有較高的耐磨性和熱硬性外，其他方面均與一般車削相類似。 安裝在刀盤上的幾把刀具，其幾何角度應嚴格保持一致。每一刀具的刀尖角應對稱，不能歪斜，刀尖點應保證在同一平面的圓周內，否則，將會造成很大的加工誤差，出現(xiàn)螺紋表面波紋，使其精度和表面質量下降。刀具的安裝與調整，可采用對刀規(guī)或刀樣板控制 5.9 旋風銑的潤滑 在本次設計中我們采用浸油潤滑，浸油潤滑通常用于密封的箱體中，如車床的主軸箱。旋風銑削裝置的潤滑主要潤滑是軸承 的潤滑。 我們通過在旋風銑削裝置的頂部開添油口，把潤滑油通過添油口注入箱體中。軸承浸在潤滑油中，從而起到潤滑的作用。 5.10 影響產品質量的因素 ： (1) 偏心量是影響旋風銑削螺紋的加工質量及切削效率的因素之一 在設計與安裝旋風銑削設備及制訂工藝時，應根據(jù)不同的加工要求，選取合適的偏心量，提高螺紋的加工精度和刀具的使用壽命。旋風銑削的偏心量，是指刀具刀尖回轉圓中心偏離工件軸心的尺寸，見圖 2-5所示， e為偏心量。 l）偏心量對理論表面粗糙度的影響 銑刀盤刀尖回轉圓半徑同時受到銑刀盤刀尖回轉圓半徑 、偏心量 、銑刀與工件的轉速比 、銑刀刀齒數(shù) 、工件半徑等多個因素的影響，當其他條件不變，增加偏心量，可以降低表面粗糙度值，提高表面質量。 2）偏心量對刀具的影響 適當增加偏心量，可在一定程度上提高刀具的使用壽命。 3）偏心量對銑刀盤結構大小的影響 銑刀盤的結構尺寸隨偏心量增加而增大，但受到機床整體結構尺寸的限制。以改裝車床旋風銑設備為例，隨偏心量增加而增大的銑削頭裝配在拖板上，會加劇導軌的磨損