軸盤類件超聲自動探傷機數(shù)字樣機設計
54頁 16000字數(shù)+論文說明書+任務書+9張CAD圖紙【詳情如下】
ETH14-簡.dwg
t.bmp
主軸.dwg
主軸箱總圖.dwg
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帶輪.dwg
超聲自動探傷機數(shù)字樣機總裝圖.dwg
軸I.dwg
軸盤類件超聲自動探傷機數(shù)字樣機設計開題報告.doc
軸盤類件超聲自動探傷機數(shù)字樣機設計論文.doc
齒輪.dwg
齒輪2.dwg
2010-ETH6.dwg
軸盤類件超聲自動探傷機數(shù)字樣機設計
目錄
前言 1
1.超聲和軸盤類件加工技術(shù)的發(fā)展趨勢 3
1.1 超聲振動加工技術(shù)發(fā)展趨勢 3
1.2 軸盤類件加工發(fā)展狀況 9
2.機床主要參數(shù)的確定 12
2.1 電機功率的確定 12
2.2 主運動參數(shù)的確定 12
2.3 標準公比 值和標準轉(zhuǎn)速數(shù)列 14
3.確定結(jié)構(gòu)式和繪制轉(zhuǎn)速圖 18
3.1 求級數(shù)z 18
3.2 確定結(jié)構(gòu)式 18
3.3 繪制轉(zhuǎn)速圖 19
4.確定各級傳動副齒輪的齒數(shù) 21
4.1 確定齒輪的齒數(shù) 21
4.2 驗算傳動比 25
4.3 各軸及齒輪的計算轉(zhuǎn)速的確定 26
5.傳動零件的初步計算 29
5.1 傳動軸直徑初定 29
5.2 主軸主要結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定 30
5.3 齒輪模數(shù)計算和齒輪中心距的計算 30
5.4 皮帶的相關(guān)計算 31
6.主要零件的驗算 36
6.1 齒輪的強度驗算 36
6.2 主軸的驗算 37
6.3 花鍵的驗算 43
致 謝 46
參考文獻： 47
摘 要
該設計是設計一超聲軸盤類件鉆床，利用超聲震動加工軸盤類件。振動切削與普通切削相比，在降低切削力和切削熱方面有明顯的效果，尤其在難加工材料的加工和精密加工中，振動切削具有普通切削無法比擬的工藝效果。因此，作為精密機械加工和難加工材料加工的一種新技術(shù)，振動切削已經(jīng)逐步滲透到多種機械加工領域，振動鉆削就是比較成功的應用實例。
振動鉆削，即在鉆頭(或工件)正常工作進給的同時，對鉆頭(或工件)施加某種有規(guī)律的振動，使鉆頭在振動中切削，形成脈沖式的切削力波形，使切削用量按某種規(guī)律變化，以達到改善切削效能的目的。根據(jù)實際加工的需要，適當選擇振動參數(shù)(頻率v，振幅A以及頻率v與工件轉(zhuǎn)速n的比例關(guān)系)，可以控制切屑的大小和形狀，得到滿意的切屑，避免切屑堵塞?？商岣呱a(chǎn)效率幾倍到十幾倍，提高加工精度1—2級，且加工表面質(zhì)量也有較大改善。
超聲振動軸盤類件加工鉆床是利用超聲振動系統(tǒng)對鉆頭施加振動，使鉆頭在振動中切削，使切削用兩按規(guī)律變化，從而達到改善切削效能的目的。
關(guān)鍵詞：超聲振動，軸盤類件加工，槍鉆車床。
Abstract
This design is designs a supersonic deep hole drilling machine, the use supersonic vibration processes the deep hole. The vibration cutting and the ordinary cutting compares, in reduces the cutting force and cuts the hot aspect to have the tangible effect, difficult to be processing the material especially in the processing and the precise processing, the vibration cutting has the craft effect which the ordinary cutting is unable to compare. Therefore, took the precision machinery processing and difficult to process the material processing one kind of new technology, the vibration cutting already gradually seeps to many kinds of machine-finishing domain, the vibration drills truncates compares the successful application example.
The vibration drills truncates, namely while the drill bit (or work piece) normal work to feed, (or work piece) exerts some kind of orderly vibration to the drill bit, causes the drill bit to cut in the vibration, forms the pulse -like cutting force profile, causes the cutting specifications according to some kind of rule change, achieves the improvement cutting potency the goal。According to the actual processing need, chooses the vibration parameter suitably (frequency v, oscillation amplitude A as well as frequency v with the work piece rotational speed n proportional relationship), may control the scrap the size and the shape, obtains satisfaction scrap, avoids the scrap jamming. May enhance production efficiency several times to several times, enhances the processing precision 1-2 level, also the processing surface quality also has improves greatly.
The ultrasonic vibration deep hole processing drilling machine is the use ultrasonic vibration system to the drill bit infliction vibration, causes the drill bit to cut in the vibration, causes the cutting with two according to the rule change, thus achieves the improvement cutting potency the goal.
Key words: The ultrasonic vibration, the deep hole processing, butts the lathe.
1 引言
隨著現(xiàn)代科技快速發(fā)展，技術(shù)進步。超聲儀器數(shù)字化，探頭品種類型增加，使得超聲波檢測工藝可以更加完善，檢測技術(shù)更為成熟。但眾所周知：超聲波探傷中人為因素對檢測結(jié)果影響甚大；工藝性強；故此對超聲波檢測人員的素質(zhì)要求高。檢測人員不僅要具備熟練的超聲波探傷技術(shù)，還應了解有關(guān)的焊接基本知識；如焊接接頭形式、坡口形式、焊接方法和可能產(chǎn)生的缺陷方向、性質(zhì)等。針對不同的檢測對象制定相應的探傷工藝，選用合適的探傷方法，從而獲得正確的檢測結(jié)果。
2 研究內(nèi)容
（1） 系統(tǒng)功能
實現(xiàn)一定尺寸范圍內(nèi)各種軸、盤類金屬零件自動超聲檢測的功能，重點實現(xiàn)各種型號小汽車變速箱各種規(guī)格齒輪、軸的毛坯和成品內(nèi)部缺陷檢測。它可以發(fā)現(xiàn)齒輪和軸類毛坯中各種缺陷及缺陷的位置，按規(guī)范要求自動判別是否報廢或返修，并予以顯示。除了裝、卸料外和更換探頭外，全部操作過程在計算機的控制下自動完成。
（2）被測工件的基本技術(shù)參數(shù)：
1>盤類零件：外徑<ф250mm，厚度<50mm.
2>軸類零件：長度<400mm，直徑ф20mm～ф50mm
（3）檢測要求的運動方式及運動參數(shù)
1> 運動方式：工件旋轉(zhuǎn)（C 軸），探頭沿工件的徑向（X 軸）和軸向進給（Z 軸）掃描；
2> C 軸和X 軸、C 軸和Z 軸可以實現(xiàn)聯(lián)動；
3> 探頭徑向和軸向最大進給量：盤類250mm×400mm和250mm×100mm
軸類250mm×400mm和100mm×450mm
致 謝
畢業(yè)設計是大學生本科教學中的一個非常重要的環(huán)節(jié)。通過畢業(yè)設計，我們把以前幾年之中學習的專業(yè)基礎知識和專業(yè)知識系統(tǒng)化了，把抽象的理論知識和生產(chǎn)生活中的實際相結(jié)合。通過本次畢業(yè)設計，使我們進一步了解機械設計的具體過程和方法，學會如何應用資料、手冊、圖書館和網(wǎng)絡里的知識，學會了如何計算，掌握了設計的基本方法，鍛煉了我們動手動腦思考的能力，懂得了經(jīng)驗在設計過程中的重要性，在以后的工作和學習中會主動積累一些經(jīng)驗。畢業(yè)設計對于我們即將走入社會，踏上工作崗位的畢業(yè)生來說，是一次非常必要也是非常重要的課程設計，為我們今后從事機械方面的工作奠定了基礎。
在此，我想向我們的指導老師老師表達我的謝意，謝謝老師在這段時間內(nèi)給我們的指導，他冒著酷暑，每次都能準時地按約定時間來給我們輔導，他的敬業(yè)精神也深深感動了我，我會在我今后的工作崗位上努力工作，勤奮鉆研。也非常感謝和我同組的同學，謝謝他們在這段時間里對我的幫助和鼓勵，我們共同討論，一起查閱資料，有困難大家一起解決，在這段時間里，我并不覺得時間難熬，相反卻覺得時間過得好快，我們就要畢業(yè)了，希望在以后的工作學習中同樣也要發(fā)揚團結(jié)互助的合作精神。同樣也要感謝這四年來，各位老師對我們的教導，我們會不辜負老師們的期望，努力工作，勤勤懇懇，為我們的國家做出我們應有的貢獻，為河南理工大學增光添彩。
雖然我已經(jīng)完成我的畢業(yè)設計，但由于我經(jīng)驗缺乏，考慮不夠周到，在畢業(yè)設計中難免會有一些錯誤，請各位老師給我指出來，
我會虛心接受，認真改正。再一次的感謝各位老師的教導。
參考文獻：
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中 北 大 學 畢業(yè)設計任務書 學 院、系 ： 專 業(yè) ： 學 生 姓 名： 魏岳 學 號： 設 計 題 目 ： 軸盤類件超聲自動探傷機數(shù)字樣機設計 起 迄 日 期 : 2011年 2 月 21日 ~ 2011 年 6 月 20 日 設 計 地 點 : 指 導 教 師 : 系 主 任 : 發(fā)任務書日期 : 2011 年 2 月 21 日 畢 業(yè) 設 計 任 務 書 1．畢業(yè)設計課題的任務和要求： 該同學承擔“軸盤類件超聲自動探傷機數(shù)字樣機設計”任務。 設計要求：設計出軸盤件超聲自動 檢測裝置三維裝配模型并進行運動學和動力學仿真。該檢測裝置能實現(xiàn) 工件旋轉(zhuǎn)，探頭沿工件的徑向和軸向進給掃描 ，超聲的耦合 采用水浸耦合方式。 2．畢業(yè)設計課題的具體工作內(nèi)容（包括原始數(shù)據(jù)、技術(shù)要求、工作要求等）： 技術(shù)要求： （ 1） 系統(tǒng)功能 實現(xiàn)一定尺寸范圍內(nèi)各種軸、盤類金屬零件自動超聲檢測的功能，重點實現(xiàn)各種型號小汽車變速箱各種規(guī)格齒輪、軸的毛坯和成品內(nèi)部缺陷檢測。它可以發(fā)現(xiàn)齒輪和軸類毛坯中各種缺陷及缺陷的位置，按規(guī)范要求自動判別是否報廢或返修，并予以顯示。除了裝、卸料外和更換探頭外，全部操作過程在計算機的 控制下自動完成。 （ 2） 被測工件的基本技術(shù)參數(shù)： 1>盤類零件：外徑 軸類零件：長度 運動方式：工件旋轉(zhuǎn)（ C 軸），探頭沿工件的徑向（ X 軸）和軸向進給（ Z 軸）掃描； 2> C 軸和 X 軸、 C 軸和 Z 軸可以實現(xiàn)聯(lián)動； 3> 探頭徑向和軸向最大進給量：盤類 25040050100類 25040000450> 主軸轉(zhuǎn)速范圍為： 5～ 60r/ 5> 進給速度： 0mm/r(這里的每轉(zhuǎn)是指工件旋轉(zhuǎn)一周的進給量 ) （ 4）其它要求 超聲檢測要用水進行耦合，工件和探頭都要浸在水中，要有供水和排水機構(gòu)，也要考慮防銹問題。 具體工作內(nèi)容： （ 1） 制定總體方案； （ 2） 設計工作臺裝配圖 (3) 設計工作臺外觀圖 (4) 設計重要非標零件 （ 5）設計重要零件工程圖； （ 6）翻譯外文資料。 畢 業(yè) 設 計 任 務 書 3．對畢業(yè)設計課題成 果的要求〔包括畢業(yè)設計、圖紙、實物樣品等 )： （ 1）三維裝配體圖 1 張 （ 2）二維工程裝配圖 1 張 （ 3）零件圖 5 張 (4) 外觀圖 1 張 （ 5）設計說明書 1 份 （ 6）英文翻譯資料 1 份 4．畢業(yè)設計課題工作進度計劃： 起 迄 日 期 工 作 內(nèi) 容 2011 年 2 月 21 日 ~ 3 月 18 日 3 月 19 日 ~ 5 月 31 日 6 月 01 日 ~ 6 月 10 日 6 月 11 日 ~ 6 月 20 日 撰寫開題報告，確定技術(shù)方案 完成具體設計 撰寫設計說明書 畢業(yè)設計答辯 學生所在系審查意見： 系主任： 年 月 日 畢業(yè)設計 (論文 )開題報告 學 生 姓 名： 學 號： 專 業(yè) ： 設計 (論文 )題目 ： 軸盤類件超聲自動探傷機數(shù)字樣機設計 指 導 教 師 : 系 主 任： 畢 業(yè) 設 計（論 文）開 題 報 告 1．結(jié)合畢業(yè)設計（論文）課題情況，根據(jù)所查閱的文獻資料，每人撰寫 2000 字左右的文獻綜述： 文 獻 綜 述 軸盤類件超聲自動探傷機數(shù)字樣機設計 ,軸盤件超聲自動檢測裝置三維裝配模型并進行運動學和動力學仿 真。該檢測裝置能實現(xiàn) 工件旋轉(zhuǎn)，探頭沿工件的徑向和軸向進給掃描 ，超聲的耦合 采用水浸耦合方式。 。 1 引言 隨著現(xiàn)代科技快速發(fā)展，技術(shù)進步。超聲儀器數(shù)字化，探頭品種類型增加，使得超聲波檢測工藝可以更加完善，檢測技術(shù)更為成熟。但眾所周知：超聲波探傷中人為因素對檢測結(jié)果影響甚大；工藝性強；故此對超聲波檢測人員的素質(zhì)要求高。檢測人員不僅要具備熟練的超聲波探傷技術(shù)，還應了解有關(guān)的焊接基本知識；如焊接接頭形式、坡口形式、焊接方法和可能產(chǎn)生的缺陷方向、性質(zhì)等。針對不同的檢測對象制定相應的探傷工藝，選用合適的探 傷方法，從而獲得正確的檢測結(jié)果。 2 研究內(nèi)容 （ 1） 系統(tǒng)功能 實現(xiàn)一定尺寸范圍內(nèi)各種軸、盤類金屬零件自動超聲檢測的功能，重點實現(xiàn)各種型號小汽車變速箱各種規(guī)格齒輪、軸的毛坯和成品內(nèi)部缺陷檢測。它可以發(fā)現(xiàn)齒輪和軸類毛坯中各種缺陷及缺陷的位置，按規(guī)范要求自動判別是否報廢或返修，并予以顯示。除了裝、卸料外和更換探頭外，全部操作過程在計算機的控制下自動完成。 （ 2） 被測工件的基本技術(shù)參數(shù)： 1>盤類零件：外徑 軸類零件：長度 運動方式：工件旋轉(zhuǎn)（ C 軸），探頭沿工件的徑向（ X 軸）和軸向進給（ Z 軸）掃描； 2> C 軸和 X 軸、 C 軸和 Z 軸可以實現(xiàn)聯(lián)動； 3> 探頭徑向和軸向最大進給量：盤類 25040050100類 25040000450> 主軸轉(zhuǎn)速范圍為： 5～ 60r/ 5> 進給速度： 0mm/r(這里的每轉(zhuǎn)是指工件旋轉(zhuǎn)一周的進給量 ) 3 研究方案 合劑： 在超聲波直接接觸法探傷中，探頭和被檢物之間不加入合適的耦合劑，探傷是無法完成的。耦合劑可以是液體、半液體或粘體。并應具備下列性能： a. 在實際檢測中能提供可靠的聲耦合； b. 使被檢物表面與探頭表面之間潤濕，消除兩者之間的空氣； c. 使用方便； d. 不會很快地從表面流溢； e. 提供合適的潤滑，使探頭在被檢物表面易于移動； f. 耦合劑應是均勻的，且不含有固體粒子或氣泡； g. 避免污染，并且沒有腐蝕、毒性或危害，不易燃； h. 在檢測條件下，不易凍結(jié)或汽化； i. 檢測后易 于清除。 常用耦合劑有機油；糨糊；甘油；潤滑脂（黃油）；水。機油不利于清除，還給焊縫返修帶來不利。糨糊更有利于垂直、頂面探傷。 耦合劑的另一重要特性是其聲阻抗值應介于探頭晶片與被檢材料聲阻抗值之間（ 3 ，薄層介質(zhì)聲阻抗為兩側(cè)介質(zhì)阻抗幾何平均值時，聲強透射率等于 1，超聲全透射 ）。 操作者的技術(shù)對良好的耦合是重要因素，整個過程對探頭施加均勻、固定壓力，有助于排除空氣泡和獲得均勻的耦合層厚度。 傷面： 清除焊接飛濺、氧化皮、銹蝕、油漆、凹坑（用機械、化學方法均可）檢測表面應平整，便 于探頭掃查移動。表面粗糙度 ≯ m。一般應打磨。 a. 檢測區(qū)寬度 —— 焊縫本身加上焊縫兩側(cè)各相當于母材厚度 30%的一段區(qū)域（ 5~10 b. 探頭移動區(qū)寬度： （ P=2 一次反射法檢測，應大于或等于 直射法檢測，應大于或等于 c. 母材檢測： C 級檢測有要求（較重要工件或圖紙有要求時）應進行母材檢測。僅作記錄，不屬于母材驗收。看其是否有影響斜探頭檢測結(jié)果的分層類缺陷。 母材檢測要求： ① . 2~5片直徑 10~25 ② . 檢測靈敏度：無缺陷處第二次底波調(diào)為屏幕滿刻度的 100%； ③ . 缺陷信號幅度超過 20%時，應標記記錄。 測方向選擇 根據(jù)工件結(jié)構(gòu)；坡口角度、形式；焊接中可能出現(xiàn)缺陷的方向性以及危害性缺陷。選用主聲束盡量與其垂直的入射方向。 B 級檢驗： ① ~46，單面雙側(cè)（一種 射波和一次反射波法）檢測； ② . T>46~120，雙面雙側(cè)（一種 K 值，直射波法）檢測。如受幾何條件限制，也可在雙面單側(cè)或單面雙側(cè)采用兩種 ③ . T>120~400，雙面雙 側(cè)（兩種 射波法）檢測。兩探頭折射角相差≮ 100 。 b. 橫向缺陷檢測： ① 束軸線與焊縫中心線夾角 10~200作斜平行探測 （正反兩個方向）； ② 在焊縫及熱影響區(qū)上作兩個方向的掃查； ③ . 電渣焊易出現(xiàn)人字形橫裂紋，可用 頭以 450 夾角在焊縫兩側(cè)，作正反兩個方向的斜平行掃查。 C 級檢驗： a. 應將焊縫余高磨平；焊縫兩側(cè)的斜探頭掃查區(qū)域之母材用直探頭進行檢測； b. T=8~46，單面雙側(cè)（兩種 頭折射角相差≮ 100，其中一個為 450；一次反射法）檢測； c. T>46~400，雙面雙側(cè)（兩種 頭折射角相差≮ 100，一次反射波） 檢測；對于單側(cè)坡口小于 50的窄間隙焊縫，如有可能應增加對與坡口表面平行缺陷的有效檢測方法（如串列掃查）； d. 應進行橫向缺陷檢測。 參 考 文 獻 [1] 美國無損檢測學會． 美 國無損檢測手冊 · 超聲波卷 ( 上 ) [ M] ． 北京： 世界圖書出版公司， 1 9 9 6 ． [2] A P I S P E C 5 L ： 2 0 0 4， 管線鋼管規(guī)范第 4 3 版 [ s ] ． [3] G B ／ T 9 7 1 1 ． 2 ， 石油天然氣工業(yè)輸送鋼管交貨技術(shù)條 件 第 2部分： s ] ． [4] 胡天明． 超聲波探傷 ( Ⅱ、 Ⅲ級教材 ) [ M] ． 北京： 中國 鍋爐壓力容器安全出版社 ， 1 9 9 5 ． [5] 陳發(fā)任主編 . 現(xiàn)代組合機床的發(fā)展趨勢 [M]. 重慶：重慶大學出版社， 1993. [6] 韋彥成 . 組合機床設備改裝 [M]防工業(yè)出版社， 1995. [7] 徐灝主 編 . 機械設計手冊 [M]. 北京 :機械工業(yè)出版社， 1986. [8] 謝家瀛 M]械工業(yè)出版社， 1994. [9] 王愛玲等主編 M]. 北京：兵器工業(yè)出版社 , 1999. [10] 遲建山，叢鳳庭 . 組合機床設計 [M]?？茖W技術(shù)出版社， 1993. 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[15] 濮良貴 . 機械設計 [M]高等教育出版社， 1982. . 畢 業(yè) 設 計（論 文）開 題 報 告 ２．本課題要研究或解決的問題和擬采用的研究手段（途徑）： 本課題是： 軸盤類件超聲自動探傷機數(shù)字樣機設計 ， 發(fā)現(xiàn)齒輪和軸類毛坯中各種缺陷及缺陷的位置，按規(guī)范要求自動判別是否報廢或返修，并予以顯示。除了裝、卸料外和更換探頭外，全部操作過程在計算機的控制下 自動完成。 通過對參考文獻的閱讀和學習，針對任務書要求，對涉及內(nèi)容做了一些初步地了解，分為以下幾個步驟進行 : (1) 首先查閱箱體相關(guān)文獻了解國內(nèi)外現(xiàn)狀。 (2) 制定總體方案。 (3) 經(jīng)過綜合討論確定合理方案，工作臺裝配圖，重要零件工程圖 。 (4) 整理設計成果，撰寫畢業(yè)設計說明書。 畢 業(yè) 設 計（論 文）開 題 報 告 指導教師意見 ： 1．對“文獻綜述”的評語： 2．對本課題的深度、廣度及工作量的意見和對設計（論文）結(jié)果的預測： 指導教師： 年 月 日 所在專業(yè)審查意見： 負責人： 年 月 日 1 軸盤類件超聲自動探傷機數(shù)字樣機設計 目 錄 前言 ........................................................................................ 錯誤 !未定義書簽。 盤類件 加工技術(shù)的發(fā)展趨勢 ............................................................ 9 超聲振動加工技術(shù)發(fā)展趨勢 .............................................................. 9 軸盤類件 加工發(fā)展狀況 .................................................................... 15 ...................................................................................... 18 電機功率的確定 ................................................................................ 18 主運動參數(shù)的確定 ............................................................................ 19 標準公比?值和標準轉(zhuǎn)速數(shù)列 ........................................................ 21 .............................................................................. 25 求級數(shù) z ............................................................................................. 25 確定結(jié)構(gòu)式 ........................................................................................ 25 繪制轉(zhuǎn)速圖 ........................................................................................ 26 .......................................................................... 28 確定齒輪的齒數(shù) ................................................................................ 28 驗算傳動比 ........................................................................................ 32 各軸及齒輪的計算轉(zhuǎn)速的確定 ........................................................ 33 ...................................................................................... 36 傳動軸直徑初定 ................................................................................ 36 主軸主要結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定 ................................................................ 37 齒輪模數(shù)計算和齒輪中心距的計算 ................................................ 37 皮帶的相關(guān)計算 ................................................................................ 38 .............................................................................................. 43 2 齒輪的強度驗算 ................................................................................ 43 主軸的驗算 ........................................................................................ 44 花鍵的驗算 ........................................................................................ 50 致 謝 ......................................................................................................... 53 參考文獻： ......................................................................................................... 54 3 摘 要 該設計是設計一超聲軸盤類件鉆床，利用超聲震動加工軸盤類件。振動切削與普通切削相比，在降低切削力和切削熱方面有明顯的效果，尤其在難加工材料的加工和精密加工中，振動切削具有普通切削無法比擬的工藝效果。因此，作為精密機械加工和難加工材 料加工的一種新技術(shù)，振動切削已經(jīng)逐步滲透到多種機械加工領域，振動鉆削就是比較成功的應用實例。 振動鉆削，即在鉆頭 (或工件 )正常工作進給的同時，對鉆頭 (或工件 )施加某種有規(guī)律的振動，使鉆頭在振動中切削，形成脈沖式的切削力波形，使切削用量按某種規(guī)律變化，以達到改善切削效能的目的。根據(jù)實際加工的需要，適當選擇振動參數(shù) (頻率 v，振幅 A 以及頻率 v 與工件轉(zhuǎn)速 n 的比例關(guān)系 )，可以控制切屑的大小和形狀，得到滿意的切屑，避免切屑堵塞?？商岣呱a(chǎn)效率幾倍到十幾倍，提高加工精度 1— 2 級，且加工表面質(zhì)量也有較大改善。 超聲振動軸盤類件加工鉆床是利用超聲振動系統(tǒng)對鉆頭施加振動，使鉆頭在振動中切削，使切削用兩按規(guī)律變化，從而達到改善切削效能的目的。 關(guān)鍵詞：超聲振動，軸盤類件加工，槍鉆車床。 4 is a in to to be in is to to of to of or to (or of to to in to of to v, as as v n to -2 is to to in to 5 1 引言 隨著現(xiàn)代科技快速發(fā)展，技術(shù)進步。超聲儀器數(shù)字化，探頭品種類型增加，使得超聲波檢測工藝可以更加完善，檢測技術(shù)更為成熟。但眾所周知：超聲波探傷中人為因素對檢測結(jié)果影響甚大；工藝性強；故此對超聲波檢測人員的素質(zhì)要求高。檢測人員不僅要具備熟練的超聲波探傷技術(shù)，還應了解有關(guān)的焊接基本知識；如焊接接頭形式、 坡口形式、焊接方法和可能產(chǎn)生的缺陷方向、性質(zhì)等。針對不同的檢測對象制定相應的探傷工藝，選用合適的探傷方法，從而獲得正確的檢測結(jié)果。 2 研究內(nèi)容 （ 1） 系統(tǒng)功能 實現(xiàn)一定尺寸范圍內(nèi)各種軸、盤類金屬零件自動超聲檢測的功能，重點實現(xiàn)各種型號小汽車變速箱各種規(guī)格齒輪、軸的毛坯和成品內(nèi)部缺陷檢測。它可以發(fā)現(xiàn)齒輪和軸類毛坯中各種缺陷及缺陷的位置，按規(guī)范要求自動判別是否報廢或返修，并予以顯示。除了裝、卸料外和更換探頭外，全部操作過程在計算機的控制下自動完成。 （ 2） 被測工件的基本技術(shù)參數(shù)： 1>盤類零件：外徑 軸類零件：長度 運動方式：工件旋轉(zhuǎn)（ C 軸），探頭沿工件的徑向（ X 軸）和軸向進給（ Z 軸）掃描； 2> C 軸和 X 軸、 C 軸和 Z 軸可以實現(xiàn)聯(lián)動； 3> 探頭徑向和軸向最大進給量：盤類 25040050100類 25040000450 6 4> 主軸轉(zhuǎn)速范圍為： 5～ 60r/ 5> 進給速度： 0mm/r(這里的每轉(zhuǎn)是指工件旋轉(zhuǎn)一周的進給量 ) 3 研究方案 合劑： 在超聲波直接接觸法探傷中，探頭和被檢物之間不加入合適的耦合劑，探傷是無法完成的。耦合劑可以是液體、半液體或粘體。并應具備下列性能： a. 在實際檢測中能提供可靠的聲耦合； b. 使被檢物表面與探頭表面之間潤濕，消除兩者之間的空氣； c. 使用方便； d. 不會很快地從表面流溢； 7 e. 提供合適的潤滑，使探頭在被檢物表面易于移動； f. 耦合劑應是均勻的，且不含有固體粒子或氣泡； g. 避免污染，并且沒有腐蝕、毒性或危害，不易燃； h. 在檢測條件下，不易凍結(jié)或汽化； i. 檢測后易于清除。 常用耦合劑有機油；糨糊；甘油；潤滑脂（黃油）；水。機油不利于清除，還給焊縫返修帶來不利。糨糊更有利于垂直、頂面探傷。 耦合劑的另一重要特性是其聲阻抗值應介于探頭晶片與被檢材料聲阻抗值之間（ 3 ，薄層介質(zhì)聲阻抗為兩側(cè)介質(zhì)阻抗幾何平均值時，聲強透射率等于 1，超聲全透射 ）。 操作者的技術(shù)對良好的耦合是重要因素，整個過程對探頭施加均勻、固定壓力，有助于排除空氣泡和獲得均勻的耦合層厚 度。 傷面： 清除焊接飛濺、氧化皮、銹蝕、油漆、凹坑（用機械、化學方法均可）檢測表面應平整，便于探頭掃查移動。表面粗糙度 ≯ m。一般應打磨。 a. 檢測區(qū)寬度 —— 焊縫本身加上焊縫兩側(cè)各相當于母材厚度30%的一段區(qū)域（ 5~10 b. 探頭移動區(qū)寬度： （ P=2 一次反射法檢測，應大于或等于 直射法檢測，應大于或等于 c. 母材檢測： C 級檢測有要求（較重要工件或圖紙有要求時）應進行母材檢測。僅作記錄，不屬于母材驗收?？雌涫欠裼杏绊懶?探頭檢測結(jié)果的分層類缺陷。 母材檢測要求： ① . 2~5探頭，晶片直徑 10~25 8 ② . 檢測靈敏度：無缺陷處第二次底波調(diào)為屏幕滿刻度的 100%； ③ . 缺陷信號幅度超過 20%時，應標記記錄。 測方向選擇 根據(jù)工件結(jié)構(gòu)；坡口角度、形式；焊接中可能出現(xiàn)缺陷的方向性以及危害性缺陷。選用主聲束盡量與其垂直的入射方向。 B 級檢驗： ① ~46，單面雙側(cè)（一種 K 值探頭，直射波和一次反射波法）檢測； ② . T>46~120面雙側(cè)（一種 射波法）檢 測。如受幾何條件限制，也可在雙面單側(cè)或單面雙側(cè)采用兩種 ③ . T>120~400面雙側(cè)（兩種 射波法）檢測。兩探頭折射角相差≮ 100 。 b. 橫向缺陷檢測： ① 束軸線與焊縫中心線夾角 10~200作斜平行探測 （正反兩個方向）； ② 在焊縫及熱影響區(qū)上作兩個方向的掃查； ③ . 電渣焊易出現(xiàn)人字形橫裂紋，可用 頭以 450 夾角在焊縫兩側(cè)，作正反兩個方向的斜平行掃查。 C 級檢驗： a. 應將焊縫余高磨平；焊縫兩側(cè)的斜探頭掃查區(qū)域之母材用直探頭進行檢測； b. T=8~46，單面雙側(cè)（兩種 K 值，探頭折射角相差≮ 100，其中一個為 450；一次反射法）檢測； 9 c. T>46~400，雙面雙側(cè)（兩種 頭折射角相差≮ 100，一次反射波）檢測；對于單側(cè)坡口小于 50的窄間隙焊縫，如有可能應增加對與坡口表面平行缺陷的有效檢測方法（如串列掃查）； d. 應進行橫向缺陷檢測。 超聲振動加工技術(shù)發(fā)展趨勢 超聲波是指頻率高于人耳聽覺上限的聲波。一 般來說，正常人聽覺的頻率上限在 l 6— 20間，隨年齡、健康狀況等有所不同。值得注意的是，人們習慣上常把以工程應用為目的，而不是以聽覺為日的的某些對聽盧的應用亦列人超盧技術(shù)的研究范圍。因此，在實際應用中，有些超聲技術(shù)使用的頻率可能在 16下。而超聲波頻率的上限是1410個頻率范圍是相當寬廣的，如圖 1— 1 所示 10 超聲波是聲波的一部分，因此它遵循聲波傳播的基本規(guī)律。但超聲波也有與可聽聲不同的一些突出特點。例 如，超聲波由于頻率可以很高，因而傳播的方向件較強，同時超聲設備的幾何尺寸可以較?。怀暡▊鞑ミ^程中，介質(zhì)質(zhì)點振動的加速度非常大；在液體介質(zhì)中， 當超聲波的強度達到一定值后便產(chǎn)生空化現(xiàn)象，等等。正是這些特點，決定了超聲波具有與可聽聲不同的、領域相當廣闊的各種用途。 起聲加工技術(shù)發(fā)展概況 超聲加工是利用超聲振動的工具在有磨料的液體介質(zhì)中或于磨料中產(chǎn)生磨料的沖擊、拋磨、液壓沖擊及由此產(chǎn)生的氣蝕作用來去除材料，或給工具或工件沿一定介向施加超聲頻振進行振動加工，或利用超聲振動使工件相互結(jié) 合的加工方法。超聲加工系統(tǒng)由超聲波發(fā)生器、換能器、變幅桿、振動傳遞系統(tǒng)、工具、工藝裝置等構(gòu)成。超聲波發(fā)生器的作用是將 22080能器的作用是將超聲頻電振蕩信號轉(zhuǎn) 換為超聲頻機械振動；變幅桿的作用是將換能器的振動振幅放大，超聲波的機械振動經(jīng)變幅桿放大后傳給工具，使工具以一定的能量與工件作用，進行加工。 超聲加工技術(shù)是超聲學的一個重要分支。超聲加工技術(shù)是伴隨著超聲學的發(fā)展而逐漸發(fā)展的。 早在 1830 年，為探討人耳究竟能聽到多高的頻率， F． 5用一多 齒的齒輪，第一次人工產(chǎn)生了 2． 4×410超聲波， 1876 年加爾頓 (F． 氣哨實驗產(chǎn)生的超聲波的頻率達到了 3×4改用氫氣時，其頻率達到了 8×4N 11 z。這些實驗使人們開始對超聲波的性質(zhì)有了一定的認識。 對超聲學的誕生起重大推進作用的是 1912 年 豪華客輪泰坦尼克 (在旨航中碰撞冰山后沉沒，這個當時震驚世界的悲劇促使科學家提出用聲學人法來探測冰山。這些活動啟發(fā)了第一次世界大戰(zhàn)期間偵察德國潛艇的緊張冊究。 1916 年以法國著名物理學家郎之萬 (首的科學家升始究產(chǎn)生和運用水下超聲作為偵察手段，并在 1918 年發(fā)現(xiàn)壓電效應可使石英板振動，制成了可用作超聲源的石英壓電振蕩器。這就是現(xiàn)代超聲學的開端。 1927 午，美國物理學家怔德 (R W． 盧米斯 (A． E 早做了超聲加工試驗，利用強烈的超聲振 動對玻璃板進行雕刻和快速鉆孔，們當時并未應用在工業(yè)上。 1951 年，美國的科思制成第一臺實用的超聲加工機，并引起廣泛關(guān)注，為超聲加上技術(shù)的發(fā)展奠定了基礎。 日本是較早研災超聲加工技術(shù)的國家， 20 世紀 50 午代，日本已經(jīng)設立專門的振動切削研究所，許多大學和科研機構(gòu)也都設有這個研究課題。日本研究超聲加工的主要代表人物有兩位：一位是中央大學的島川正暉教授，《超音波工學 —— 理論和實際》是他的代表作；另一位是宇都官大學的隈部淳一郎教授，《精密加工、振動切削基礎和應用》是他的代表作。日本研究人員不但把超聲加上用在普 通設備上，而且在精密機床、數(shù)控機床中也引人了超聲振動系統(tǒng)。 l 977 年日本將超聲振動切削與磨削用于生產(chǎn)，可對直徑為 6型船用柴油機缸套進行鏜孔。 原蘇聯(lián)的超聲加工研究也比較早， 20 世紀 50 年代末 60 年代初已經(jīng)發(fā)表過很有價值的論文。在超聲車削、鉆孔、磨削、光整加工、復合加工等方面均有生產(chǎn)應用，并取得了良好的經(jīng)濟效果。為了推動超聲加工的應用， 1973 年原蘇聯(lián)召開了一次全國性的討論會，充分肯定了超聲加工的經(jīng)濟效果和實用價值，對這項新技術(shù)在全國的推廣應用起到了積極的作用。到 80 年代末期，當時蘇聯(lián)已經(jīng) 生產(chǎn)系列超聲振動鉆削裝置。 20 世紀 70 年代中期，美國在超聲鉆中心孔、光整加工、磨削、拉管和焊接等 12 方面已處于生產(chǎn)應用階段，超聲車削、鉆孔、鏜孔巳處于試驗性生產(chǎn)設備原型階段。1979 年通用超聲振動切削系統(tǒng)已供應工業(yè)界應用。 德國和英國也對超聲加工的機理和工業(yè)應用進行了大量的研究，并發(fā)表了許多有價值的論文，在生產(chǎn)中也得到了積極的應用。例如，英同十 1964 年提出使用燒結(jié)或電鍍金剛石工具的超聲旋轉(zhuǎn)加工的方法，克服了一般超聲加工軸盤類件時加工速度低和精度差的缺點，取得了較好的效果。 我國超聲加 工技術(shù)的研究始于 20 世紀 50 年代末， 60 午代末開始了超聲振動車削的研究， 1973 年上海超聲波電子儀器廠研制成功 2 型超聲研磨機。 1982年，上海鋼管廠、中國科學院聲學研究所及上海超聲波儀器廠研制成功超聲拉管設備，為我國超聲加工在金屬塑性加工中的應用填補丁空白。 1983 年 10 月，機械電子丁業(yè)部科技司委托《機械工藝師》雜志編輯部在西安召開了我國第一次“振動切削專題討論會”，會議充分肯定了振動切削在金屬切削中的重要作用，交流了研究和應用成果，促進了這項新技術(shù)在我國的深入研究和推廣應用。 1985 年，廣西大學、 南京電影機械廠和南京刀具廠聯(lián)合開發(fā)了我國第一套“ 250A 型”超聲振動切削系統(tǒng)。同年，機械電子工業(yè)部第 11 研究所研制成功超聲旋轉(zhuǎn)加工機，在玻璃、陶瓷、 光晶體等硬脆材料的鉆孔、套料、端銑、內(nèi)外圓磨削及螺紋加 工中，取得了良好的工藝效果。 1987 年，北京市電加工研究所在國際上首次提出了超聲頻調(diào)制電火花與超聲波復合的研磨、拋光加工技術(shù)，并成功應用于聚晶金剛石拉絲模的研磨和拋光。 1989 年，我國研制成功超聲珩磨裝置。 1991 年研制成功變截面細長桿超聲車削裝置。 20 世紀末到本世紀初的十幾年間， 我國的超聲加工技術(shù)發(fā)展迅速，在超聲振動系統(tǒng)、深小孔加工、拉絲模及型腔模具研磨拋光、超聲復合加工領域均有較廣泛的研究，尤其是在金剛石、陶撓、瑪淄、玉石、淬火鋼、模具鋼、花崗巖、大理石、石英、玻璃和燒結(jié)永磁體等難加工材料領域解決了許多關(guān)鍵性問題，取得了良好的效果。 13 超聲加工技術(shù)發(fā)展趨勢和未來展望 超聲加工技術(shù)已經(jīng)涉及到許多領域，在各行各業(yè)發(fā)揮了突出的作用，但有關(guān)工藝與設備的相關(guān)技術(shù)有待于進一步研究開發(fā)。 (1)超聲振動切削技術(shù) 隨著傳統(tǒng)加工技術(shù)和高新技術(shù)的發(fā)展，超聲 振動切削技術(shù)的應用日益廣泛，振動切削研究日趨深入，主要表現(xiàn)在以下幾個方面。 1 研制和采用新的刀具材料。在現(xiàn)代產(chǎn)品中，難加工材料所占的比例越來越大，對機械零件加工質(zhì)量的要求越來越高。為了更好地發(fā)揮刀具的效能，除了選用合適的刀具幾何參數(shù)外，在振動切削中，人們將更多的注意力轉(zhuǎn)為對刀具材料的開發(fā)與使用上，其中天然金剛石、人造金剛石和超細晶粒的硬質(zhì)合金材料的研究和應用為主要方向。 2 對振動切削機理深入研究。當前和今后一個時期對振動切削機理的研究將主要集中在對振動切削中刀具與工件相互作用的力學分析和振動 切削機理的微觀研究及數(shù)學描述兩個方面。 3 超聲橢圓振動切削的研究與推廣。超聲橢圓振動切削已受到國際學術(shù)界和企業(yè)界的重視。美國、英國、德國和新加坡等國的大學以及國內(nèi)的北京航空航大大學和上海交通大學已開始這方面的研究工作。日本企業(yè)界如日立、多賀和 司等已開始這方面的實用化研究工作。但是，超聲橢圓振動切削在理論和應用方面還有許多工作要做。尤其是對硬脆性材料的超精密切削加工、微細部品和微細模具的超精密切削加工等方向還需要進一步研究。 ①超聲銑削加丁技術(shù)?；诜謱尤コ夹g(shù)思想的超聲銑削加工技術(shù) 正在被更多的學者所關(guān)注。大連理工大學研制了超聲數(shù)控銑削機床，提出了一種新的利用超聲銑削加工技術(shù)數(shù)控加工工程陶瓷零件的途徑?；诜謱尤コ枷氲某曘娤鲾?shù)控加工技術(shù)解決了傳統(tǒng)超聲加工中工具損耗嚴重且不能在線補償?shù)碾y題，使加工帶有尖角和銳邊的復雜型面三維工程陶瓷零件成為可能，為工程陶瓷和其他超硬材料的廣 14 泛應用提供了有力的技術(shù)支持。 (2)超聲復合加工技術(shù) 目前，超聲電火花機械三元復合加工技術(shù)已經(jīng)得到較快的發(fā)展。哈爾濱工業(yè)大學利用超聲電火花磨料三元復合加工技術(shù)對不銹銅進行加工，解決了電火花小孔加工中 生產(chǎn)率和表面質(zhì)量不能兼顧的矛盾，具合較好的應用前景。 針對現(xiàn)代模具手動光整加工的弊端，華南理工大學采用超聲電解磨粒復合加工技術(shù)對形狀復雜的模具型腔光整加工進行了研究，并利用 工神經(jīng)網(wǎng)絡對加工表面粗糙度進行了預測，取得了良好的效果。超聲電解磨粒復合加工技術(shù)是一項新的復合加工技術(shù)，能較好地用于形狀復雜的模具型腔光整加工。但包括材料去除機理的許多方面的內(nèi)容有待進一步研究。 近年來，日本東京農(nóng)工大學對氣體介質(zhì)中的電火花脈沖放電加工技術(shù)進行了開創(chuàng)性的研究，為電火花脈沖放電加工技術(shù)開辟了一條新的途徑 。但該技術(shù)在加丁過程中短路頻繁，山東大學的研究人員將超聲振動引入氣中放電加工技術(shù)，并對工程陶瓷進行了加工實驗研究，加工效率提高了近 3 倍。但該工藝的加工機理有待于進一步研究。 在微小三維型面的加工中，利用簡單形狀電極、基于分層制造原理的微細電火花銑削技術(shù)正在受到重視，哈爾濱工業(yè)大學研究了超聲輔助分層去除微細電火花加上技術(shù)，對電極袖向施加的小幅超聲振動對活化極間狀態(tài)、拉大極間間隙、增加排屑能力、提高有效脈沖利用率和放電穩(wěn)定性等方面起到廣重要的作用．但是該工藝尚有待于進一步完善以達到實用化。 出于 新材料 (尤其是難加工材料 )的涌現(xiàn)和對產(chǎn)品質(zhì)量茍生產(chǎn)效益的要求不斷提高，新的加丁方法也不斷出現(xiàn)。可以預見，超聲復合加工將日靛顯現(xiàn)出其獨特的魅力，并將拓展其更加廣闊的應用領域。 (3)微細超聲加工技術(shù) 隨著以微機械為代表的工業(yè)制品的日益小型化及微細化，特別是隨著晶體硅、 15 光學玻璃、工程陶瓷等硬脆材料在微機械中的廣泛應用，硬脆材料的高精度三維微細加工技術(shù)己成為世界各國制造業(yè)的一個重要價究課題。目前可適用于硬脆材料加工的手段主要有光刻加工、電火花加工、激光加工、超聲加工等特種加工技術(shù)。超聲加工與電火花 加工、電解加工、激光加工等技術(shù)相比，既不依賴于材料的導電性又沒有熱物理作用，與光刻加工相比又 可加工高深寬比三維形狀，這決定了超聲加工技術(shù)在陶瓷、半導體硅等非金屬硬脆材料加下方而有著得天獨厚的優(yōu)勢。東京大學生產(chǎn)技術(shù)研究所對微細工具的成功制作及微細工具裝夾、工具回轉(zhuǎn)精度等問題的合理解決，采用工件加振的工作方式在工程陶瓷材料上加工出了直徑最小為 5m?的微孔，從而使超聲加工作為微細加工技術(shù)成為可能。 同其他特種加工技術(shù)一樣，起聲 加工技術(shù)在不斷完善之中．正向著高精度、微細化發(fā)展，微細超聲加丁技術(shù)合理成為微電子機械系統(tǒng) (術(shù)的有力補充。 此外，超聲加工技術(shù)在迅猛發(fā)展的汽車工業(yè)中已有非常廣泛的應用，目前超聲加工技術(shù)主要用于精密模具的型孔、型腔加工，難加工材料的超聲電火花和超聲電解復合加工，塑料件的焊接，以及對具有小孔窄縫而清潔度要求較高的零件的清洗?？梢灶A測，超聲加工技術(shù)在世界汽車工業(yè)中將發(fā)揮越來越重要的作用。 軸盤類件加工發(fā)展狀況 最早用于加工金屬的軸盤類件鉆頭是扁鉆．它發(fā)明干 18 世紀初， 1860 年 美國人對扁鉆做了改進，發(fā)明了麻花鉆，在鉆孔領域邁出了重要的一步。但用麻花鉆鉆探孔時，不便于冷卻與排屑．生產(chǎn)效率根低。隨著槍炮生產(chǎn)的迅速發(fā)展，在 20 世紀初期，德、英、美等國家的軍事工業(yè)部門先后發(fā)明了單刃鉆孔工具，因用于加工槍孔而得名槍鉆。槍鉆也稱為月牙鉆、單刃鉆及外排屑軸盤類件鉆。槍鉆鉆桿為非對稱形，故扭轉(zhuǎn)強度差。只能傳遞有限扭矩，適用于小孔零件加工生產(chǎn)，效率較低。 在第二次世界大戰(zhàn)前和戰(zhàn)爭期間，由于戰(zhàn)爭的需要．槍鉆已不能滿足高生產(chǎn)效 16 率的要求，在 1943 午．德國誨勒公司研制出畢斯涅耳加工系統(tǒng) (即我國常 稱的內(nèi)排屑軸盤類件鉆削系統(tǒng) )。戰(zhàn)后，英國的維克曼公司、瑞典的卡爾斯德特公司、德國的海勒公司、美國的孔加工協(xié)會、法國的現(xiàn)代設備商會等聯(lián)合組成了軸盤類件加工國際孔加工協(xié)會 (簡稱 會。經(jīng)過他們的努力，這種特殊的加工方法又有了新的發(fā)展，并被定名為 ，在世界各國普遍應用。后來瑞典的山特維克公司首先設計出可轉(zhuǎn)位軸盤類件鉆及分屑多刃錯齒軸盤類件鉆，侵 又有了新的飛躍。 存在著切削液壓力較高，密封困難等缺點．為克服這些不 足， 1963 年山特維克公司發(fā)明了噴吸鉆法。這是一種巧妙應用噴吸效應的方法，可以采用較低的切削液壓力，使切屑在推、吸效應下容易排出．有利于系統(tǒng)的密封。但是噴吸鉆法本身也有缺點，它使用兩根鉆管，使排屑空間受到限制，加工扎徑 —— 般不能小于 18于特殊的切削液供給方式．缺乏了 中切削液對鉆桿振動的抑制作用，刀桿易擦傷．其系統(tǒng)剛性和加工精度要賂低于 。 20 世紀 70 年代中期，由日本冶金股份有限公司研制出的 為單管雙進油裝置，它是把 與噴吸鉆法兩者的優(yōu) 點結(jié)合起來的一種加工方法，用于生產(chǎn)后得到了滿意的結(jié)果，目前廣泛應用于中、小直徑內(nèi)徘屑探孔鉆削。 出于我國機械制造業(yè)的迅速發(fā)展，軸盤類件加工技術(shù)在我國也得到了廣泛的應用。 20 世紀 50 年代群鉆的研制成功．使鉆孔效率大為提高。 1958 年 頭在我國開始使用，在此之后， 70 年代初，我國開始研制和推廣噴吸鉆，到 1978 年己在我國設計完成并于 1979 年正式用于生產(chǎn)．現(xiàn)廣泛應用于中、小直徑內(nèi)排屑探孔鉆削。國內(nèi)幾家重型機器制造廠相繼研制和采用于軸盤類件套料鉆．已成功地加工出 12m 長的發(fā)電機轉(zhuǎn)子內(nèi)孔。西安石 油大學于 1989 年成功地將噴吸效應原理應用到外排屑槍鉆系統(tǒng)．使槍鉆的加工性能大大提高 ;1994 年又研制成功多尖齒內(nèi)排屑探孔鉆，使軸盤類件鉆削的穩(wěn)定性和耐用度大大提高。 隨著生產(chǎn)與科技的進步，軸盤類件零件在材質(zhì)及毛坯制造、刀具樹料、軸盤類 17 件加工機床、基礎理論研究、檢測等方面都有了較大的進展。 軸盤類件零件的材質(zhì)，過去多采用碳索結(jié)構(gòu)鋼、低合金鋼和高強度合金鋼。新型工程材料．如鈦合金、不銹鋼、耐熱鋼、耐磨鋼、陶瓷、塑料、碳素纖維塑料、復合材料等，開始在軸盤類件零件上采用。新材料的逐步采用對軸盤類件 加工提出了新的技本難題。 除了軸盤類件零件的材質(zhì)外．零件的毛坯質(zhì)量也有了很大的改觀?，F(xiàn)在軸盤類件零件的毛坯除了采用 — 般的鑄、鍛、軋制毛坯外，對于機械性能要求高的軸盤類件零件．采用真空冶煉、電渣重熔等方法獲得高質(zhì)量的鑄錠后，進行壓力加工。在管坯生產(chǎn)中，除了一般的熱軋、沖軋無縫管才外．現(xiàn)已采用精軋無縫管材。冶金技術(shù)的進步．提高了材料的機械性能．使材料的加工性能發(fā)生了顯著的變化；鍛造及壓力加工技術(shù)的進步。使得毛坯材料的去除率大為降低 由產(chǎn)熱處理技術(shù)的發(fā)展，軸盤類件工件經(jīng)過熱處理后，在機械性能、結(jié)晶與 顯微組織上都有了較大的改善。這直接影響著材料的再加工性。 隨著新材料發(fā)展及材料機械性能的提高，促進了新刀具材料的不斷發(fā)展。軸盤類件加工刀具所使用的刀具材料多為高速鋼、 的硬質(zhì)合金。目前 ,已開始試驗和采用新型高速鋼材料、超細晶粒硬頂合金、徐層刀片、陶瓷 (金屆陶瓷、4、立方氮化硼 (金剛石等新型刀具材料。 軸盤類件加工機床現(xiàn)在多采用常規(guī)機床，有軸盤類件鉆鏜床、軸盤類件磨床、珩磨機及通用車床改造成 的軸盤類件鉆鏜床。近年來，已出現(xiàn)數(shù)控軸盤類件鉆鏜床( 現(xiàn)代軸盤類件加工技術(shù)的發(fā)展，面臨著多品種、小批量、新型工程材料及愈來愈高的精度要求的挑戰(zhàn)。由于機械工業(yè)產(chǎn)品多品種、小批量的比重日益增加，提高勞動生產(chǎn)率、降低生產(chǎn)成本成為軸盤類件加工技術(shù)的中心課題。發(fā)展成組技術(shù)和開展計算機輔助設計及計算機捕助制造 ((實現(xiàn)自動化生產(chǎn)是提高軸盤類件加工勞動生產(chǎn)率和經(jīng)濟效益的根本途徑。新型工程材料對軸盤類件加工技術(shù)的 18 挑戰(zhàn)，在于要求提高傳統(tǒng)軸盤類件加工方法的水平．開發(fā)新的制造技術(shù)與工藝方法。愈來 愈高的精度要求，需要發(fā)展軸盤類件精密加工技術(shù)，并相應地發(fā)展精密測量及精密機械設汁。在實現(xiàn)軸盤類件加工自動化生產(chǎn)中，需要解決加工中異常情況的監(jiān)控及自動檢測。日前．軸盤類件加工中的這些問題、雖然落后于車削、銑削，但已有一些國家在開發(fā)研制，進行解決。 隨著軸盤類件加工技術(shù)的發(fā)展．軸盤類件加工技術(shù)的基礎理論研究也在不斷加強．并取得了有價值的成果。 電機功率的確定 機床功率與鉆孔直徑的關(guān)系如圖 2示： 19 圖 2孔直徑0p 的關(guān)系圖 根據(jù)設計要求我們要對材料是硬度 220低合金鋼，長為 500徑 D 為 50工件加工出直徑為 10通孔。所以機床的功率為 4 主運動參數(shù)的確定 主運動為旋轉(zhuǎn)運動時，機床的主運動參數(shù)是主軸轉(zhuǎn)速 n（ r/ 1000n d ??? 式 1v—— 切削速度， m/ d—— 工件（或刀具）直徑 ， 有表 1 可知切削速度為 40—— 120m/以 表 1 工件材料與切削速度的關(guān)系 20 21 m i nm i nm a xm a 0 0 0 4 0 1 2 7 3 . 9 / m i 1 4 1 01000 1 0 0 0 9 0 2 8 6 6 . 2 / m i 1 4 1 0???? ? ???? ? ??變速范圍a xm i 6 6 . 2 2 . 2 51 2 7 3 . 9n? ? ?標準公比?值 和標準轉(zhuǎn)速數(shù)列 規(guī)定標準公比 >1，并且規(guī)定相對速度損失的最大值 大于 50%，則相應?不大于 2，所以12??〈。 為了簡化機床設計和使用．規(guī)定了幾個標準值，這些數(shù)值是選取 2 或 10 的某次方根．見表 2。這些公比的特性如下。 表 2 標準公比 1)公比是 2 的某次方根．其數(shù)列每隔若干項增加或縮小 2 倍，如3 2??，數(shù)列為 10、 l 2． 5、 16、 20、 25；、 32、 40 等，每隔三項增大 2 倍。這樣．使 22 表 3 標準數(shù)列表 23 續(xù) 注： 1 大于 1000 和小于 1 的數(shù)列，可將表中數(shù)值乘或除以 1000。 24 廠采用雙速電動機，因為雙速電動機的兩個轉(zhuǎn)速比值是 2，例如 3000/1500 或1500/750 等，同時也便于記憶和寫出等比數(shù)列。 2)公比是 某次方根，其數(shù)列每隔若干項增大或縮小 10 倍。這特性符合常用十進制習慣，如5 10??，數(shù)列為 10、 16、 25、 40、 63、 100、 160、 250、 400、630 等，每隔五項增大 10 倍．使數(shù)列整齊好記。 當選定標準公比?之后．從表 3 可查出轉(zhuǎn)速數(shù)列。表 3 適用于轉(zhuǎn)速、雙行程 數(shù)和進給系列．而且可以用于機床尺寸和功率參數(shù)等數(shù)列。 從使用性能考慮，選取公比?最好小 一 些，以便減少相對速度損失，但?小一些，級數(shù) z 增多．會使機床的結(jié)構(gòu)復雜化。公比選取的一股原則如下： 1 用于大批大量生產(chǎn)的自動化與半自動比機床，因為要求較高的生產(chǎn)率，相對轉(zhuǎn)速損失要小，因此，?要小些 ，?選取 1． 25。 2 大型機床加工 大 尺寸工件，機動時間長，選擇合理的切削速度對提高生產(chǎn) 2 可由標準數(shù)列中選用具有某一公比的數(shù)列，組成派生系列，例如?=派生系列為 132、 190、 265、 375 等。 率作用較大，?應小些，取 1． 12、 1． 25。 3 中型通用 機 床，萬能性較大，因而要求轉(zhuǎn)速級數(shù) z 要多 — 些 ， 但結(jié)構(gòu)又不能過 于 復雜，公比?常選取 1． 25 或 4小型機床切 削 加工時間常比輔助時間少，結(jié)構(gòu)要求簡單一些，機動時間短．變速級數(shù) z 也不多，公比?常 取 1． 58 或 1． 78。 根據(jù)以上敘述選?= 25 求級數(shù) z 由等比級數(shù)規(guī)律可知 1 ??公式中 變速范圍； ?—— 公比。 由前面=以 lg l g 2 . 2 51 1 8l g l g 1 . 1 2? ? ? ? ?確定結(jié)構(gòu)式 選擇一個比較好的結(jié)構(gòu)式，一般要遵照下列的原則： 傳動副的“前多后少”原則 傳動副數(shù)較多的變速組安排在傳動順序前面，傳動副數(shù)較少的變速組安排在后面。這是因為機床的電動機往往比主軸變速的大多數(shù)轉(zhuǎn)速高，因此，變速系統(tǒng)以降速傳動居多。傳動系統(tǒng)中，若按傳動順序排列，在前面的各 軸轉(zhuǎn)速較高，依次類推。根據(jù)轉(zhuǎn)矩公式 ? ? ? ?// 9 5 5 0 / m i nP k m ?當傳動功率 p 一定時．轉(zhuǎn)速 n 較高的鈾所傳遞的轉(zhuǎn)矩就較小，在其他條件相同時，傳動件 (如鈾、齒輪 )的尺寸就較小．因此．常把傳動副數(shù)較多的變速組安排在前面高速軸上，這樣可以節(jié)省材料，減少傳動系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動慣量。以 18 級變速系統(tǒng)為例，應選擇結(jié)構(gòu)式 18＝ 3× 3× 2。 傳動副的“前緊后松”原則 26 變速組的擴大順序應盡可能與傳動順序一致 當0 1 2 nZ p p p p? ???時。要求 012?〈 〈 〈即在傳動順序中按基本組在前，然后依次排第一擴大組、第二擴大組??第 稱為“前緊后松”原則，這時各變速組的變速范圍是逐步增大，在轉(zhuǎn)速圖上表現(xiàn)為傳動順序前面的變速組傳動比連線分布緊密，而后面的變速組傳動比連線分布疏松，這樣可以使前面的各軸轉(zhuǎn)速范圍較小，相當于提高該軸的最低轉(zhuǎn)速和降低它的最高轉(zhuǎn)速，前者可以減少傳動件尺寸，后者可以降低噪聲和減少振動。 各變速組的變速范圍不應超過最大的變速范圍 在主傳動系統(tǒng)的降速傳動中，主動齒輪的最少齒數(shù)受到限制，為了避免被動齒輪的直徑過大，建議降速傳動比最小值為 1／ 4；對于升速傳動比最大值，考慮到盡量減少振動和噪聲，建議 2(斜齒傳動 2． 5)。這樣主傳動各變速組的變速范圍限制在 r＝2~＝ 8 一 間。對于進給傳動系統(tǒng)，由于傳動件的轉(zhuǎn)速較低，尺寸較小，變速范圍可放寬到 ／ 5． 2． 8，這樣進給傳動中各變速組的變速范圍限制在 r＝ 14之內(nèi)。上述限制是建議限制范圍，若條件許可，也允許超過上述范圍，但可能會給結(jié)構(gòu)設計帶來困難。 機床的傳動系統(tǒng)中，最后擴大組的變速范圍必定最大，因此一般只要檢查最后擴大組的變速范圍不超過限制范圍，則其余的變速組也不會超過。 根據(jù)以上原則可得機床的結(jié)構(gòu)式為1 2 48 2 2 2? ? ?繪制轉(zhuǎn)速圖 根據(jù)機床的結(jié)構(gòu)式繪制轉(zhuǎn)速圖。如圖 3— 1 所示 27 圖 3— 1 轉(zhuǎn)速圖 28 確定齒輪的齒數(shù) 機床轉(zhuǎn)速圖確定后．則各變速組的傳動比也就確定了．即可進一步確定各變速組中傳動副的齒輪齒數(shù)、帶輪的直徑等，在確定齒數(shù)時要注意下列幾點： 1)齒輪的齒數(shù)和能太大，以免齒輪尺寸過大而引起機床結(jié)構(gòu)增大。一般推薦齒數(shù)和1 0 0 ~ 1 2 0z ?，常選用在 100 之內(nèi)。 2）同一變速組中的各對齒輪，其中心距必須保持相等。在同一變速組內(nèi)一般采用相同的模數(shù)，這是因為各齒輪副的速度變化不大，受力情況差別不大。也就是說在同一變速組中各對齒輪的齒數(shù)和相等。 3)最小齒輪的齒數(shù)應保證不產(chǎn)生根切。對于標準齒輪．就最小齒數(shù)一般取 m 8 ~ 2 0Z ?。 4)應保證最小齒輪裝到軸上或套簡上具有足夠的強度、圖 4— 1 所示為保證輪齒受力和熱處理之后．齒根部分不致于 斷裂．齒根到孔壁或鍵槽的壁厚 M 應有足夠的厚度，一般推薦值a?2m〔 m 為齒輪的模數(shù) )，由此可知，在確定最小齒輪的齒數(shù)時，要先估算傳動軸的直徑。 圖 4— 1 齒輪的齒厚 29 5)保證主軸的轉(zhuǎn)速誤差在規(guī)定范圍之內(nèi)。按照 1973 規(guī)定，機床主軸的實際轉(zhuǎn)速或每分鐘雙行程數(shù)對于優(yōu)先數(shù)列的理論值的相對誤差，應在 ? ?10 1 %???范圍內(nèi)。 對于變速組內(nèi)齒輪的齒數(shù)，如傳動比是標準公比的整數(shù)次方時，變速組內(nèi)每對齒輪的齒數(shù)和小齒輪的齒數(shù)可從表 4 中選取。在表中，橫坐標是齒數(shù)和坐標是傳動副的傳動比 u；表中所列的 u 值是傳動副的被動齒輪的齒數(shù)；齒數(shù)和減去被動齒輪齒數(shù)就是主動齒輪齒數(shù)。表中所列的 u 值全大于 1，即全是升速傳動。對于降速 傳動副，可取其倒數(shù)查表，查出的齒數(shù)則是主動齒輪齒數(shù)。 本設計所選用的公比為標準公比，齒輪齒數(shù)可有表中查出。 圖 1— 3中的變速組 傳動比分別是：121 , 1。按 u= 查表。在合適的齒數(shù)和 圍內(nèi)，查出存在上述兩個傳動比的 別有： 1 , 5 9 , 6 4 , 6 6 , 6 8 , 7 0 , 7 2 , 7 4 , 7 6 , 7 8 , 7 9 , 8 0 , 8 3 , . . ? ? ?2 1. . . , 5 8 , 6 0 , 6 2 , 6 4 , 6 6 , 6 8 , 7 0 , 7 2 , 7 4 , 7 6 , 7 8 , 8 0 , 8 2 , . . 根據(jù)前面的敘述，該變速組 a 的齒輪齒數(shù)和應相等，符合條件的有 4， 68， 70，72， 74， 76， 78 和 80，試取 0。從表中可查出兩個傳動副的主動齒輪齒數(shù)分別為 33 和 35 。 則可算出變速 組 a 中的兩個傳動副的齒輪齒數(shù)為 3 7 / 3 3 , 3 5 / 3 5。同樣可查表得變速組 b 中的兩個傳動副的齒輪齒數(shù)為 4 3 / 4 , 3 8 / 4 8變 速 組 c 中 的 兩 個 傳 動 副 的 齒 輪 齒 數(shù) 為 6 2 / 3 1 , 5 2 / 4 1。 30 表 4 各種常用傳動比的適用齒數(shù)