范文一：车床床头箱加工工艺

车床床头箱加工工艺编制

任务:完成如图 2— 1所示车床床头箱箱体机械加工工艺规程的制订 (中小批量) 。 床头箱设计图纸如图 2-2所示。

图

2-1

技术要求

1. 铸件圆角 R5-R8;

2. 铸件不得有铸造缺陷;

3. 铸件粗加工前后均需进行人工时效处理;

图

2-2

第一节 零件图分析

一、床头箱的功用和特点 :

箱体类零件时机器及其部件的基础件之一。它将一些轴、轴承、套、齿轮等 零件装配在一起, 使其保持正确的相互位置关系, 并按规定的运动关系协调动作, 完成某种远动。 因此, 箱体类零件的加工质量对机器的精度、 性能和寿命有着直 接关系。 车床床头箱的功用如上述所示, 其特点有许多精度要求不同的孔和平面 组成,内部结构比较简单但壁的厚薄不均匀,加工的难度较大。

二、床头箱的技术要求:

床头箱的主要技术有:1. 三对轴承孔的尺寸精度为 IT7,表面粗糙度 Ra 值 为 1.6um ,三对同轴轴承孔轴线间的平行度公差为 0.025mm , Ф100j7、 Ф115j7轴承孔轴线的同轴度为 Ф0.01,箱体内壁对 Ф105、 Ф80公共轴线的垂直度为 0.015, Ф100端面对 Ф100轴线的垂直度为 0.015;表 1— 1是床头箱箱体的主 要加工技术要求。 2. 铸件不得有铸造缺陷; 3. 铸件粗加工前后均需进行人工时效 处理;

第二节 确定毛坯

按技术要求床头箱箱体的材料是 HT200, 其毛坯是铸件。 铸铁容易成型、 切 削性能好、 价格低廉, 并且具有良好的耐磨性和减振性, 也是其它一般箱体常用 的材料。 铸件毛坯的精度和加工余量是根据生产批量而定的。 对于单件小批量生 产,一般采用木模手工造型。这种毛坯的精度低,加工余量大,其平面余量一般 为 7~12mm ,孔在半径上的余量为 8~14mm 。在大批大量生产时,通常采用金 属模机器造型。此时毛坯的精度较高,加工余量可适当减低,则平面余量为 5~ 10mm ,孔(半径上)的余量为 7~12mm 。为了减少加工余量,无论是单件 小批生产还是成批生产,均需在三对轴承孔位置在毛坯上铸出预孔。表 2— 2是

应用查表法得到的小批量手工砂型铸造时减速箱箱体的毛坯尺寸公差及机械加 工余量。另外,在毛坯铸造时,应防止砂眼和气孔的产生;应使减速箱箱体零件 的壁厚尽量均匀, 以减少毛坯制造时产生的残余应力。 由于零件的结构复杂, 壁 厚也不均匀,因此,在铸造时会产生较大的残余应力。为了消除残余应力,减少 加工后的变形和保证精度的稳定, 所以, 在铸造之后必须安排人工时效处理。 人 工时效的工艺规范为:加热到 500℃~550℃, 保温 4 h~6 h, 冷却速度小于或等 于 30℃ /h,出炉温度小于或等于 200℃。人工时效的方法,除了加热保温法外, 也可采用振动时效来达到消除残余应力的目的。

第三节 定位基准的选择

床头箱箱体加工定位基准的选择 定位基准可分为粗基准和精基准, 通常先 确定精基准,然后再确定粗基准。

1、 粗基准的选择 一般箱体零件的粗基准都用它上面的重要孔和另一个相距 较远的孔作为粗基准, 以保证孔加工时余量均匀。 床头箱箱体加工选择以重要表 面孔 Ф115J7及 Ф110J7为粗基准, 通过划线的方法确定第一道工序加工面位置, 尽量使各毛坯面加工余量得到保证,即采用划线装夹,按线找正加工即可。 2、 精基准的选择 一般箱体零件常以装配基准或专门加工的一面两孔定位, 使得基准统一。 床头箱箱体的轴承孔轴线应在对合面上, 与底面也有一定的尺寸 精度和相互位置精度要求。 为了保证以上几项要求, 加工底座的对合面时, 应以 底面为精基准, 使对合面加工时的定位基准与设计基准重合; 箱体装合后加工轴 承孔时, 仍以底面为主要定位基准, 并与底面上的两定位孔组成典型的一面两孔 定位方式。这样,轴承孔的加工,其定位基准既符合“基准统一”的原则,也符 合 “基准重合” 的原则, 有利于保证轴承孔轴线与对合面的重合度及与装配基准 面的尺寸精度和平行度。

第四节 拟订工艺路线

一、加工方法的选择

加工方法选择原则是根据零件的加工面技术要求、工件材料、结构尺寸、生 产类型等,选择即满足零件加工质量的要求,又高效、经济的加工方法。

床头箱体材料为 HT200, 生产纲领为小批量, 床头箱体的主要加工面是轴承孔和平面 (包 括底面和槽 ) 。其中:平面加工方法有车、刨、铣、磨;孔的加工方法有车、镗、钻等。但 是箱体类零件平面加工较少用车削, 因为车床主要用于加工回转类工件, 箱体类零件在车床 上装夹不方便。根据各种方案的经济加工精度(查工艺手册) ,主要表面分别选择如下: 1底面平面度要求 5级精度 0.015,粗糙度 Ra1.6(刮平) 。 因平面度要求高, 并考虑生产效率, 最终加工采用划线找正, 车比铣更方便按划线找正, 同时此床 头箱的尺寸较小, 粗加工采用车。 有考虑到底面与方槽侧面的垂直度的要求, 在

半精加工时底面与方槽一次装夹加工。加工方案:车—刨—磨(粗、精磨) 。 2孔 Ф110J7与基体阶梯孔 Ф115J7圆柱度 0.008,直径尺寸精度 7级,粗糙 度 7级,空轴线与底面及方槽有 4级精度的平行度要求。 此为同轴承孔的加工, 加工深度较深,最为经济、方便的加工方法为镗,同时精镗能满足精度要求,因 为加工精度相对较高, 在加工阶段划分及工序安排上重点考虑平行度的要求。 加 工方案:粗镗—精镗。

3方槽两侧面间距尺寸精度 7级,直线度要求为 5级,垂直度精度要求为 8级,粗糙度 Ra3.2。 方槽因其形状限制,加工方法为刨和铣最为方便,但直线度 要求高, 所以采用刨削。 另外在工艺装备中, 可采用成形刀精刨保证尺寸精度要 求。加工方案:粗刨—宽刃精刨。

4箱体两侧面间距尺寸精度 8级,相对各自端孔轴线的圆跳动为 0.03, 7级 精度要求,粗糙度要求为 Ra3.2。 两表面加工精度要求一般,铣、车均可采用 , 从箱体零件外形及定位安装方面考虑 ,选用铣削。 加工方案:粗铣—精铣。 5孔 6x Ф13定位孔尺寸精度要求为 7-8级精度,表面粗糙度为 Ra12.5。 此孔 直径较小,粗糙度要求不高,因而采用钻孔。但钻孔的精度较低,因而加工时要 采用合理的定位方法保证 Ф13孔的位置精度 。 加工方案:钻。

6所有螺纹孔 M8深 15-20mm ,粗糙度要求为 Ra12.5,以及通孔 Ф6.8等。 精 度要求较常规,直径较小,可采用一次性钻孔并攻丝。若用需配作加工的孔,则 等待与其它零件装配后加工。

二、加工阶段划分

加工阶段主要根据零件质量要求、结构尺寸级生产纲领来划分。

床头箱为小批量生产, 可以不严格划分, 这里根据以上各表面加工方案的选 择, 部分表面的精度和表面质量要求较高, 因而将床头箱零件的加工过程分成两 个阶段,即:

粗加工阶段—去除各表面上的大部分加工余量, 为重要表面最终加工做好准 备,同时穿插部分的基准面的精加工,完成不重要表面的加工,如钻孔等。 精加工阶段—达到零件上各个表面的设计要求。

三、工序及加工顺序安排

1工序的集中和分散:

选好加工方法, 确定加工方案后, 进行工序安排。 工序的集中和分散也与生 产类型有关, 对小批量的生产类型, 外形结构较复杂的床头箱, 为减少装夹次数, 方便生产组织,提高生产率,应使工序适当集中。

2加工工序的安排:

加工工序安排遵循“先基后其他、先主后此、先面后孔”的原则,根据前面 所做的零件图分析、定位基准的选择、加工方案的分析,进行工序安排:

◇ 车基准平面

第一道切削加工工序以划线找正加工, 先加工平面基准——底面。 但是, 考虑底 面是很重要表面, 且平行度要求高, 以毛坯顶面为安装面影响加工精度, 所以先 加工顶面,再以加工后的顶面为安装面,加工底面。

◇ 刨方槽

方槽也是重要的基准面,因而要安排在镗轴承孔前加工。

◇ 粗铣侧面及粗镗轴承孔

箱体前后两侧面相对轴承孔有圆跳动要求, 考虑以平面为定位基准较以定位装夹

更为方便可靠, 因而安排前后侧面加工工序于轴承孔前。 并且, 铣两侧面可以与 镗孔在同一机床上加工,这样可以进行工序合并,减少搬运次数。

◇ 钻孔、攻丝

在精加工前完成钻孔等相对次要的表面加工,使重要表面的终加工在最后工序, 保证加工后精度不受影响。对于各表面的螺孔,钻孔、攻丝、倒角应一次装夹定 位完成,因而尽量在螺孔所在表面终加工完成后在钻孔。顶面的螺纹孔 2xM8, 即通孔 Ф6.8与轴承孔为交叉孔,先加工会影响轴承孔的加工精度,需要在轴承 孔加工完成后再加工。 其他面的螺纹孔为 5组分布在不同表面, 是具有对称的均 布螺纹孔,采用钻模钻孔。

◇ 精加工阶段

精加工阶段是底面、 轴承孔以及前后端面的终加工, 与前同样道理, 安排基准平 面先加工, 孔后加工。 最后精加工序, 有端面铣、 镗阶梯, 有相互位置公差要求, 应合并工序, 一次装夹加工。 另外, 对于箱体前后端的螺孔, 应在铣平面后加工。 ◇ 热处理

毛坯为铸件, 因而铸造后需进行时效处理; 铸件完成粗加工阶段后, 为保证高精 度要求表面的质量, 在粗加工后精加工前再安排人工时效处理。 主要工序安排好 后,还有检验、去毛刺等辅助工序,也要根据生产情况进行合理安排。

四、工艺路线拟定

床头箱体加工工艺路线:铸件毛坯—时效处理—划线—粗车底面及顶面—刨 顶面, 粗、 精刨方槽至设计要求—粗铣前后两侧面—粗镗轴承孔—时效处理—钻 定位孔 6x Ф13—磨顶面及底面—精镗轴承孔、精铣两侧面—钻螺纹孔并攻丝— 检、入库。

第五节 加工余量、工序尺寸和公差的确定

一、列出各表面加工工序

底面:车—刨—人工时效—磨(粗磨、精磨)

顶面:车—人工时效—磨

孔 Ф110J7:粗镗—人工时效—半精镗、精镗

阶梯孔 Ф115J7:粗镗—人工时效—半精镗、精镗

方槽:粗、精刨,

二、以 Ф110J7轴承孔为例介绍镗削加工中加工余量、工序尺寸和公 差的确定。

Ф110J7轴承孔加工工序:粗镗—半精镗—精镗,

计算粗加工余量:Z 粗(直径) =(毛坯余量 -粗镗余量) =(9-4) =5mm

半精镗、精镗后应达到设计要求:Ф110(+0.022、 0)

粗镗后孔的基本尺寸:110-2x2=106mm 直径 Ф106 mm

毛坯孔径的基本尺寸:106-5=101mm 直径 Ф101 mm

按各工序经济精度确定各工序尺寸公差,各工序尺寸偏差按“如题原则” ,毛坯

公差按“双向”标注,如下:毛坯孔:Ф101±3.5 mm 粗镗孔:Ф106(+0.5、 0) mm 精镗:Ф110(+0.022、 0) mm

第六节 选择机床与工艺装备

一、机床设备的选用

单件小批量加工时, 一般选用通用机床; 单件小批量高精度加工时, 可选用 加工中心(详见第十节) ;在大批生产条件下可选用通用机床加专用夹具,也可 选用高效的专用设备和组合机床。 减速箱箱体加工时机床设备的选用见表 2— 5。 B665牛头刨床可刨削最大长度 650mm ;

Z3050

M7132

M7132 卧轴矩台平面磨床

本机床全面贯彻国家标准。 适用于机械制造行业钢件、 铸铁及有色金属等各 种金属零件的平面磨削,也可用砂轮端面磨削沟槽和侧边。特点:,磨床工作台 纵向移动和磨头横向移动为液压传动, 无级调速; 磨头垂直进给为手动, 配有快 速升降机构, 能减轻劳动强度, 提高工作效率。 工作台导轨粘贴聚四氟乙烯轨软 带, 耐磨性好, 能耗低; 磨床垂直进给导轨粘贴聚四氟乙烯软带, 进刀灵敏度高; 横向导轨采用镶钢导轨,横向精度好;机床床身采用热对称设计,热变形小;利 用回油加热床身导轨,导轨直线度变化小;机床运动平稳、性能可靠、噪音低、 精度稳定、操作方便。

X62W

X62W 主要参数:

T68

中国第一台卧式镗床 ——— T68型

1956年,新中国第一台卧式镗床 ——— T68型卧式镗床在沈阳中捷友谊厂 诞生

T68主要参数

型 号 T68

主轴直径 85mm

主轴锥孔 莫氏 5号

工作台面积 (L·B) 1000x800mm

主轴轴向行程 (w) 600mm

主轴箱垂直行程 (y) 755mm

工作台横向行程 (x) 850mm

工作台纵向行程 (z) 1080mm

平旋盘滑块行程 (u) 170mm

主轴转速 20~1000r/min(18级 )

平旋盘转速 10~200r/min(14级 )

进级量级数 18级

主轴每转主轴箱和工作台的进给范围 0.025~8mm

主轴每转主轴的进给量范围 0.05~16mm

平旋盘每转刀架的进给量范围 0.025~8mm

平旋盘每转主轴箱和工作台进给量范围 0.05~16mm

主轴箱、工作台的块速移动速度 2400mm/min

主轴的块速移动速度 4400mm/min

平旋盘滑块速移动速度 1200mm/min

主轴允许最大扭矩 110kg-m

平旋盘滑块速移动速度 1200mm/min

主轴允许最大扭矩 110kg-m

平旋盘允许最大扭矩 220kg-m

最大切削抗力 1300kg

最大进给抗力 1300kg

工作台最大负载 2000kg

主电机功率 6.5/8kw

机床重量 11000kg

外形尺寸 (长 x 宽 x 高 ) 5075x2345x2730mm

二、工艺装备的选用

工艺装备主要包括刀具、 夹具和量具。 在工艺卡片中应写出它们的名称, 如 “键槽铣刀”、“镗模”、“塞规”等(一般普通常用的可不写)。

床头箱体的主要加工工艺是个轴承孔的镗削加工及侧面的铣削加工。 此工序 可设计如图 2— 1的专用夹具,该夹具主要由压板 1、垫板 2、定位销 3、底板 4构成, 校正后紧固在工作台上。 具体使用方法是:工件加工好的底平面放于专用 夹具的垫板 2上, 并以夹具上两个定位销 3为定位基准插入工件上上道工序已加 工好的 2个工艺孔中, 由于 2个工艺孔的形位精度和尺寸精度较高, 这样就可以 将工件精确定位在夹具上, 同时用垫板 2上的二个螺栓与其余二个 Ф17孔配合, 上紧螺母, 为提高装夹刚度, 再用夹具上四个压板 1压紧工件, 这样就将工件牢

第七节 确定切削用量和时间定额 一、切削用量计算

以 Ф110轴承孔镗削为例介绍切削用量计算如下:

1、工步 1—粗镗

(1)背吃刀量的确定

粗镗余量为 5 mm,可一次走刀加工完成,所以 a p = Z

粗

/2=5/2=2.5 mm

(2)进给量的确定

查表《机械制造工艺设计简明手册》 P151表 4 .2— 21 卧式铣镗床主轴进给量, 选取 f=0.52mm/r

(3)镗削速度的计算

查表选取 v=50m/min,由 n=1000v/πd=1000×50/π×106=150.2r/min

选主轴转速 n=150r/min,求得该工步的实际镗削速度为 v=nπd/1000=150×π×

106/1000=49.9 m/min。

2、工步 2—半精镗

(1)背吃刀量的确定

半精镗余量为 3.4 mm,可一次走刀加工完成,所以 a

p

= 3.4/2= 1.7mm

(2)进给量的确定

查表选取 f=0.37mm/r

(3)镗削速度的计算

查表选取 v=60m/min,由 n=1000v/πd=1000×60/π×109.4=174.6r/min

选主轴转速 n=175r/min,求得该工步的实际镗削速度为 v=nπd/1000=175×π×

109.4/1000=60.1 m/min。

3、工步 3—精镗

(1)背吃刀量的确定

精镗余量为 0.6 mm,可一次走刀加工完成,所以 a

p

= 0.6/2= 0.3mm

(2)进给量的确定

查表选取 f=0.15mm/r

(3)镗削速度的计算

查表选取 v=60m/min,由 n=1000v/πd=1000×60/π×110=173.7r/min

选主轴转速 n=175r/min,求得该工步的实际镗削速度为 v=nπd/1000=175×π×110/1000=60.4m/min。

二、时间定额的计算

时间定额的计算参考本书第一章,在此不再详述。

第八节 编写工艺文件

第九节 零件的检验与质量分析

一、加工后的检验

表面粗糙度检验通常用目测或样板比较法,只有当 Ra 值很小时,才考虑使 用光学量仪或作用粗糙度仪;

孔的尺寸精度:一般用塞规检验; 在此因是中小批生产, 可用内径千分尺或 内径千分表检验。

平面的直线度:可用平尺和厚薄规或水平仪与桥板检验;

平面的平面度:可用自准直仪或水平仪与桥板检验,也可用涂色检验。 同轴度检验:一般工厂常用检验棒检验同轴度;

孔间距和孔轴线平行度检验:根据孔距精度的高低, 可分别使用游标卡尺或 千分尺,也可用块规测量,在这里使用游标卡尺进行测量;

三坐标测量机可同时对零件的尺寸、 形状和位置等进行高精度的测量, 在某 些精度较高的场合可以使用。

二、床头箱体加工质量分析

1、夹紧变形分析

箱体粗镗时由于切削力比较大,必须将箱体压紧。在较大的夹紧力作用下, 夹紧部位的工件形状出现变形, 影响加工精度。 精镗时, 为了避免夹紧变形影响 孔的加工精度, 在精镗之前需放松对被加工箱体的夹紧, 使变形消失于精镗余量 之中,然后再均衡,轻轻压紧进行精镗,以提高孔系的加工精度。

由于箱体壁薄,所以当夹紧力过大或夹紧力的着力点不恰当或压铁不平稳 时,都会使工件出现夹紧变形,虽加工时尺寸已量准,但加工后撤去夹紧力,工 件便恢复原状, 影响已加工好表面的精度, 所以夹紧力要恰当, 力应作用于主要 基面上,作用于工件刚性大的地方,如夹紧在箱体的边缘实体或有筋板的地方。 2、切削变形分析

箱体金属分布不均, 会引起较大的切削变形。 如果是连续走刀完成该孔的粗 精加工,加工后就会出现“倒锥” (入口处孔径小于出口处的孔径 ) 。这是因为在 粗加工所产生的热变形还未消除的情况下, 随着刀具的移动, 精加工后实际切削 径度大于名义切削径度; 同时也会出现精镗后的孔有较大的椭圆度, 这是因为在 粗加工时产生的大量切削热在不同壁厚处有不同的热膨胀:薄壁处温度高, 向外 膨胀的热变形大;厚壁处温度低,向外膨胀的热变形就小。采取粗加工后,让工 件冷却至常温后再精加工可以解决这些质量问题.

3、镗孔方法分析

目前镗孔的主要方法有悬伸镗削法、 支承镗削法和调头镗削法, 由于加工方 法的不同,经常会出现较大的误差,下面是对这几种方法的比较分析。

(1)悬伸镗削法镗孔时,机床主轴及刀杆悬伸出主轴以外,镗削时,悬臂刀 杆受到切削力矩、 刀具及刀杆的自重的共同作用, 产生较大的弯曲绕度, 刀杆伸 出越长,则刀杆的刚度越小,当长径比大于 6 时,镗孔的精度就不易保证。 (2)支承镗削法镗孔时,镗杆由主轴穿过零件的同轴孔,另一端安装在机床

的尾架的支承套内。镗杆越长,刚度越小,同时,镗杆越细,转速越高,产生的 离心力就大,刀杆易震动,也会造成加工精度和加工表面的质量问题。

(3)调头镗削法基本不存在因镗杆刚度问题而影响加工精度的问题,它是目 前许多企业采用的一种比较好的加工方法, 特别是对小批量、 单件生产, 此工艺 方法更为经济,它不用分析产生误差的具体原因,便于操作,同时,该方法也适 用于箱体机构不允许通镗的短距孔的加工, 而此工艺方法的关键就是调头后的校 正和误差补偿问题。

轴承孔的精度要求是减速箱箱体加工中的关键问题,表 2— 8列出了减速箱 轴承孔加工中的常见问题及解决办法。

范文二：CM6150型车床床头箱三维设计

CM6150车床床头箱三维设计

作者:ee

(ee )

指导老师:ee

[摘要 ]本设计主要是对 CM6150型车床床头箱三维设计, 通过设计过程中能够发现 问题,掌握其中的设计结构和设计思路,对其所采用的设计方案进行掌握学习,通过运 用 Pro-e 对床头箱进行三维建模,加深对 CM6150主轴箱工作原理的理解。

[关键词 ]CM6150车床; 床头箱; 三维设计; 传动

The Three-dimensional Modeling and Optimal Design of CM6150 Lathe Spindle Box Transmission System

ee

(ee)

ee

[Abstract]This design drawings marked update the information available on CM6150 lathe spindle box,draw two-dimensional drawings,establish three-dimensional model, Through the design process can be found that the problem, get the design of structure and design ideas, its design scheme adopted by the master study , and the use of the Pro-e to creat the spindle part of 3D modeling, deepen understanding CM6150 spindle box works .

[Keywords]CM6150; spindle box; three-dimensional modeling;transmission

目录

第一章 绪 论 ......................................................... 1 1.1课题意义和目的 .................................................... 1 1.2本课题研究现状、发展趋势、研究方法及应用领域 ...................... 1 1.2.1研究现状 ..................................................... 1 1.2.2发展趋势 ..................................................... 2 1.2.3研究方法 ..................................................... 3 1.2.4应用领域 ..................................................... 3 1.3本课题解决的主要问题及思路与方法和拟采用的研究方法 ................ 3 1.3.1要解决的主要问题及解决问题思路 ............................... 3 1.3.2拟采用的技术路线 ............................................. 4 1.4 CM6150简介 ....................................................... 4 1.4.1车床组成 ..................................................... 4 1.4.2 车床的主要技术性能 .......................................... 5 第二章 传动方案和传动系统图的拟定 . ................ 错误!未定义书签。 2.1确定极限转速 ..................................... 错误!未定义书签。 2.2确定公比 ......................................... 错误!未定义书签。 2.3主轴转速级数 ..................................... 错误!未定义书签。 2.4结构式分析 ....................................... 错误!未定义书签。 2.5绘制转速图 ....................................... 错误!未定义书签。 2.5.1选择电动机 .................................. 错误!未定义书签。 2.5.2分配总降速传动比 ............................ 错误!未定义书签。 2.5.3确定传动轴的轴数 ............................ 错误!未定义书签。 2.5.4确定各级转速 ................................ 错误!未定义书签。 第三章 带传动设计 .................................... 错误!未定义书签。 3.1确定计算功率 ..................................... 错误!未定义书签。 3.2选择 V 带的带型 ................................... 错误!未定义书签。 3.3确定带轮的基准直径

d

d 并验算带速 v ................. 错误!未定义书签。 3.3.1初选小带轮的基准直径 1d

d ..................... 错误!未定义书签。 3.3.2验算带速 v .................................. 错误!未定义书签。 3.3.3计算大带轮的基准直径 2d

d . .................... 错误!未定义书签。

3.4确定 V 带的中心距 a 和基准长度

d

L ................... 错误!未定义书签。

3.4.1初定中心距

a . ............................... 错误!未定义书签。 3.4.2计算带所需的基准长度 d

L ..................... 错误!未定义书签。 3.4.3计算实际中心距 a ............................ 错误!未定义书签。

3.5验算小带轮上的包角

1

a ............................. 错误!未定义书签。 3.6计算带的根数 z . ................................... 错误!未定义书签。 3.6.1计算单根 V 带的额定功率 r

P . ................... 错误!未定义书签。 3.6.2计算 V 带的根数 z ............................ 错误!未定义书签。

3.7计算单根 V 带的拉力的最小值 ()0

min

F ................. 错误!未定义书签。

3.8计算压轴力

p

F ..................................... 错误!未定义书签。 第四章 电磁制动器的计算 ............................. 错误!未定义书签。 4.1制动片的内径 ..................................... 错误!未定义书签。

4.2选定系数 值,确定制动片的外径

2

D ................. 错误!未定义书签。 4.3确定速度修正系数 v

K . .............................. 错误!未定义书签。 4.4计算摩擦面对数 Z .................................. 错误!未定义书签。 4.5计算轴向压力 Q .................................... 错误!未定义书签。 第五章 齿轮的设计 .................................... 错误!未定义书签。 5.1对于 a 传动组齿轮 ................................. 错误!未定义书签。 5.1.1确定公式里的各计算数值 ...................... 错误!未定义书签。 5.1.2对 a 传动组齿轮 33校核 ....................... 错误!未定义书签。 5.2对于 b 传动组齿轮 ................................. 错误!未定义书签。 5.2.1确定公式里的各计算数值 ...................... 错误!未定义书签。 5.2.2对 b 传动组齿轮 17校核 ....................... 错误!未定义书签。 5.3进给传动齿轮 ..................................... 错误!未定义书签。 5.3.1 对于Ⅷ与Ⅸ传动组齿轮 ....................... 错误!未定义书签。 5.3.2对于Ⅹ与Ⅸ传动组齿轮 ........................ 错误!未定义书签。 第六章 轴的设计 ....................................... 错误!未定义书签。 6.1确定各轴最小直径 ................................. 错误!未定义书签。 6.1.1Ⅴ轴的直径 .................................. 错误!未定义书签。 6.1.2Ⅶ轴的直径 .................................. 错误!未定义书签。 6.1.3Ⅷ轴的直径 .................................. 错误!未定义书签。 6.1.4Ⅹ轴的直径 .................................. 错误!未定义书签。 6.1.5Ⅸ轴的直径 .................................. 错误!未定义书签。 6.2轴的校核 ......................................... 错误!未定义书签。 6.2.1Ⅴ轴的校核 .................................. 错误!未定义书签。 6.2.2Ⅶ轴的校核 .................................. 错误!未定义书签。 6.2.3Ⅷ轴的校核 .................................. 错误!未定义书签。 6.2.4ⅹ轴的校核 .................................. 错误!未定义书签。 6.2.5Ⅸ轴的校核 .................................. 错误!未定义书签。 第七章 主轴的计算及轴承选择 . ....................... 错误!未定义书签。 7.1主轴主要结构参数的确定 ........................... 错误!未定义书签。 7.1.1主轴轴颈直径的选取 .......................... 错误!未定义书签。 7.1.2轴承钢度校核及主轴最佳跨距 .................. 错误!未定义书签。 7.2 各传动轴支撑处轴承的选择 ......................... 错误!未定义书签。 7.3主轴刚度的校核 ................................... 错误!未定义书签。 第八章 主轴箱的箱体 ................................. 错误!未定义书签。 第九章 主轴部分三维建模 ............................. 错误!未定义书签。 9.1主轴的三维建模 ................................... 错误!未定义书签。 9.2床头斜齿轮的三维建模 ............................. 错误!未定义书签。 9.3床头箱的总装 ..................................... 错误!未定义书签。 9.3.1主轴的装配 .................................. 错误!未定义书签。 9.3.2其他轴的装配 ................................ 错误!未定义书签。

9.3.3箱体结构 .................................... 错误!未定义书签。 9.3.4总体装配 .................................... 错误!未定义书签。 结 论 ................................................ 错误!未定义书签。 致 谢 ................................................ 错误!未定义书签。 参考文献 ............................................... 错误!未定义书签。

第一章 绪 论

1.1课题意义和目的

本课题名称是:CM6150车床床头箱的三维设计,通过建立三维模型可以更加充分了 解 CM6150的工作原理并加深对机械设计、制造及工艺的理解,锻炼理论联系实际能力。 就工程实践意义来说,在设计过程中能够发现问题,掌握其中的设计方法和设计思路, 对其所采用的设计方案进行掌握学习,对于优秀的设计方案和解决问题的方法可以借 鉴,使自己的的方案能进一步优化。若没有发现新的问题,设计者也可以学习原先好的 设计方法。另外对个人而言,通过该设计对个人能力也是一种提高,锻炼设计者自己发 现和解决问题的能力,从而对设计者以后从事这方面的工作做了一个基垫的作用。

1.2本课题研究现状、发展趋势、研究方法及应用领域

1.2.1研究现状

目前国内外对机床的研究重点各不相同,针对以下三个方向作以简单陈述。

并联机床:并联机床作为机床技术和机器人技术相结合的产物, 与传统结构的机 床相比具有很多的优点, 并联机床设计很多关键技术, 包括构型设计, 正逆解析并联 机器人运动学、 作业空间和灵活度的研究、 如何让减小误差提高精度、 动力学分析和 控制、 数控技术以及对一些关键零部件的研究。 目前各国对并联机床基本上处于研究、 试制和使用阶段。 与国外相比, 国内对并联机床研究、 设计以及应用等方面的关键技 术的研究有待进步加强, 如对球铰的制造精度、 运动精度的测量和控制、 有效工作区 的描述和所受的工作区的描述和所受的约束以及工作的可靠性问题的研究。 此外, 对 并联机床的动力学分析及其对加工过程、 加工精度以及控制策略的影响规律等方面的 研究在国内外还仅处于起步阶段。 由于国内在这方面研究的投资强度和国际水平相比 有相当大差距,因此必须有计划、有目标地结合我国和国际水平开展上述研究工作, 以逐步缩短这一差距,尤其在基础研究方面。

组合机床:组合机床及其自动线是一种综合性很高的高技术专用产品, 是根据用 户特殊要求二设计的,它设计到加工工艺、刀具、测量、控制、诊断监控、清洗、装 配和试漏等技术。从 2002年年底第 21届日本国籍机床展览会获悉,在来自世界 10多个国家和地区的 500多家机床制造商和团体展示的最先进机床设备中, 超高速和超

高精度加工技术装备与复合、 多功能、 多轴化控制设备等深受欢迎。 而超高速加工技 术的关键是提高机床的主轴转速和进给速度。 另外, 产品周期的缩短也要求加工机床 能够随时调整和适应新的变化, 满足各种各样产品的加工需求。 然而更关键的是现代 通信技术在机床设备中的应用, 信息同喜技术的引进使得现代机床的自动化程度进一 步提高, 操作者可以通过网络或手机对机床的程序进行加工修改, 对运转状况进行监 控并积累有关数据:通过网络对远程的设备进行维修和检查、提供售后服务等。 数控机床:虽然由于工业发展的强劲拉动, 我国机床行业获得了突飞猛进的发展, 已经成为世界第一大机床制造国,但是,与机床产值世纪第一的“荣耀”相比,我国 在高档机床以及高档机床零部件制造上却远远落后于发达国家。 数控机床所需要的功 能零部件, 比如轴承、 摆头还有光栅, 国内都处于起步阶段, 造不出一流水准的产品。 而最常见的丝杠、导轨、刀具等部件,最优质的货品也需要进口。作为数控机床的大 脑, 数控系统在整个机器的价值中占到五分之一。 近几年来, 国产的低端数控系统基 本把国外竞争对手挤出了中国市场; 而高档市场则正好相反, 国产只占不到十分之一, 高档数控系统市场基本上在法那科和西门子等厂家的掌握中。 国外高档数控系统比国 内数控系统的先进性主要表现在高速和高精度、 五轴加工和智能化方面, 其平均无故 障时间是国内产品的 4倍。 数控系统的体系结构、 软硬配件、 高速高精算法都需要长 时间的研究和改善。国内电子基础产业落后,决定了我国高档数控系统的弱势表现。 除了数控系统水平的差距, 关键零部件领域的薄弱也限制了国产机床的高度。 在一些 机床展会上, 也能看到应用法那科或西门子数控系统的国产高档机床, 与国外装配同 样“大脑”的机床相比,转速只有国外的三分之一,误差范围是别人的 5倍。

1.2.2发展趋势

目前机床的研究发展方向可以概括为以下五个方面;高智能化:现代科学技术的发 展,新材料及新零件的出现,对精密加工技术不断提出新的要求,提高加工精度,发展 新型超精密加工机床,完善精密加工技术,适应现代科技的发展,已经成为数控机床的 发展方向之一。高速化:提高生产率是数控机床追求的基本目标之一。数控机床高速化 可充分发挥现代刀具材料的性能,不但可大幅度提高加工效率,降低 加工成本。而且 还可提高零件的表面加工质量和精度,对制造业实现高效、优质、低成本生产具有广泛 的适应性。高柔性化:采用柔性自动化设备或系统,提高加工精度和效率,缩短生产周 期,适应市场变化需求和提高竞争能力的有效手段,数控机床在 提高单机柔性化的同 时,朝着单位元柔性化和系统柔性化方向发展。高自动化:高自动化是指在全部加工

过程中尽量减少人的介入而 自动完成规定的任务,它包括物料流和信息流的自动化。 智能化:随着人工智能在计算机领域的不断渗透与发展,为适应制造业生产柔性、自动 化发展需求,智能化正成为数控机床研究及发展特点,它不仅贯穿在生产加工的全过程 (如智能编程、智能数据库、智能监控) ,还贯穿在产品的售后服务和维修中。

1.2.3研究方法

随着现代机械制造技术的飞速发展, 精密和超精密加工技术已经成为现代机械制造 的重要组成部分,把普通机床改造成为数控机床的技术应用已经越来越普遍。数控机床 作为机械制造行中的重要工具,它的精度指标是影响工件加工精度的重要因素。机床在 工作中产生的运动误差难以避免,为了提高机床的加工精度,这就需要对机床的误差检 测及补偿做出研究。合理选择分配各轴补偿点,提高数控机床精度。一般提高机床精度 有两种方法。一种是通过提高零件设计、制造和装配的水品来消除可能的误差源,称为 误差防止法。该方法一方面主要受到加工母机精度的制约,另一方面零件质量的提高导 致加工成本膨胀,致使该方法的使用受到一定限制。另一种叫误差补偿法,通常通过修 改机床的加工指令,对机床进行误差补偿,达到理想的运动轨迹,实现机床精度的软升 级。根据数控机床各轴的精度情况,利用螺距误差自动补偿功能和反向间隙补偿功能, 合理地选择分配各轴补偿点,使数控机床达到最佳精度状态,可大大提高检测机床定位 精度的效率。 采用以上方法对机床各坐标轴的反向偏差、 定位精度进行准确测量和补偿, 可以很好地减少或消除反向偏差对机床精度的不利影响,提高机床的定位精度,使机床 处于最佳精度状态,从而保证零件的加工质量。

1.2.4应用领域

随着科技的发展, 现代机床已经迈向现代数控方向, 数控机床具有广泛的实用性 和较大的灵活性, 为高精度小批量生产以及试制心产品提供了极大的方便, 提高了企 业的快速应变能力。 再者它的加工生产率高, 在带有刀库和自动换刀装置的数控加工 中心机床上,减少了半成品的周转时间。能够实现复杂曲面加工,如应用在螺旋桨、 汽轮机叶片之类的空间曲面加工, 还有利于生产管理现代化。 因此机床的数控化对整 个机械行业的在实际生活中的应用都起到很重要的作用。

1.3本课题解决的主要问题及思路与方法和拟采用的研究方法

1.3.1要解决的主要问题及解决问题思路

(1)参数拟定:根据机床类型、规格和其他特点,了解典型工艺的切削用量,结

合实际条件和情况,并与同类型机床对比分析后确定:极限转速和公比 (或级数 ) ,主传 动电机功率;

(2)传动设计:通过结构网和转速图的分析,确定传动结构方案和传动系统图,计 算各传动副的传动比及齿轮的齿数,并验算转速误差;

(3)动力计算和结构草图设计:估算齿轮模数和直径;将各传动件及其它零件在展 开图和剖面图上做初步的安排、布置和设计;

(4)轴和轴承的验算:在结构草图的基础上,对一根传动轴的刚度和该轴的轴承寿 命进行验算;

(5)床头箱装配设计:床头箱装配图是以结构草图为“底稿” ,进行设计和绘制的。 图上各零件要表达清楚,并标注尺寸和配合,并应用 Pro/E软件进行三维建模以及生成 三维装配图。

1.3.2拟采用的技术路线

拟定设计方案, 包括拟定运动参数和运动设计。 然后是动力计算及传动零件的计算, 其中包括三角胶带传动的计算,齿轮模数的初步计算,传动轴直径的估算和传动轴组件 的设计。之后便是技术设计,包括绘制装配草图和主要零件的验算。最后是润滑系统的 选择。

1.4 CM6150简介

1.4.1车床组成

CM6150型普通车床的主要组成部件有:主轴箱、进给箱、溜板箱、刀架、尾架、光 杆、丝杠和床身。

主轴箱:又称床头箱,它的主要任务是将主电机传来的旋转运动经过一系列的变速 机构使主轴得到所需的正反两种转向的不同转速, 同时主轴箱分出部分动力将运动传给 进给箱。主轴箱中等主轴是车床的关键零件。主轴在轴承上运转的平稳性直接影响工件 的加工质量。一旦主轴的旋转精度降低,则机床的使用价值就会降低。

进给箱:又称走刀箱,进给箱中装有进给运动的变速机构,调整其变速机构,可得 到所需的进给量或螺距,通过光杠或丝杠将运动传至刀架以进行切削。

丝杠与光杠:用以联接进给箱与溜板箱,并把进给箱的运动和动力传给溜板箱,使 溜板箱获得纵向直线运动。丝杠是专门用来车削各种螺纹而设置的。在进行工件的其他 表面车削时,只用光杠,不用丝杆。

溜板箱:是车床进给运动操纵箱,内装有将光杠和丝杠的旋转运动变成刀架直线运 动的机构,通过光杠传动实现刀架的纵向进给运动、横向进给运动和快速移动,通过丝 杠带动刀架作纵向直线运动,以便车削螺纹。

机床组成如图 1-1所示。

图 1-1 CM6150机床

1.4.2 车床的主要技术性能

CM6150的主要技术参数见表 1-1。

表 1-1 CM6150的主要技术参数

第二章 . 电机选择

2.1电动机选择

2.1.1选择电动机类型 2.1.2选择电动机容量

电动机所需工作功率为: ηw

d P P =; 工作机所需功率 w P 为: 1000

Fv P w =;

传动装置的总效率为: 4321ηηηηη=;

传动滚筒 96. 01=η 滚动轴承效率 96. 02=η 闭式齿轮传动效率 97. 03=η 联轴器效率 99. 04=η 代入数值得:

8. 099. 097. 099. 096. 02244321=???==ηηηηη

所需电动机功率为: kW kW Fv P d 52. 106010008. 040100001000=???==η

d P ε略大于 d P 即可。

选用同步转速 1460r/min ; 4级 ;型号 Y160M-4. 功率为 11kW

2.1.3确定电动机转速

取滚筒直径 mm D 500= min /6. 125500100060r v n w =?=π

1. 分配传动比 (1)总传动比 62. 116

. 1251460===w m n n i (2)分配动装置各级传动比

取两级圆柱齿轮减速器高速级传动比

03. 44. 01==i i

则低速级的传动比 88. 203

. 462. 110112===i i i

2.1.4 电机端盖组装 CAD 截图

图 2.1.4电机端盖

2.2 运动和动力参数计算 2.2.1电动机轴

m

N r kW

n

T n n p p m

d

?======81. 68min

/146052. 100

2.2.2高速轴

m N r kW

p T n n p p m

d

?=?======09. 68146041

. 109550min

/146041. 101

1

1

1

4

1

η 2.2.3中间轴

m N r r kW n p T i n

p p p

?=?======??===

6. 2632. 36210

. 109550min /2. 362min /03. 4146010. 1097. 099. 052. 102

2

2

01

1

2

3

200112

ηηη

2.2.4低速轴

m

N r kW n p T i

n p p p

?=?======??===

8. 735955076. 12569

. 9min /76. 12588. 22. 36269. 997. 099. 010. 103

3

3

12

2

3

3

210223

ηηη 2.2.5滚筒轴

m N r kW n p T i

n p p p

?=?=====??===

72076. 12549

. 99550min /76. 12549. 999. 099. 069. 94

4

4

23

3

4

4

220334

ηηη

3. 齿轮计算

3.1选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数

1>按传动方案,选用斜齿圆柱齿轮传动。

2>绞车为一般工作机器,速度不高,故选用 7级精度(GB 10095-88) 。

3>材料选择。由表 10-1选择小齿轮材料为 40Cr (调质) ,硬度为 280 HBS ,大齿轮 材料为 45钢(调质)硬度为 240 HBS,二者材料硬度差为 40 HBS。

4>选小齿轮齿数 241=z ,大齿轮齿数 76. 9603. 4242=?=z 。取 97

2=z

5初选螺旋角。初选螺旋角 ?=14β

3.2按齿面接触强度设计

由《机械设计》设计计算公式(10-21)进行试算,即

0112H

E

H d t t Z Z T K d σμ

μεφα

+=

3.2.1确定公式内的各计算数值

(1)试选载荷系数 6. 1=t k 1。

(2)由《机械设计》第八版图 10-30选取区域系数 433. 2=h z 。

(3) 由 《 机 械 设 计 》 第 八 版 图 10-26查 得 78

. 01=εα, 87

. 02

=ε

α, 则

65

. 121=+=ε

εεααα

。

(4)计算小齿轮传递的转矩。 mm N mm N n p T . 108. 6. 146041. 10105. 95105. 95451051?=??=??=

(5)由《机械设计》第八版表 10-7 选取齿宽系数 1=d φ

(6)由《机械设计》第八版表 10-6查得材料的弹性影响系数 MPa Z e 8. 189= (7)由《机械设计》第八版图 10-21d 按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限

MPa H 6001lim =σ ;大齿轮的接触疲劳强度极限 MPa H 5002lim =σ 。

13计算应力循环次数。

911103. 61530082114606060?=??????==h jL n N

9121056. 103

. 4?==N

N

(9) 由 《 机 械 设 计 》 第 八 版 图 (10-19) 取 接 触 疲 劳 寿 命 系 数

90. 01=HN K ; 95. 02=HN K 。

(10)计算接触疲劳许用应力。

取失效概率为 1%,安全系数 S=1,由《机械设计》第八版式(10-12)得 []MPa MPa S

K HN H 5406009. 01lim 11=?==σσ

[]MPa MPa S K HN H 5. 52255095. 02lim 22=?==σσ

(11)许用接触应力

[][][]MPa H H H 25. 53122

1=+=σσσ

3.2.2计算

(1)试算小齿轮分度圆直径 d t 1

1t d =

2486. 01046. ??=41046. 167396. 0??=10738. ?=4

9.56mm

(2)计算圆周速度 v 0

s m t /78. 31000

6056

. 4914601000

601

1=???=

?=

ππν

(3)计算齿宽及模数

11

cos 49.56t

nt

mm m

z

β

==

=

=z

m

t

nt

1

1cos β

2414cos 56. 49??=24

97

. 056. 49?=2mm

h=2.25=nt m 2.25?2=4.5mm =49.56/4.5=11.01 (4)计算纵向重合度

==βφ

ε

β

tan 318. 01

z d

0.318?1?24?tan ?14=20.73

(5)计算载荷系数 K 。

已知使用系数 , 1=K A 根据 v= 7.6 m/s,7级精度,由《机械设计》 第八版图 10-8查 得动载系数 ; 11. 1=K v

由《机械设计》第八版表 10-4查得 K H β

的值与齿轮的相同,故 ;

42. 1=K H β

由《机械设计》第八版图 10-13查得 35

. 1=βf K

由《机械设计》第八版表 10-3查得 4. 1==βαH H K K . 故载荷系数

==βαH H V A K K K K K 1?1.11?1.4?1.42=2.2

(6)按实际的载荷系数校正所算得分度圆直径,由式(10-10a )得

==11K

d d t

t K

mm 11. 55375. 56. 496

. 12

. 256. 49=?=? (7)计算模数

=

=z m n 1

1c o s βmm 22. 22411

. 5597. 02414cos 11. 55=?=?? 3.3按齿根弯曲强度设计

由式(10-17)

2

2

112cos ε

φα

ββ

F

Sa

Fa

d

n

z Y T m

K ??

≥

3.3.1确定计算参数

(1)计算载荷系数。

==βαf f V A K K K K K 35. 14. 111. 1???=2.09

(2)根据纵向重合度 903

. 1=ε

β ,从《机械设计》第八版图 10-28查得螺旋角

影响系数 88

. 0=Y β

(3)计算当量齿数。

37. 2691. 02424142497. 0cos cos 3

3

3

11=====

βz V

59. 10691

. 0971497cos cos 3

3

22

====βz

v (4)查齿形系数。

由表 10-5查得 18

. 2; 57. 221==Y Y Fa Fa

(5)查取应力校正系数。

由《机械设计》第八版表 10-5查得 79

. 1; 6. 121

==Y Y Sa Sa

(6) 由 《 机 械 设 计 》 第 八 版 图 10-24c 查 得 小 齿 轮 的 弯 曲 疲 劳 强 度 极 限 MPa FE 5001=σ

;大齿轮的弯曲强度极限 MPa FE 3802=σ

;

(7)由《机械设计 》第八版图 10-18取 弯曲疲劳寿命系数 85

. 01=K FN , 88. 02=K FN ;

(8)计算弯曲疲劳许用应力。

取弯曲疲劳安全系数 S =1.4, 由《机械设计》第八版式(10-12)得

[][]MPa

MPa S

F MPa MPa S

F FE FN FE FN 86. 2384

. 138088. 057. 3034

. 185500

. 02

2

2

1

1

1=?====

=

σσ

(9)计算大、小齿轮的 σF

Sa Fa 并加以比较。

1363.. 057. 303596

. 1592. 21

11=?=

σF Sa Fa

σF Sa Fa 2

22

=

01642. 086

. 238774

. 1211. 2=?

由此可知大齿轮的数值大。

3.3.2设计计算

m

m m m m m

n

59. 1085. 4342. 401642. 065

. 1*88. 08. 610. 2232

3

2

2

4

97. 024

)

14(cos10==?=??????≥?

对比计算结果,由齿面接触疲劳强度计算的法面模数 m n 大于由齿面齿根弯曲疲

劳强度计算 的法面模数,取 =

m n 2,已可满足弯曲强度。但为了同时满足接触疲劳强 度,需按接触疲劳强度得的分度圆直径 100.677mm 来计算应有的齿数。于是由

73. 26214cos 11. 55cos 11

=??==m z n β 取 27

1

=z ,则 81. 10803. 4272=?=z 取 ;

1092

=z

3.4几何尺寸计算

3.4.1计算中心距

a=

()mm n

2. 14097

. 0136

14cos 22) 10927(cos 22

1

==??+=

+β

将中以距圆整为 141mm.

3.4.2按圆整后的中心距修正螺旋角

?==??+=+=06. 1497. 0arccos 2

. 14022

) 10927(2) (21a n β

因 β值改变不多,故参数 ε

α、 k β、 Z H 等不必修正。

3.4.3计算大、小齿轮的分度圆直径

m m m m d

d n

n

22497. 0218

14cos 2109cos 5597

. 054

14cos 227cos 2

2

11==?=

=

==?==β

β

mm a 5. 1392

224

552

2

1

=+=

+=

3.4.4计算齿轮宽度

mm b d

d

5567. 5511

=?==φ

圆整后取 mm mm B B 61; 5612==. 低速级

取 m=3;; 303=z 由 88. 23

412==

z

i

42.883086.4z =?= 取 874=z m m

m m m z d

z d 2618739030344

33=?===?==

mm mm a 5. 1752

261

902

4

3

=+=

+=

mm mm b d

d

909013

=?==φ

圆整后取 mm mm B B 95, 9034==

4. 轴的设计

4.1低速轴

4.1.1求输出轴上的功率

p

3

转速 n 3和转矩 T 3

若取每级齿轮的传动的效率 , 则

m

N r kW n p T i

n p p p

?=?======?===

842. 735955076. 12569

. 9min /76. 12588. 22. 36269. 997. 990. 010. 103

3

3

12

2

3

3

210223

ηηη 4.1.2求作用在齿轮上的力

因已知低速级大齿轮的分度圆直径为

m m m z d

404101444

=?==

N

N N

F

F

F F d

F t

a n t

r

t

90814tan 3642tan 136697

. 03639

. 0364214cos 20tan 3642cos tan 36424041000

8. 735224

3

=??==

=?=???

===??=

=ββ

圆周力 F t ,径向力 F r 及轴向力 F a 的

4.1.3初步确定轴的最小直径

先按式初步估算轴的最小直径 . 选取轴的材料为 45钢 , 调质处理 . 根据《机械设计》 第八版表 15-3, 取 112

0=A ,于是得

m m

n

p A

d 64. 47077. 011276

. 12569

. 911233

3

3

0min

=?=?== 输出轴的最小直径显然是安装联轴器处轴的直径 d 12. 为了使所选的轴直径与联轴 器的孔径相适应 , 故需同时选取联轴器型号 .

联轴器的计算转矩 T K T A ca 3=

, 查表考虑到转矩变化很小 , 故取 3

. 1=K A

,则 :

mm N mm N T K T A ca ?=??==6. 956594735842

3. 13 按照计算转矩 T ca 应小于联轴器公称转矩的条件 , 查标准 GB/T 5014-2003或手册 ,

选 用 LX4型 弹 性 柱 销 联 轴 器 , 其 公 称 转 矩 为 2500000mm N ? .半 联 轴 器 的 孔 径 mm d 551= ,故取 mm d 5021=- ,半联轴器长度 L=112mm , 半联轴器与轴配合的毂孔长

度 mm L 841=.

4.1.4轴的结构设计

(1)拟定轴上零件的装配方案

图 4-1

(2)根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度

1) 根据联轴器 ;

84, 501212mm mm l d ==为了满足半联轴器的轴向定位要示求 ,1-2轴

段右端需制出一轴肩 , 故取 2-3段的直径 mm

d 6232=- ;左端用轴端挡圈 , 按轴端直径取

挡圈直径 D=65mm.半联轴器与轴配合的毂孔长度 mm

L 841=, 为了保证轴端挡圈只压在

半联轴器上而不压在轴的端面上 , 故 1-2 段的长度应比 L 1 略短一些 , 现取 mm

l 8221=-. 2) 初步选择滚动轴承 . 因轴承同时受有径向力和轴向力的作用 , 故选用单列圆锥滚

子轴承 . 参照工作要求并根据 mm

d 6232=-, 由轴承产品目录中初步选取 0 基本游子隙 组 、标准精度级的单列圆锥滚子轴承 30313。其尺寸为 d ?D ?T=65mm?140mm ?36mm ,故 mm d d 657643==-- ;而 mm mm d l 82, 5. 546565==--。

3) 取安装齿轮处的轴段 4-5段的直径 mm

d 7054=- ; 齿轮的右端与左轴承之间采 用套筒定位。 已知齿轮轮毂的宽度为 90mm , 为了使套筒端面可靠地压紧齿轮, 此轴段应

略短于轮毂宽度, 故取 mm

l 8554=- 。 齿轮的左端采用轴肩定位, 轴肩高度 d h 07. 0≥ ,

故取 h=6mm , 则轴环处的直径 mm d 8265=- 。 轴环宽度 h b 4. 1≥ , 取 mm

l 5. 6065=-。

4) 轴承端盖的总宽度为 20mm (由减速器及轴承端盖的结构设计而定) 。 根据轴承端 盖的装拆及便于对轴承加润滑脂的要求,取端盖的外端面与半联轴器右端面间的距离

l=30mm,故取 mm

l 57. 403

2=-

低速轴的相关参数:

齿轮、半联轴器与轴的周向定位均采用平键连接。按 d 54-查表查得平键截面 b*h=20mm?12mm , 键槽用键槽铣刀加工, 长为 L=63mm,同时为了保证齿轮与轴配合有

良好的对中性,故选择齿轮轮毂与轴的配合为 6

7

n H ;同样,半联轴器与轴的连接,选

用平键为 14mm ?9mm ?70mm ,半联轴器与轴的配合为 6

7

k H 。滚动轴承与轴的周向定位

是由过渡配合来保证的,此处选轴的直径公差为 m6。

4.2中间轴

4.2.1求输出轴上的功率 p 2转速 n 2和转矩 T 2

m N r r kW n p T i n

p p p

?=?======??===

6. 2632. 36210

. 109550min /2. 362min /03. 4146010. 1097. 099. 052. 102

2

2

01

1

2

3

200112

ηηη

4.2.2求作用在齿轮上的力

(1)因已知低速级小齿轮的分度圆直径为:

m m m z d

14035433

=?==

N

N N

F

F

F F d

F t

a n t

r

t

35214tan 1412tan 141297

. 03639

. 0376514cos 20tan 3765cos tan 37651401000

6. 263223

2

=??==

=?=???

===??=

=ββ

(2)因已知高速级大齿轮的分度圆直径为:

m m m z d

399133322

=?==

N

N N

F

F

F F d

F t

a n t

r

t

12314tan 495tan 49597

. 03639

. 0132114cos 20tan 1321cos tan 13213991000

6. 263222

2

=??==

=?=???

===??=

=ββ

4.2.3初步确定轴的最小直径

先按式初步估算轴的最小直径 . 选取轴的材料为 45钢 , 调质处理 . 根据表 15-3, 取

1120=A , 于是得:

m m

n

p

A

d 6. 33027. 01122

. 36210

. 1011233

2

2

0min

=?=?== 轴的最小直径显然是安装轴承处轴的直径 d 12。

图 4-2

4.2.4初步选择滚动轴承 .

(1)因轴承同时受有径向力和轴向力的作用 , 故选用单列圆锥滚子轴承,参照工作 要求并根据 mm d 3521=-, 由轴承产品目录中初步选取 0 基本游子隙组 、标准精度级的 单列圆锥滚子轴承。 其尺寸为 d ?D*T=35mm?72mm ?18.25mm , 故 mm d d 356521==--,

mm l

8. 316

5=-;

(2)取安装低速级小齿轮处的轴段 2-3段的直径 mm d 4532=-

mm l

8. 292

1=- ;齿

轮的左端与左轴承之间采用套筒定位。已知齿轮轮毂的宽度为 95mm ,为了使套筒端面 可靠地压紧齿轮, 此轴段应略短于轮毂宽度, 故取 mm l 9032=- 。 齿轮的右端采用轴肩 定位,轴肩高度 d h 07. 0≥,故取 h=6mm,则轴环处的直径。轴环宽度 h b 4. 1≥,取 mm l 1243=-。

(3) 取安装高速级大齿轮的轴段 4-5段的直径 ; 4554mm d =-齿轮的右端与右端轴承 之间采用套筒定位。已知齿轮轮毂的宽度为 56mm ,为了使套筒端面可靠地压紧齿轮, 此轴段应略短于轮毂宽度,故取 mm l 5154=-。

4.2.5轴上零件的周向定位

齿轮、半联轴器与轴的周向定位均采用平键连接。按 d 54-查表查得平键截面 b*h=22mm?14mm 。键槽用键槽铣刀加工,长为 63mm, 同时为了保证齿轮与轴配合有良 好的对中性,故选择齿轮轮毂与轴的配合为 ;同样,半联轴器与轴的连接,选用平键 为 14mm ?9mm ?70mm ,半联轴器与轴的配合为 。滚动轴承与轴的周向定位是由过渡 配合来保证的,此处选轴的直径公差为 m6。

中间轴的参数:

4.3高速轴

4.3.1求输出轴上的功率

p

1

转速 n 1和转矩 T 1

若取每级齿轮的传动的效率 , 则

m N r kW

n

p T n n p p m

d

?=?======09. 68146041

. 109550min

/146041. 101

1

1

1

4

1

η 4.3.2求作用在齿轮上的力

因已知低速级大齿轮的分度圆直径为

m m m z d

7224311

=?==

N

N N

F

F

F F d

F t

a n t

r

t

95. 470249. 038. 189114tan 38. 1891tan 55. 70997

. 03639

. 038. 189114cos 20tan 38. 1891cos tan 38. 189172

1000

09. 68221

1

=?=??==

=?=???

===*?=

=ββ

4.3.3初步确定轴的最小直径

先按式初步估算轴的最小直径 . 选取轴的材料为 45钢 , 调质处理 . 根据表 15-3, 取

1120

=A , 于是得:

m m

n

A

d 54. 211. 0924. 1112*13. 71121460

41. 1011233

3

1

1

0min

10=??=?=?==- 输出轴的最小直径显然是安装联轴器处轴的直径 d 12. 为了使所选的轴直径与联轴 器的孔径相适应 , 故需同时选取联轴器型号 .

联轴器的计算转矩 T K T A ca 1= , 查表 , 考虑到转矩变化很小 , 故取 3. 1=K A , 则 :

mm N mm N T K T

A ca

?=??==88517680903. 11

按照计算转矩 T ca 应小于联轴器公称转矩的条件 , 查标准 GB/T 5014-2003 或

手册 , 选用 LX2型弹性柱销联轴器 , 其公称转矩为 560000mm N ? . 半联轴器的孔径 mm d 301= , 故取 mm d 3021=- , 半联轴器长度 L=82mm , 半联轴器与轴配合的毂孔长 度 mm L 821=.

4.4轴的结构设计

4.4.1拟定轴上零件的装配方案

图 4-3

4.4.2根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度

1) 为了满足半联 轴器的轴向定位要示求 ,1-2轴段右端需制出一轴肩 , 故取 2-3 段的 直径 mm d 4232=- ; 左端用轴端挡圈 , 按轴端直径取挡圈直径 D=45mm . 半联轴器与轴 配合的毂孔长度 mm L 821= , 为了保证轴端挡圈只压在半联轴器上 而不压在轴的端面 上 , 故 段的长度应比 略短一些 , 现取 mm l 8021=-.

2) 初步选择滚动轴承 . 因轴承同时受有径向力和轴向力的作用 , 故选用单列圆锥滚子 轴承 . 参照工作要求并根据 mm d 4232=- , 由轴承产品目录中初步选取 0 基本游子隙 组 、标准精度级的单列圆锥滚子轴承。其尺寸为 d*D*T=45mm*85mm*20.75mm,故 mm d d 457643==-- ;而 mm l 75. 2687=- , 75. 3143=-l mm 。

3)取安装齿轮处的轴段 4-5段 , 做成齿轮轴;已知齿轮轴轮毂的宽度为 61mm ,齿 轮轴的直径为 62.29mm 。

4)轴承端盖的总宽度为 20mm (由减速器及轴承端盖的结构设计而定) 。根据轴承 端盖的装拆及便于对轴承加润滑脂的要求, 取端盖的外端面与半联轴器右端面间的距离 l=30mm,故取 mm l 81. 4532=-。

5) 轴上零件的周向定位

齿轮、半联轴器与轴的周向定位均采用平键连接。按 d 54- 查表查得平键截面 b*h=14mm*9mm ,键槽用键槽铣刀加工,长为 L=45mm,同时为了保证齿轮与轴配合

有良好的对中性,故选择齿轮轮毂与轴的配合为 6

7

n H ;同样,半联轴器与轴的连接,

选用平键为 14mm ?9mm ?70mm ,半联轴器与轴的配合为 6

7

k H 。滚动轴承与轴的周向

定位是由过渡配合来保证的,此处选轴的直径公差为 m6。

高速轴的参数:

5. 齿轮的参数化建模 5.1齿轮的建模

(1

)在上工具箱中单击 按钮,打开“新建”对话框,在“类型”列表框中选择

“零件”选项,在“子类型”列表框中选择“实体”选项,在“名称”文本框中输入 “ dachilun_gear” ,如图 5-1所示。

图 5-1“新建”对话框

2>取消选中“使用默认模板”复选项。单击“确定”按钮,打开“新文件选项”对 话框,选中其中“ mmns_part_solid”选项,如图 5-2所示,最后单击”确定“按钮,进 入三维实体建模环境。

图 5-2“新文件选项”对话框

(2)设置齿轮参数

1>“关系”选项,系统将自动弹出“关系”对 话框。

2>

在对话框中单击 按钮, 然后将齿轮的各参数依次添加到参数列表框中, 具体内

容如图 5-4所示,完成齿轮参数添加后,单击“确定”按钮,关闭对话框。

图 5-3输入齿轮参数

(3)绘制齿轮基本圆

在右工具箱单击

,弹出“草绘”对话框。选择 FRONT 基准平面作为草绘平面,

绘制如图 5-4所示的任意尺寸的四个圆。

(4)设置齿轮关系式,确定其尺寸参数

1>按照如图 5-5所示,在“关系”对话框中分别添加确定齿轮的分度圆直径、基圆 直径、齿根圆直径、齿顶圆直径的关系式。

2>双击草绘基本圆的直径尺寸,将它的尺寸分别修改为 d 、 a d 、 b d 、 f d 修改的结 果如图 5-6所示。

图 5-4草绘同心圆 图 5-5“关系”对话框

图 5-6修改同心圆尺寸 图 5-7“曲线:从方程”对话框 (5)创建齿轮齿廓线

1>

在右工具箱中单击 按钮打开“菜单管理器”菜单,在该菜单中依次选择“曲

“完成”选项,打开“曲线:从方程”对话框,如

图 5-7所示。

2>在模型树窗口中选择 坐标系,然后再从“设置坐标类型”菜单 中选择“笛卡尔”选项,如图 5-8所示,打开记事本窗口。

3>在记事本文件中添加渐开线方程式,如图 5-9所示。然后在记事本窗中选取“文 件” “保存”选项保存设置。

图 5-8“菜单管理器”对话框 图 5-9添加渐开线方程

4>选择图 5-11中的曲线 1、 曲线 2作为放置参照, 创建过两曲线交点的基准点 PNTO 。 参照设置如图 5-10所示。

图 5-11基准点参照曲线的选择 图 5-10“基准点”对话框

5>如图 5-12所示,单击“确定”按钮,选取基准平面 TOP 和 RIGHT 作为放置参照, 创建过两平面交线的基准轴 A_1,如图 6-13所示。

图 5-12“基准轴”对话框 图 5-13基准轴 A_1

6>如图 5-13所示,单击“确定”按钮,创建经过基准点 PNTO 和基准轴 A_1的基准 平面 DTM1, 如图 5-14所示。

5

5-15基准平面对话框 5-15基准平面 DTM1

7>如图 5-16所示,单击“确定”按钮,创建经过基准轴 A_1,并由基准平面 DTM1转过“ -90/z”的基准平面 DTM2,如图 5-17所示。

图 5-16“基准平面”对话框 图 5-17基准平面 DTM2

8>镜像渐开线。使用基准平面 DTM2作为镜像平面基准曲线,结果如图 5-18所示。

图 5-18镜像齿廓曲线

(6)创建齿根圆实体特征 1>

在右工具箱中单击

按钮打开设计图标版。 选择基准平面 FRONT 作为草绘平面,

接收系统默认选项放置草绘平面。

2>

在右工具箱中单击

按钮打开“类型”对话框,选择其中的“环”单选按钮,然

后在工作区中选择图 5-19中的曲线 1作为草绘剖面。再图标中输入拉伸深度为“ b ” , 完成齿根圆实体的创建,创建后的结果如图 5-20所示。

图 5-19草绘的图形

5-20拉伸的结果

(7)创建一条齿廓曲线 1>

在右工具箱中单击

按钮,系统弹出“草绘”对话框,选取基准平面 FRONT 作

为草绘平面后进入二维草绘平面。

2>

在右工具箱单击 按钮打开“类型”对话框,选择“单个”单选按钮,使用

和

并结合绘图工具绘制如图 5-21所示的二维图形。

图

5-21 草绘曲线图 5-22显示倒角半径

3>打开“关系”对话框,如图 5-22所示,圆角半径尺寸显示为“ sd0” ,在对话框 中输入如图 5-23所示的关系式。

图 5-23“关系“对话框

(8)复制齿廓曲线

1>在主菜单中依次选择“编辑”

单,选择其中的“复制”选项,选取“移动”复制方法,选取上一步刚创建的齿廓曲线

作为复制对象。

图 5-24依次选取的 菜单

2>选取 “平移” 方式, 并选取基准平面 FRONT 作为平移参照, 设置平移距离为 “ B ” , 将曲线平移到齿坯的另一侧。

图 5-25输入旋转角度

3>继续在 “移动特征” 菜单中选取 “旋转” 方式, 并选取轴 A_1作为旋转复制参照, 设置旋转角度为“ asin(2*b*tan(beta/d))” ,再将前一步平移复制的齿廓曲线旋转相应 角度。最后生成如图 5-26所示的另一端齿廓曲线。

图 5-26创建另一端齿廓曲线

(9)创建投影曲线 1>

在工具栏内单击

按钮,系统弹出“草绘”对话框。选取“ RIGUT ”面作为草绘

平面,选取“ TOP ”面作为参照平面,参照方向为“右” ,单击“草绘”按钮进入草绘环 境。

2>绘制如图 5-27所示的二维草图,在工具栏内单击

按钮完成草绘的绘制。

图 5-27绘制二维草图

3>

主菜单中依次选择“编辑” “投影”选项,选取拉伸的齿根圆曲面为投影

表面,投影结果如下图 5-28所示。

图 5-28投影结果 (10)创建第一个轮齿特征

1>在主菜单上依次单击“插入”

操控面板,如图 5-29所示。

2>在“扫描混合”操控面板内单击“参照”按钮,系统弹出“参照”上滑面板,如 图 6-30所示。

图 5-29 “扫描混合”操作面板 图 5-30“参照”上滑面板

3>在“参照”上滑面板的“剖面控制”下拉列表框内选择“垂直于轨迹”选项,在

“水平 /垂直控制”下拉列表框内选择“垂直于曲面”选项,如图 5-30示。

4>在绘图 区单击选取 分度圆上的投 影线作为扫 描混合的扫引 线,如图

5-31示。

图 5-31选取扫描引线

5>在“扫描混合”操作面板中单击“剖面”按钮,系统弹出“剖面”上滑面板,在 上方下拉列表框中选择“所选截面”选项,如图 5-32所示。

图 5-32“剖面”上滑面板 图 5-33 选取截面

6>在绘图区单击选取“扫描混合”截面,如图 5-33所示。 7>在“扫描混合”操控面板内单击

按钮完成第一个齿的创建,完成后的特征如

图 5-34所示。

图 5-34完成后的轮齿特征 图 5-35“选择性粘贴“对话框

(11)阵列轮齿

1>

单击上一步创建的轮齿特征,在主工具栏中单击

按钮,然后单击

按钮,

随即弹出“选择性粘贴”对话框,如图 5-35所示。在该对话框中勾选“对副本应用移 动 /旋转变换” ,然后单击“确定”按钮。

图 5-36 旋转角度设置 图 5-37复制生成的第二个轮齿

2>单击复制特征工具栏中的 “变换” , 在 “设置” 下拉菜单中选取 “旋转” 选项, “方 向参照” 选取轴 A_1, 可在模型数中选取, 也可以直接单击选择。 输入旋转角度 “ 360/z” , 如图 6-36所示。最后单击 按钮,完成轮齿的复制,生成如图 6-37所示的第 2个轮

齿。

3>在模型树中单击刚刚创建的第二个轮齿特征, 在工具栏内单击

按钮, 或者依次

“阵列”命令,系统弹出“阵列”操控面板,如图 6-38所示。

图 5-38 “阵列”操控面板

图 5-39 完成后的轮齿 图 5-40齿轮的最终结构

4>在“阵列”操控面板内选择“轴”阵列,在绘图区单击选取齿根园的中心轴作为 阵列参照,输入阵列数为“ 88”偏移角度为“ 360/z” 。在“阵列”操控面板内单击 按钮,完成阵列特征的创建,如图 5-39所示。 5>最后“拉伸” 、 “阵列”轮齿的结构,如图 5-40所示

致谢

本论文是在 ee 老师的悉心指导下完成的。 e 老师渊博的专业知识, 严谨的治学态度, 精益求精的工作作风,诲人不倦的高尚师德,严以律己、宽以待人的崇高风范,朴实无 华、平易近人的人格魅力对我影响深远。不仅使我树立了远大的学术目标、掌握了基本 的研究方法,后文是被我人为屏蔽掉了,想要原版吗?小伙伴,在第 2部分电机选择 CAD 图里找我联系方式吧,还使我明白了许多待人接物与为人处世的道理。本论文从 选题到完成,每一步都是在导师的指导下完成的,倾注了导师大量的心血。

在此,谨向 e 老师表示崇高的敬意和衷心的感谢! 本论文的顺利完成,离不开各 位老师、同学和朋友的关心和帮助。感谢 CAD 培训中心老师的指导和帮助。

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[27] 齿轮手册编委会 . 齿轮手册 [M].北京:机械工业出版社, 1990.

[28] 佟纯厚 . 近代交流调速 [M]. 第二版 . 北京:冶金工业出版社, 1995.

[29] 刘竞成 . 交流调速系统 [M].上海交通大学出版社, 1984.

[30] 韩安荣 . 通用变频器及应用 [M].第二版 . 北京:机械工业出版社, 2000.

[31] 杨兴瑶 . 电动机调速的原理及系统 [M]. 第二版 . 北京:水利电力出版社, 1979.

[32] B.H.鲁坚科 . 行星与谐波传动结构图册 [M].北京:机械工业出版社, 1986.

[33] HuI1 C . Chapter l , Rapid prototyping and manufacturing :fundamentals of stereolithography(J). SME Dearborn MI, l992, l.23.

[34] KarrerP,Corbels , Ander C J , et al. Containingfilling agents :application to stereophotolithography. J Polym Sci Polym Chem Ed , 1992,30:2715.

范文三：CG6125车床床头箱的设计

CG6125车床床头箱的设计 摘要

当前的机床制造业中。 虽然数控机床正在飞速发展, 然而, 普通机床由于其 具有价廉、质优、万能而可靠的优越性,在相当长时间内不可能被完全取代,还 要与数控机床并驾齐驱。问题是如何挖掘潜力,改进性能,提高其竞争能力。本 设计利用价值工程原理从结构,材料和工艺等方面对车床的床头箱进行改进设 计。 所谓的价值工程是为了寻求功能与成本之间的合理匹配, 使企业在生产经营 活动中能正确处理质量和成本的关系, 向社会提供更多的物美价廉的产品, 给企 业和社会带来更多的经济效益。 确定价值工程的对象, 一般我们选择对产品影响 较大的零部件、 设计年代已久或结构复杂需要改进或简化结构的零部件、 体积较 大或材料利用率低的零部件、 设计中间问题较多和改进潜力大的部件。 因此利用 价值工程作为依据,合理的确定普通床头箱的结构并选择合适的零部件进行设 计。

关键词:传动效率 接触疲劳强度 弯曲强度 耐磨性

目 录

摘要 .................................................................................................................................................. 1 Abstract ........................................................................................................... 错 误!未定义书签。 目 录 ............................................................................................................................................. 2第一章 绪论 . .............................................................................................................................. 4 1.1 引言 . .................................................................................................................................. 4 1.2 国内外研究现状及发展趋势 . .......................................................................................... 5 1.3 本课题主要研究内容 . ...................................................................................................... 6第二章 机械运动设计 . .................................................................................................................. 7 2.1 前置条件 . .......................................................................................................................... 7 2.2结构分析式 . ....................................................................................................................... 7 2.2.1确定变速组的个数和传动副数 . ............................................................................. 7 2.2.2 传动副组合的扩大顺序的确定 . .......................................................................... 8 2.2.3结构式确定 . ............................................................................................................. 8 2.2.4驱动电机选型 . ......................................................................................................... 8 2.3结构分析式 . ....................................................................................................................... 9 2.4绘制转速图 . ....................................................................................................................... 9第三章 传动件设计 . .................................................................................................................... 13 3.1机床带传动设计 . ............................................................................................................. 13 3.2各传动件的计算转速 . ..................................................................................................... 15 3.2.1主轴的计算转速 . ................................................................................................. 15 3.2.2各传动轴的计算转速 . ......................................................................................... 15 3.2.3核算主轴转速误差 . ............................................................................................. 15 3.3 绘制传动系统图 . ............................................................................................................ 15 3.3. 1各轴直径的确定 . ............................................................................................... 16 3.3.2齿轮模数计算 . ..................................................................................................... 17 3.3.3齿轮齿宽确定 . ..................................................................................................... 21第四章 强度校核 . ........................................................................................................................ 22 4.1齿轮强度校核 . .................................................................................................................. 22 4.1. 1校核 a 传动组齿轮 ............................................................................................. 22 4.1.2 校核 b 传动组齿轮 . ............................................................................................ 23 4.1.3校核 c 传动组齿轮 ................................................................................................ 24 4.2主轴挠度的校核 . .............................................................................................................. 25 4.1轴的校核与验算 . ..................................................................................................... 25 4.3主轴最佳跨距的确定 . ...................................................................................................... 28 4.3.1 选择轴颈直径 , 轴承型号和最佳跨距 . ................................................................. 28 4.3.2 求轴承刚度 . ........................................................................................................ 28 4.3.3 各传动轴支承处轴承的选择 . .............................................................................. 29第五章 结构设计 . .................................................................................................................... 30 5.1齿轮块设计 . ...................................................................................................................... 30 5.2轴承的选择 . ...................................................................................................................... 30

5.3密封装置设计 . .................................................................................................................. 32 5.4主轴换向与制动机构设计 . .............................................................................................. 32 5.5其他结构问题 . .................................................................................................................. 33总结 ................................................................................................................................................ 34致 谢 .............................................................................................................................................. 35参考文献 ......................................................................................................................................... 36

绪论

1.1 引言

当前的机床制造业中。 虽然数控机床正在飞速发展, 然而, 普通机床由于其 具有价廉、质优、万能而可靠的优越性,在相当长时间内不可能被完全取代,还 要与数控机床并驾齐驱。问题是如何挖掘潜力,改进性能,提高其竞争能力。本 设计利用价值工程原理从结构,材料和工艺等方面对车床的床头箱进行改进设 计。 所谓的价值工程是为了寻求功能与成本之间的合理匹配, 使企业在生产经营 活动中能正确处理质量和成本的关系, 向社会提供更多的物美价廉的产品, 给企 业和社会带来更多的经济效益。 确定价值工程的对象, 一般我们选择对产品影响 较大的零部件、 设计年代已久或结构复杂需要改进或简化结构的零部件、 体积较 大或材料利用率低的零部件、 设计中间问题较多和改进潜力大的部件。 因此利用 价值工程作为依据,合理的确定普通床头箱的结构并选择合适的零部件进行设 计。

普通车床床头箱是改变进给量用的, 依靠箱内的滑移齿轮机构或者塔伦机构 来变换所需要的进给量。 它的左端通过挂轮架与床头箱的轴相连, 右端通过联轴 节与光杆和丝杆相连, 操纵时只要搬动床头箱外面的手柄到相应位置, 就可以把 主轴的旋转运动经过挂轮架, 床头箱传到丝杆或光杆。 在设计过程需要解决的主 要问题。

1.2 国内外研究现状及发展趋势

1. 普通车床床头箱其动力传动系统多采用齿轮传动。齿轮传动具有工作可 靠,使用寿命长,瞬时传动比为常数,传动效率高,结构紧凑,功率和速度使用 范围广等特点, 在各种机械设计中应用广泛。 传统的齿轮传动设计以安全系数或 许用应力为基础, 由于安全系数的确定, 缺乏定量的数学基础, 许用应力常根据 材料性能、热处理工艺、工作环境等诸多因素来确定,具有不确定性,而且齿轮 的模数和齿数等都有一定的标准。但其参数的选用可根据实际传动的要求进行, 使齿轮传动

2. 在满足基本要求的前提下体积最小、 重量最轻、 结构最紧凑。 齿轮在工作 过程中,由于轮齿受到外力的作用,会产生相应的应力,出现疲劳、磨损以及断 裂。 要求齿轮必须有较高的硬度及好的耐磨性, 齿面具有高的疲劳强度, 齿轮心 部要有足够的强度和韧度. 即要求齿轮必须有较好的综合力学性能。 车床噪声主 要是齿轮噪声。它来自车床主传动和进给传动系统 (床头箱、床头箱和 溜板箱, 即“三箱’’)。 而要使车床噪声达到国家标准要求, 就应对产生主要噪声源的 齿轮进行剖析研究。

3. 进给轴单元是普通车床的关键部件之一,其静态特性 (包括静强度和静刚 度等 ) 和动态特性 (振动响应特性和热稳定性等 ) 优劣都将直接影响到整台车床的 使用性能。因此,在设计阶段需对其静态以及动态特性进行合理而准确的分析, 以提高设计效率,减少试验成本,进而提高进给轴的使用性能。

4.床头箱的传动系统在车床传动系统中起着重要作用, 对进给传动系统进行 优化设计,使传动路线缩短,传动元件减少提高传动精度和被加工螺纹精度。 5. 材料的使用性能应满足零件的使用 要求。使用性能是指零件在正常使用 状态下,材料应具备的性能.包括力学性能、物理性能和化学性能。使用性能是 保证零件工作安全可靠、 经久耐用的必要条件。 选材时, 要根据零件的工作条件 和失效形式, 正确地判断所要求的主要性能同时还要考虑经济性。 中国车床变速 总成产业现状。

1.3 本课题主要研究内容

设计目的:通过卧式机床主轴箱的结构设计, 在拟定传动和变速的结构方案 过程中,得到设计构思、方案分析、结构工艺性、机械制图、零件计算、编写技 术文件和查阅技术资料等方面的综合训练, 树立正确的设计思想, 掌握基本的设 计方法, 并具有初步的结构分析、 结构设计和计算能力。 掌握机床设计的过程和 方法, 使原有的知识有了进一步的加深。 ①课程设计属于机械装备制造课的延续, 通过设计实践, 进一步学习掌握机械系统设计和机械装备制造的一般方法; ②培 养综合运用机械制图、机械设计基础、精度设计、金属工艺学、材料热处理及结 构工艺等相关知识,进行工程设计的能力;③培养使用手册、图册、有关资料及 设计标准规范的能力;④提高技术总结及编制技术文件的能力。

第二章 机械运动设计

2.1 前置条件

[1]确定转速范围:主轴最小转速 min /40min r n =

[2]确定公比 :

1

min max -==Z n n Rn ?, 选取 26. 1=? [3]转速级数:18=z ,

[4]最大加工直径 D=250 mm

2.2结构分析式

2.2.1确定变速组的个数和传动副数

实现 18级转速的变速方案的变速组成方案可为:

(1) 2918?= (2) 3618?= (3) 23318??=

为了变速箱中的齿轮总个数为最小值,每个变速组的传动副数最好取 p=2或 3,并且考虑到机床实际结构情况,所以变速系统通常使用双联或者三联齿轮 进行变速(方案 1齿轮数为 9+2=11,方案 26+3=9,方案 3+3+2=8对) 。还因为 机床的主轴的最低转速部分,比电动机转速低得多,必须进行减速,而用 p=2或 3,达到同样的变速级数,变速组相应增加,这样可以利用变速的传动比来降 速,以减少专门用于降速的定比传动副。

故组成方案可分为:

(1) 23318??= (2) 32318??= (3) 33218??=

从电动机到主轴主要为降速传动, 若使传动副较多的传动组放在较接近电动 机处可使小尺寸零件多些, 大尺寸零件少些, 节省材料, 也就是满足传动副前多

后少的原则,因此取 23318??=方案。

2.2.2 传动副组合的扩大顺序的确定

(1) 93123318??= (2) 36123318??=

根据级比指数分配应 “ 前疏后密 ” 的原则,应选方案(1) 93123318??=

其实扩大顺序和传动顺序相互一致,它的中间轴的变速范围是比较小的,当中间 最高转速一定时,其最低速度处于较高位置,传递的扭矩就会变小。

在降速传动中,防止齿轮直径过大而使径向尺寸常限制最小传动比 ;在 升速时为防止产生过大的噪音和震动常限制最大转速比 2max ≤i 。 在主传动链任一传 动 的最大变速范围 ()10~8min max max ≤=i R ,在设计时必须保证中间传动轴的变速 范

最小。 (1) 93123318??=,最后扩大组的表示范围 j j x k R )*1(2-=?其中 26. 1=?,

92=X , 22=P 10~8826. 182≤==R 合适 (2) 36123318??= 最后扩大组的表示范围 j j x k R )*1(2-=?其中 26. 1=?, 61=X , 32=P 10~81626. 1122>==R 不合适

2.2.3结构式确定

36123318??=

2.2.4驱动电机选型

已知该卧式车床的最大回转直径 D=250mm,则加工工件直径

d max =(0.5--0.6) D=125--150mm

d min =(0.2--0.25) D max =50--62.5mm

车外圆时,工件以最高转速 n max =2000r/min,车削毛坯为 d =50mm

切削速度 v c =

车刀进给速度 v f =80mm/min

v f 80min /16. 3141000

2000501000mm dn =??=ππ4

1min ≥i

进给量 f=

最大背吃刀量 a p =3mm

切削层公称横截面积 A D =f 3a p =0.04×3=0.12mm2

根据《金属工艺学》切削力经验公式

Fc=k c A D

根据《金属工艺学》表 1-2,选取 kc =1962MPa

因此,有 Fc=k c A D =1962×0.12=231.12N

切削功率 P C =KW v F c c 210. 110

603≈? 选取机床传动效率 85. 0=η

则机床电动机的功率 根据 《机械设计课程设计》 表 8-184, 选取 Y 系列封闭式三相异步电动机 Y90L — 4。 额定功率为 1.5KW ,满载转速为 1400r/min

2.3结构分析式

2.4绘制转速图

⑴选择电动机

一般车床若无特殊要求, 多采用 Y 系列封闭式三相异步电动机, 根据原则条件选 择 Y90L-2型 Y 系列笼式三相异步电动机。

(2)确定各级转速并绘制转速图

由 min /40r n mim = 26. 1=? z = 18确 定 各 级 转 速 :由 公 式

KW P P c d 42. 185. 0210. 1==

=η

?====-1

3412...... z z n n n n n n 得各级转速为 40、 50、 63、 80、 100、 125、 160、 200、 250、 315、 400、 500、 630、 800、 1000、 1250、 1600、 2000r/min

(3)分配各变速组的最小传动比

① 决定轴Ⅳ—Ⅴ的最小降速传动比主轴上的齿轮希望大点,能起到飞轮的作用, 所以最后一个变速组的最小降速传动比取极限值 1/4,公比 26. 1=?, 626. 1=4, 因此在 Ⅳ轴上向上六格找到一个固定位置,连结线即Ⅳ—Ⅴ得最小传动比。 ② 决定其余变速组的最小传动比是根据前缓后急的原则决定

③ 基本组的级比指数 X 0=1, 第一扩大组的级比指数 X 1=3 第二扩大组级比指数 X 2=9

(4)转速图

(5)确定各变速组传动副齿数

①传动组Ⅱ—Ⅲ :

26. 1/1/11==?a u , 59. 1/1/122==?a u , 2/1/133==?a u

查《金属切削机床设计》表 2-1

26. 1/1/11==?a u 时:=z S …… 59、

61、 63、 65、 66、 68、 70、 72、 74、 75……

范文四：车床床头箱设计毕业论文

西安交通大学 车床床头箱设计 2010级毕业设计(论文) 年 级 : 机 0601 学 号 :

姓 名 :

专 业 : 机械设计制造及其自动化 指导老师 :

二零一零年六月

×××大学本科毕业设计(论文)

院 系 专 业

年 级 姓 名

题 目

指导教师

评 语

指导教师 (签章 )

评 阅 人

评 语

评 阅 人 (签章 ) 成 绩

答辩委员会主任 (签章 )

年 月 日

毕 业 设 计 任 务 书

班 级 学生姓名 学 号 专 业

发题日期:年 月 日 完成日期:年 月 日

题 目

题目类型:工程设计 技术专题研究 理论研究 软硬件产品开发

一、 设计任务及要求

二、 应完成的硬件或软件实验

三、 应交出的设计文件及实物 (包括设计论文、 程序清单或磁盘、 实验装置或产品 等)

四、 指导教师提供的设计资料

五、 要求学生搜集的技术资料(指出搜集资料的技术领域)

六、 设计进度安排

第一部分 (4 周) 第二部分 (6 周) 第三部分 (2 周)

评阅及答辩 (1 周)

指导教师:年 月 日 系主任审查意见:

审 批 人:年 月 日 注:设计任务书审查合格后,发到学生手上。

××××大学××××××××学院 20XX 年制

摘 要 正文略

关键词 :关键词; 关键词; 关键词; 关键词 (关键词之间分号隔开,并加一个空格)

Abstract 正文略

Keywords: keyword; keyword; keyword; keyword

目 录

摘 要 ............................................................................................................................. I V ABSTRACT .............................................................................................................................. V 第 1章 绪 论 ..................................................................................................................... 1 1.1本论文的背景和意义 ........................................................................................... 1 1.2本论文的主要方法和研究进展 ........................................................................... 1 1.3本论文的主要内容 ............................................................................................... 1 1.4本论文的结构安排 ............................................................................................... 1第 2章 各章题序及标题小 2号黑体 ................................................................................. 2 2.1各节点一级题序及标题小 3号黑体 . .................................................................... 2 2.1.1 各节的二级题序及标题 4号黑体 ............................................................. 2 2.2页眉、页脚说明 . .................................................................................................... 2 2.3段落、字体说明 . .................................................................................................... 2 2.4公式、插图和插表说明 . ........................................................................................ 2结 论 ............................................................................................................................... 5致 谢 ............................................................................................................................... 6参考文献 ............................................................................................................................... 7附 录 1 标题 ..................................................................................................................... 8附 录 2 标题 ..................................................................................................................... 9

××大学本科毕业设计(论文)

第 1章 绪 论

1.1 本论文的背景和意义

引用文献标示应置于所引内容最末句的右上角,用小五号字体 [1]。当提及的参考 文献为文中直接说明时,其序号应该用 4号字与正文排齐,如“由文献 [8, 10~14]可知”

1.2 本论文的主要方法和研究进展

1.3 本论文的主要内容

1.4 本论文的结构安排

第 2章 各章题序及标题小 2号黑体

2.1 各节点一级题序及标题小 3号黑体

正文另起一段,数字与标题之间空一格

2.1.1 各节的二级题序及标题 4号黑体

正文另起一段,数字与标题之间空一格

2.1.1.1 各节的三级题序及标题小 4号黑体

正文另起一段,数字与标题之间空一格

1. 款标题 正文接排。本行缩进 2字符,标题与正文空一格

(1)项标题 正文接排,本行缩进 1字符,标题与正文空一格。

(2)项标题

2. 款标题

2.2 页眉、页脚说明

在版心上边线隔一行加粗线,宽 0.8mm (约 2.27磅),其上居中打印页眉。页 眉内容一律用“西南交通大学本科毕业设计 (论文 ) ”,字号用小四号黑体。页码置于 页眉右端,采用形式为:第 M 页,具体设置参考模板。

2.3 段落、字体说明

每段首行缩进 2字符,行距固定值 20磅。正文用小 4号宋体,西文和数字用小 4号 Times New Roman。 按照 GB3100~3102及 GB7159-87的规定使用,即物理量符 号、物理常量、变量符号(如:a (t ) , (i -1) T h t

2.4 公式、插图和插表说明

(公式居中写,公式末不加标点,序号按章节编排,如有“假定,解”字样,文字空两格写,若 有对公式变量的说明,以分号结束。公式中用斜线表示“除”的关系时应采用括号,以免含糊不 清,如 1/(bcosx)。通常“乘”的关系在前,如 acosx/b而不写成 (a/b)cosx。具体格式如下)

假定 )) (2cos() () (t t f t R t r c θπ+= (2-1) 式中 R —幅度;

θ—相位;

f c —载波频率;

(插图图题于图下,小 4号宋体,图中若有分图时,分图号用 a )、 b )等置于分图之下。插图与 其图题为一个整体,不得拆开排写于两页。插图处的该页空白不够排写该图整体时,则可将其后 文字部分提前排写,将图移到次页最前面。)

a )分图 a b )分图 b

图 2-2 图题

(插表表序与表名置于表上,小 4号宋体,若有分页,需在另一页第一行添加续表。数字空 缺的格内加“ -”(占 2个数字宽度)。表内文字或数字上下或左右相同时,采用通栏处理方式。 表内文字说明,起行空一格、转行顶格、句末不加标点。)

表 2-1 形状变化特征值及相应比例

续表

结 论 正文略

致 谢 正文略

参考文献

(参考的中文文献排在前面, 英文文献排在后面。 作者与作者之间用逗号隔开, 不写 “等, 编著” 等字样,如果版次是第一版,则省略。没有引用书籍文字则不写引用起止页,且以“ . ”结束)

(著作图书文献 )

[1]作者,作者 . 书名 . 版次 . 出版社,出版年:引用部分起止页

[2]作者 . 书名 . 出版社,出版年 .

(翻译图书文献 )

[3]作者 . 书名 . 译者 . 版次 . 出版者,出版年:引用部分起止页

(学术刊物文献)

[4]作者 . 文章名 . 学术刊物名 . 年,卷(期):引用部分起止页

(学术会议文献 )

[5]作者 . 文章名 . 编者名 . 会议名称,会议地址,年份 . 出版者,出版年:引用部 分起止页

[6]

(学位论文类参考文献)

[7]研究生名 . 学位论文题目 . 学校及学位论文级别 . 答辩年份:引用部分起止页

附 录 1 标题

(对需要收录于毕业设计 (论文) 中且又不适合书写正文中的附加数据、 资料、 详细公式推导等有 特色的内容,可作为附录排写 )

附 录 2 标题

范文五：轴承数控车床床头箱设计

轴承数控车床床头箱设计

摘 要

作为主要的车削加工车床,轴承数控专用车床是适合大批量生产,大功 率,高效率的半自动化车床,它主要用于轴承套圈的车削加工,也可用于加 工盘类、短轴类、套类等零件,在该机床上采用多把刀具同时加工零件,也 可采用仿型刀架加工各种成型表面。

本设计主要针对液压卡盘多刀仿型车床主传动系统进行设计。主传动系 统的功用是支撑主轴和传动其旋转,并使其实现起动、停止、变速、变向等。 主传动系统的传动机构包括定比机构和变速机构两部分,前者仅用于传递运 动和动力,或进行升速、降速,采用齿轮传动副;后者用来使主轴变速,采 用滑移齿轮变速机构,其结构简单紧凑,传动效率高。开停装置用于控制主 轴的起动和停止。换向装置用于改变主轴的旋转方向。设计的内容主要有机 床主要参数的确定,传动方案和传动系统图的拟定,对双向片式摩擦离合器 进行设计,它是主轴的起动和停止以及换向装置,对离合器的主要零件摩擦 片进行计算和验算,利用 CAD 绘图软件进行零件的设计和处理。

关键词 :车床 ,床头箱,换向,离合器。

HYDRAULIC MULTI-CHUCK LATHE BED PROFILING TOOL BOX DESIGN

ABSTRACT

As the main lathe work lathe, special lathes bearing rings are suitable for mass production, high power, high efficiency of semi-automatic lathe, which is mainly used for turning bearing rings , and can also be used for processing disk type, brachyaxis type, a set of kind and so on . In addition , it uses many cutters simultaneously to processes the components, and may also use duplicating tool rest to process each kind of formed surface.

This design mainly aims at the hydraulic chuck multi-knife shaping lathe headstock . Main driven system is to prop up the function of its rotation of axis and the drive and make it start, stop, speed change, direction-converting etc. The driving mechanism of main driven system mainly include two parts, constant proportion mechanism and gear shift mechanism. The he former is only used for the transmission of motion and power through gear pair, or hoisting speed ,settling velocity; The latter is used to change the velocity of spindle through shift mechanism of slipping gear , the structure of which is simple and compact ,with high transmission efficiency. The sharting and braking devices are used to control the spindle of its start and stop. The reversing device is used to alter the direction of spindle rotation. The main contents of the machine tool contain settles of the parameter , to ascert the project of transmission and drawing of driven system, the design of friction clutch of double-disk, which is the device of start, stop and commutation for the spindle , calculation and checking for the major parts and friction plate , utilization of CAD painting software to carry on the design and processing of parts.

KEY WORDS:lathe , headstock , direction-converting , clutch .

目 录

前 言 ································································································ 1 §1.1车床的用途和运动 ·································································· 3 §1.2车床的分类 ············································································· 3 第 1章 概 述 ···················································································· 4 §1.1轴承环卡盘多刀车床的用途 ·················································· 5 §1.2机床的总体布置 ····································································· 5 §1.3机床的主要参数 ····································································· 5 第 2章 国内外卡盘多刀车床分析比较 ············································· 1 §2.1国内外同类机床参数的分析比较 ··········································· 1 §2.2国内外同类机床结构及精度分析比较 ··································· 1 § 2.2.1结构特点 ··········································································· 1 § 2.2.2精度比较 ··········································································· 2 第 3章 机床的运动设计 ···································································· 3 §3.1极限转速的确定 ····································································· 3 §3.2转速数列公比 的确定 ·························································· 3 §3.3主电机功率的确定 ································································· 4 §3.4主传动系统的拟定 ································································· 4 第 4章 主要零件的设计计算 ···························································· 1 §4.1三角带的传动计算 ································································· 1 §4.2摩擦片离合器的设计 ····························································· 2 §4.3传动轴设计 ············································································· 3 § 4.3.1 传动轴的直径估计 ··························································· 3 § 4.3.2 Ⅳ轴弯曲刚度验算 ··························································· 4 § 4.3.3 Ⅳ轴上花键侧挤压力验算 ················································ 8

§ 4.3.4 Ⅳ轴上轴承寿命校核 ························································ 8 §4.4主轴的计算 ··········································································· 10 § 4.4.1 主轴轴颈及合理跨距 ····················································· 10 § 4.4.2 主轴弯曲刚度验算 ························································· 10 §4.5齿轮的计算 ··········································································· 14 § 4.5.1 齿轮模数估算 ································································ 14 § 4.5.2 齿轮模数验算 ································································ 14 第 5章 主轴箱的结构设计 ································································ 1 结 论 ································································································ 2 参考文献 ···························································································· 3 致 谢 ································································································ 4

前 言

金属切削机床是用刀具或磨具对金属工件进行切削加工的机器,在一般 机械制造工厂中,机床约占机器设备总数得 50~70%。

现代化工业生产的特征主要表现在高生产率和先进的技术经济指标两 方面,而这些首先取决于机械制造工业提供的装备的技术水平。机床工业是 机器制造业的重要部门,担负着为农业、工业、科学技术和国防现代化提供 技术装备的任务, 在整个国民经济中占有重要地位。 而在一般的机械制造中, 机床所负担的加工工作量,约占机械制造总工作量的 40%~60%。从质的方 面来说,既然机床是制造各种装备和机器的,那么机床的性能就必然直接影 响机械产品的性能、质量和经济性。因此,机床是国民经济中具有战略意义 的基础工业。机床工业的发展和机床技术水平的提高,必然对国民经济的发 展起重大的推动作用。一个国家机床工业的技术水平、机床的拥有量和现代 化程度,是衡量这个国家工业生产能力和技术水平的重要标志之一。

我国机床工业的发展起步比较晚。 1949年以前,我国工业在国民经济中 的比重只有 10%左右,生产力极其落后,没有独立的完整的机械工业,更谈 不上机床制造业。直至解放前夕,全国只在少数大城市有一些制造厂和机械 维修厂,制造一些简单的皮带车床、牛头刨床和钻床等。据统计, 1949年, 这些简单的机床的年产量也不过 1000台左右。

新中国成立后,我国的机床工业才逐渐发展和建立起来。 1952年末,我 国的国营机床厂有 17家,生产机床 13740台。

在第一个五年计划时期。我国一方面对老厂进行改建、扩建,另一方面 又新建了一批专业机床厂,组建了北京机床研究所。 “一五”计划末期,机床 年产量 2.8万台,品种为 204种。

第二个五年计划时期,我国机床的设计、制造、科研都获得了长足的发 展和提高,特别是发展了一批地方企业,建立了组合机床研究所,热带机床 研究所和一批专业产品研究所。研制成功一批大型、高精度、自动和半自动 机床以及自动化生产线。

第三个 5年计划后,我国开发了“三线”建设,在内地建立了一批机床 企业。另外,在高精度精密机床的设计和制造技术领域有了很大的成就。至

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