2170 T6112臥式鏜床系統(tǒng)的設(shè)計

2170 T6112臥式鏜床系統(tǒng)的設(shè)計,t6112,臥式,鏜床,系統(tǒng),設(shè)計 本科學生畢業(yè)設(shè)計T6112臥式鏜床設(shè)計系部名稱： 機電工程學院 專業(yè)班級： 機械設(shè)計制造及其自動化 機械 08-1 學生姓名： 周宏偉 指導教師：　 　　　金慧芳　 　 　　 職 稱： 副教授　 黑 龍 江 工 程 學 院The Graduation Design for Bachelor's DegreeDesign of T6112 HorizontalBoring MachineCandidate： Zhou hongweiSpecialty： Mechanical Design andManufacture & Automation Class： 08-1Supervisor：Associate Prof. Jin Huifang Heilongjiang Institute of Technology黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設(shè)計I摘　　要在全面了解臥式鏜床的結(jié)構(gòu)、工作原理、控制方法的基礎(chǔ)上，設(shè)計 T6112 臥式鏜床傳動系統(tǒng)及其執(zhí)行機構(gòu)。根據(jù)臥式鏜床的工作原理，即電動機作為工作機構(gòu)的動力源，結(jié)合機床的四個方向的運動，即主軸的上移和下移，工作臺的橫向和縱向移動，進而完成對工件的全面加工。確定了臥式鏜床的結(jié)構(gòu)與技術(shù)參數(shù)，給出了臥式鏜床的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計方案。根據(jù)臥式鏜床的設(shè)計方案，文中詳細敘述了 T6112 鏜床執(zhí)行機構(gòu)設(shè)計，傳動系統(tǒng)的設(shè)計：電動機規(guī)格的選取、主軸設(shè)計、主軸變速機構(gòu)設(shè)計、床身與工作臺結(jié)構(gòu)設(shè)計。關(guān)鍵詞：臥式鏜床；主軸箱；主軸變速機構(gòu)；電機；工作臺黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設(shè)計IIABSTRACTOn the basis of the structure, principle, control method of the horizontal boring machine，the transmission system and implementing mechanism of T6112 horizontal boring machine are designed. According to the principle of the horizontal boring machine, in which the motor is the power source, combining with the four directional movements of the machine, that is the up and down movements of main shaft, the horizontal and vertical movement of work table, then complete the processing of the work piece. The structure and technical parameters of the horizontal boring machine are given and the overall structure is designed. According to the horizontal boring machine design, this paper describes the design of implementing mechanism and the transmission system, including the selection of motor specification, the design of spindle gearshift, bed and work table. Key words: Horizontal Machine; Spindle Box; Spindle gearshift; Motor; Worktable黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設(shè)計目　　錄摘要 ...................................................................IAbstract ...............................................................II第 1 章 緒論 ..........................................................11.1 選題的背景及意義 ..................................................11.2 國內(nèi)外發(fā)展和現(xiàn)狀 ..................................................11.3 研究設(shè)想 ..........................................................31.4 總體設(shè)計方案 ......................................................31.5 預期結(jié)果 ..........................................................3第 2 章 臥式鏜床總體設(shè)計方案 ........................................42.1 臥式鏜床的工作原理 ................................................42.2 臥式鏜床的總體布局 ................................................42.3 主要技術(shù)參數(shù) ......................................................52.4 臥式鏜床 ..........................................................62.4.1 組成部件及運動 .................................................62.4.2 主軸部件機構(gòu) ...................................................62.4.3 夾具 ...........................................................72.5 本章小結(jié) ..........................................................8第 3 章 臥式鏜床傳動系統(tǒng)設(shè)計.......................................93.1 主傳動系統(tǒng)的運動設(shè)計 ..............................................93.1.1 電機的選擇 .....................................................93.1.2 合理分配傳動比一般應注意以下幾點： ............................103.1.3 計算傳動裝置的運動和動力參數(shù) ..................................113.2 軸的設(shè)計及其校核 .................................................123.2.1 鏜軸的設(shè)計 ....................................................123.2.2 與主電機連接的軸的設(shè)計與校核 ..................................133.2.3 三聯(lián)齒輪（Ⅰ）上的軸的校核 ....................................163.2.4 蝸輪和蝸桿的計算與校核 ........................................193.3 齒輪的設(shè)計 .......................................................21黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設(shè)計3.3.1 齒輪的設(shè)計計算方法與材料選擇原則 ..............................213.3.2 齒輪的失效形式 ................................................223.3.3 齒輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計及參數(shù)的確定 ....................................233.4 主軸軸承的設(shè)計與校核 .............................................273.5 鍵的設(shè)計與校核 ...................................................293.7 本章小結(jié) .........................................................33結(jié)論..................................................................34參考文獻 .............................................................35致謝..................................................................36黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設(shè)計1第 1 章 緒　　論1.1 選題的背景及意義根據(jù)所學專業(yè)的需要，為了使所學知識得以運用，選擇臥式鏜床為我的畢業(yè)設(shè)計題目。 鏜床類機床的主要工作是用鏜刀進行鏜孔，所以叫鏜床。鏜床主要分為臥式鏜床、坐標鏜床、金剛鏜床等。因為臥式鏜床除鏜孔外，還可鉆孔，擴孔，鉸孔。尤其適合大型，復雜的箱體類零件的孔加工。一般情況下，零件可以在一次安裝中完成大部分甚至全部的加工工序，所以臥式鏜床特別適合于加工形狀、位置要求嚴格的孔系和加工尺寸較大、形狀復雜且具有孔系的箱體、機架床身等零件。因此，臥式鏜床也是我國重點開發(fā)設(shè)計的主要機床產(chǎn)品之一。T6112 臥式鏜床就是在這種背景下應運而生的。由于 T6112 臥式鏜床在性能與結(jié)構(gòu)上的諸多優(yōu)點，它的應用領(lǐng)域越來越寬廣，已形成了比較成熟的設(shè)計制造技術(shù)。臥式鏜床主要由工作臺，主軸箱，前立柱，后立柱，下滑座，上滑座和床身等部件組成。主要可以完成下列工作運動：1、 鏜桿的旋轉(zhuǎn)運動；2、 平旋盤的旋轉(zhuǎn)主運動；3、 鏜桿的軸向進給運動4、 主軸箱垂直進給運動 5、 工作臺縱向進給運動 6、 工作臺橫向進給運動7、 平旋盤徑向刀架進給運動 8、 輔助運動：主軸箱，工作臺，在進給方向上的快速調(diào)位運動；后立柱縱向調(diào)位運動，后支架垂直調(diào)位運動。通過運用自己所學知識及大量的實際考察和查閱資料，對臥式鏜床的傳動系統(tǒng)、主軸箱、平旋盤及主軸變速機構(gòu)進行設(shè)計。最終實現(xiàn)臥式鏜床的各種加工。1.2 國內(nèi)外發(fā)展和現(xiàn)狀1、國外鏜床行業(yè)發(fā)展的現(xiàn)狀鏜削加工是一種比較傳統(tǒng)的加工方法。目前，在 21 世紀初期，美、德、日等各國鏜床的發(fā)展歷史，大致可分為以下三個階段：黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設(shè)計2(1)二十世紀初期，即鏜床的誕生階段。(2)到二次大戰(zhàn)前，這是鏜床行業(yè)從誕生到形成較完整體系的階段。(3)從二次大戰(zhàn)到現(xiàn)在，是鏜床的質(zhì)量、性能、水平大發(fā)展的階段。目前，隨著電子技術(shù)、計算機、自動化、控制測量技術(shù)和材料工業(yè)的發(fā)展，國外鏜床的控制技術(shù)、鏜削工藝、結(jié)構(gòu)設(shè)計及外圍設(shè)備均有了新的發(fā)展，達到了與70 年代明顯不同的新高度。其主要發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢歸納如下：(1)鏜床數(shù)控技術(shù)得到迅速發(fā)展。 (2)臥式鏜床設(shè)計結(jié)構(gòu)和工藝的發(fā)展。(3)向柔性化、無人化、超精密化的開拓性研究。國外數(shù)控鏜床及臥式加工中心產(chǎn)品大多以普通臥鏜為基型，發(fā)展成不同水平的產(chǎn)品。如在普通臥鏜上配上不同水平的數(shù)控系統(tǒng)后成為不同的數(shù)控臥鏜。在數(shù)控臥鏜的基礎(chǔ)上，再加上刀庫和機械手，成為自動換刀型的產(chǎn)品。最終都將會演變成不同布局和不同精度水平的臥式加工中心產(chǎn)品。在國外已普及用 CAD 對機床的基礎(chǔ)大件如床身、立柱、滑座等進行優(yōu)化設(shè)計。這樣不僅可以大量節(jié)約原材料，同時還可縮短設(shè)計周期，提高機床的動態(tài)特性。更為突出的是，在機床設(shè)計中普遍采用模塊化設(shè)計方法，可較快地開發(fā)新品種，滿足不同用戶的需求。當新技術(shù)、新結(jié)構(gòu)、新材料在機床上大量應用時，使機床技術(shù)水平有明顯的提高，促使加工零件高精度化，高效化和高速化。2、我國鏜床行業(yè)發(fā)展的現(xiàn)狀經(jīng)過將近半個世紀的發(fā)展，我國鏜床行業(yè)已經(jīng)發(fā)展成一個具有相當規(guī)模、門類齊全、有一定技術(shù)水平以及生產(chǎn)能力的金屬切削機床行業(yè)。目前，國內(nèi)最大的 TK6925 數(shù)控落地銑鏜床在齊齊哈爾第二機床公司設(shè)計制造完成。這次最大的銑鏜床是為武漢船用機械廠生產(chǎn)的。是目前同類產(chǎn)品中規(guī)格最大，技術(shù)含量最高，具有自主知識產(chǎn)權(quán)且結(jié)構(gòu)新穎的重型機床，具有十二軸控制，任意四軸聯(lián)動功能。以落地銑鏜床為主體的高技術(shù)含量機電一體化重型金切機床裝備，已成為齊二機床公司參與市場競爭，實現(xiàn)企業(yè)快速發(fā)展的支柱性主導優(yōu)勢產(chǎn)品，市場占有率已達 85%以上，引領(lǐng)國內(nèi)數(shù)控落地銑鏜床快速發(fā)展。由交大昆機科技股份有限公司開發(fā)出的 TK6111 數(shù)控銑鏜床，填補了我國在臺式數(shù)控臥式銑鏜床上的空白，各項技術(shù)性能指標達到國內(nèi)鏜軸直徑 110mm 規(guī)格的臺式數(shù)控臥式銑鏜床的領(lǐng)先水平，進一步縮短了與國外同類產(chǎn)品的差距。我國機床工業(yè)已經(jīng)取得了巨大的成就，但與世界先進水平相比，還有較大的差黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設(shè)計3距，因而我們必須奮發(fā)圖強、努力工作，學習和引進國外的先進科學技術(shù)，以便早日趕上世界先進水平。1.3 研究設(shè)想本文仔細分析了臥式鏜床的組成結(jié)構(gòu)及傳動系統(tǒng)圖，主要針對主軸箱進行了全面細致的研究設(shè)計，針對主軸，平旋盤進行了改進，使臥式鏜床的應用更為廣泛，功能更多，加工的零件精度更高。1.4 總體設(shè)計方案本機床主運動采用二個三聯(lián)滑移齒輪和一個雙聯(lián)滑移齒輪實現(xiàn)變速，電機運動傳至空心主軸，由齒輪副傳動主軸得到 18 級低檔轉(zhuǎn)速，當其中一個齒輪 Z23 左移時，又由另一組齒輪副傳動主軸得到 6 級高檔轉(zhuǎn)速，因此共有 24 級轉(zhuǎn)速，若 Z23處于空擋位置，將軸 XV 上的滑移齒輪 Z27 和平旋盤主軸上 Z26 齒輪嚙合，運動被傳到平旋盤上，使平旋盤獲得 18 級轉(zhuǎn)速。1.5 預期設(shè)想能夠順利完成設(shè)計，實現(xiàn)對臥式鏜床主軸和變速機構(gòu)的創(chuàng)新與改進。黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設(shè)計4第 2 章 臥式鏜床總體設(shè)計方案2.1 臥式鏜床的工作原理臥式鏜床主要由工作臺，主軸箱，前立柱，后立柱，下滑座，上滑座和床身等部件組成。主軸箱可沿前立柱的導軌上下移動。在主軸箱中，裝有主軸部件、主運動和進給運動變速機構(gòu)以及操縱機構(gòu)。根據(jù)加工情況不同，刀具可以裝在鏜桿上或平旋盤上。加工時，鏜桿旋轉(zhuǎn)完成主運動，并可沿軸向移動完成進給運動；平旋盤只能做旋轉(zhuǎn)主運動。裝在后立柱上的后支架用于支撐懸伸長度較大的鏜桿的懸伸端，以增加剛性。后支架可沿后立柱上的導軌與主軸箱同步升降，以保持鏜桿不同長度的需要。工件安裝在工作臺上，可與工作臺一起隨下滑座或上滑座作縱向或橫向移動。工作臺還可繞上滑座的圓導軌在水平平面內(nèi)轉(zhuǎn)位，以便加工互相成一定角度的平面或孔。當?shù)毒哐b在平旋盤的徑向刀架上時，徑向刀架可帶著刀具作徑向進給，以車削端面。綜上所述，臥鏜具有下列工作運動：1. 鏜桿的旋轉(zhuǎn)運動。 2. 平旋盤的旋轉(zhuǎn)主運動 3. 鏜桿的軸向進給運動4. 主軸箱垂直進給運動 5. 工作臺縱向進給運動 6. 工作臺橫向進給運動7. 平旋盤徑向刀架進給運動 8. 輔助運動：主軸箱，工作臺，在進給方向上的快速調(diào)位運動；后立柱縱向調(diào)位運動，后支架垂直調(diào)位運動。2.2 臥式鏜床的總體布局1、本鏜床按照以下要求進行總體布局:（1）保證工藝方法所要求的工件和刀具的相對位置和相對運動；（2）保證機床具有與所要求的加工精度相適應的剛度和抗震性；（3）便于觀察加工過程；便于操作、調(diào)整和修理機床；便于輸送、裝卸工件和排除切削，并保證工件安全；（4）經(jīng)濟性好，如節(jié)省材料，減少占地面積。2、 T6112 臥式鏜床的傳動形式黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設(shè)計5本鏜床采用機械傳動。機械傳動的優(yōu)點是：實現(xiàn)回轉(zhuǎn)運動的結(jié)構(gòu)簡單；機械故障一般容易發(fā)現(xiàn)。另外，機械傳動的傳動比較為準確，實現(xiàn)定比傳動較方便。2.3 主要技術(shù)參數(shù)機床的主要技術(shù)參數(shù)包括主參數(shù)和基本參數(shù)?；緟?shù)包括尺寸參數(shù)、運動參數(shù)、動力參數(shù)。主參數(shù)，或稱主要規(guī)格，表示機床的加工范圍。機床的尺寸參數(shù)是指機床的主要結(jié)構(gòu)尺寸。主要技術(shù)參數(shù)如下：主軸直徑 125mm主軸最大許用扭轉(zhuǎn)力矩 3432 N.m 主 軸 承 受 最 大 軸 向 進 給 抗 力 29420 N 平旋盤最大許用扭轉(zhuǎn)力矩 4987 N. m 主軸內(nèi)錐孔 公制 80 主軸最大行程 1000 mm平旋盤徑向刀架最大行程 300 mm主軸中心線距工作臺距離 0~1400mm 主軸轉(zhuǎn)速范圍 （24 級） 4~800r/min 平旋盤轉(zhuǎn)速范圍（18 級） 2.5~125r/min主軸每轉(zhuǎn)時進給量范圍 4~200mm/min 平旋盤每轉(zhuǎn)時進給量范圍 0.063~10mm/min 工作臺尺寸 1400× 1600mm工作臺最大行程 縱向 1600mm橫向 1400mm工作臺機動回轉(zhuǎn)速度 1r/min 工作承受最大重量 5000kg 工作臺快速移動速度 2m/min 機床重量 約 23 噸機床外形尺寸 7225×3350×3355mm主電機：功率 13 kW轉(zhuǎn)速 970 r/min快速移動電機：黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設(shè)計6功率 4kW轉(zhuǎn)速 960r/min后立柱快速電機功率 1.1kW轉(zhuǎn)速 960r/min油泵電機:功率 0.8kW轉(zhuǎn)速 1380r/min光學測量讀數(shù)精度 0.01mm機床總量 5000kg機床外型尺寸（長 寬 高） 2225×2300×2580 2.4 臥式鏜床 2.4.1 組成部件及運動臥式鏜床的外形由下滑座、上滑座、和工作臺組成的工作臺部件裝在床身導軌上。上滑座可沿下滑座的導軌作橫向移動，下滑座又可沿床身導軌作縱向移動，從而組成水平面內(nèi) X,Y 兩個坐標方向的進給和定位移動系統(tǒng)。工作臺還可在上滑座的環(huán)形導軌上繞垂直軸線轉(zhuǎn)位，使工件能在水平面內(nèi)調(diào)整至一定角度，以便在一次安裝中對相互平行或成一定角度的孔或平面進行加工。主軸軸線為水平方向布置，主軸箱可沿前立柱上的導軌在垂直方向上下移動，以實現(xiàn)垂直進給運動或使主軸軸線處在 Z 坐標方向上的不同位置。為了保證孔與孔以及孔與基準面的距離精度，機床上具有坐標測量裝置，以實現(xiàn)主軸箱和工作臺的準確定位。主軸箱內(nèi)裝有主運動和進給運動的變速傳動機構(gòu)及操縱機構(gòu)等。根據(jù)加工情況不同，刀具可以裝在鏜軸前端的錐孔中，或裝在平旋盤的徑向刀具溜板上。加工時，鏜軸旋轉(zhuǎn)完成主運動，并可沿其軸線移動作軸向進給運動；平旋盤只能作旋轉(zhuǎn)主運動，裝在平旋盤導軌上的徑向刀具溜板，除了隨平旋盤一起旋轉(zhuǎn)外，還可沿導軌移動作徑向進給運動。裝在后立柱垂直導軌上可上下移動的后支架，用以支承長刀桿（鏜桿）的懸伸端，以增加其剛性。后立柱可沿床身導軌調(diào)整縱向位置，以適應支承不同長度的刀桿。2.4.2 主軸部件機構(gòu)臥式鏜床主軸部件的結(jié)構(gòu)形式較多。本床為三層主軸帶固定式平旋盤的主軸部件，它由層層套裝的鏜軸、空心主軸和平旋盤主軸組成。鏜軸和平旋盤主軸用來安裝刀具并帶動其旋轉(zhuǎn)，兩者可單獨轉(zhuǎn)動?？招闹鬏S用作鏜軸的支撐和導向，并傳動黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設(shè)計7其旋轉(zhuǎn)。平旋盤主軸由裝在主軸箱體左壁和中間壁孔內(nèi)的兩個精密圓錐滾子軸承支承，軸承間隙可用螺母調(diào)整?？招闹鬏S同樣用兩個圓錐滾子軸承支承，其前軸承裝在平旋盤主軸前端的孔中，后軸承裝在主軸箱體右壁的孔中，軸承間隙用螺母調(diào)整。在空心主軸的內(nèi)孔中，裝有三個淬硬的精密襯套，用以支承鏜軸。鏜軸用38crMoAlA 鋼經(jīng)氮化處理制成。具有很高的表面硬度（1000~1200HV） ，它和襯套的配合間隙很?。s 0.01mm 左右） ，而前后襯套間的距離較大，因而可長期地保持較高的導向精度，并使主軸部件有較高的剛度。鏜軸的前端有精密的莫氏錐孔，供安裝刀具和刀桿用。它由齒輪經(jīng)空心主軸和兩個導鍵傳動旋轉(zhuǎn)。導鍵固定在空心主軸上，其突出部分嵌在鏜軸的兩條長鍵槽內(nèi)，使鏜軸既能由空心主軸帶動旋轉(zhuǎn)，又可在襯套中沿軸向移動。鏜軸的后端通過推力球軸承和圓錐滾子軸承與支承座連接。支承座裝在后尾筒的水平導軌上，可由絲杠經(jīng)螺母傳動移動，帶動鏜軸作軸向進給運動。鏜軸不做進給時，利用支承座中的推力球軸承和圓錐滾子軸承使鏜軸實現(xiàn)軸向定位。其中圓錐滾子軸承還可以作為鏜軸的附加徑向支承，以免鏜軸后部的懸伸端下垂。平旋盤主軸的前端，用螺釘和定位銷固定地安裝著平旋盤，它由齒輪傳動旋轉(zhuǎn)。平旋盤的端面上銑有四條徑向 T 型槽，供緊固刀架或刀盤之用；在它的燕尾導軌上，裝有徑向刀具溜板。刀具溜板的左側(cè)面上銑有兩條供緊固刀架用 T 型槽，有側(cè)面的矩形槽中固定著齒條，由與其嚙合的齒輪傳動，使刀具溜板作徑向進給運動。燕尾導軌的間隙可用鑲條進行調(diào)整。當加工過程中刀具溜板不需作徑向進給時，可擰緊螺塞，通過小丁將其鎖緊在平旋盤上。平旋盤上裝有刀具溜板的進給機構(gòu)。運動由齒輪 2 傳入，然后經(jīng)齒輪 18、蝸桿、蝸輪、齒輪 25、和齒條傳動刀具溜板移動。上述這些齒輪、蝸桿、蝸輪等，在工作過程中一面隨平旋盤一起繞它的軸線旋轉(zhuǎn)---公轉(zhuǎn)運動；一面繞其自身的軸線旋轉(zhuǎn)--- 自傳運動。齒輪 2 空套在平旋盤的輪轂上，由伸出在主軸箱體外面的齒輪17 傳動旋轉(zhuǎn)。當齒輪 2 的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向與平旋盤相同時，由于齒輪 18 與 2 之間無相對運動，齒輪 18、蝸桿 19 和蝸輪 26 等不能產(chǎn)生自傳運動，因而刀具溜板不作進給運動。當齒輪 2 的轉(zhuǎn)速與平旋盤不相等時，則齒輪 18 將沿著齒輪 2 滾動，產(chǎn)生自傳運動。于是蝸桿 19、蝸輪 26、和齒輪 25 等也都被帶動作自傳運動，從而傳動刀具溜板進給。2.4.3 夾具在機床上加工工件，要求將工件迅速準確的安裝在機床上并保證工件與刀具之黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設(shè)計8間有一個準確可靠的加工位置，這就需要用一種工藝裝置來實現(xiàn)，這種用來使工件定位和夾緊的工藝裝備，簡稱夾具。夾緊裝置是使工件在外力作用下仍能保持其正確位置的裝置。機床夾具采用機械、液動、氣動夾緊裝置等。為了使工件在加工過程中不產(chǎn)生位移和振動，必須將工件緊固的夾住，并具有足夠的夾壓剛度。夾壓點的布置應使夾壓合力落在定位平面之內(nèi)，接近定位平面的中心。主切削力方向與夾緊方向一致，卡具的作用：（1） 保證加工精度。（2） 擴大機床使用范圍。（3） 減少輔助時間，提高生產(chǎn)效率。（4） 減輕操作者勞動強度，有利于安全生產(chǎn)。2.5 本章小結(jié)本章就臥式鏜床做了大致的概括性的介紹，并介紹了重要的機構(gòu)的傳動原理。列出了本機床的各個主要部分的參數(shù)并說明了卡具的一些問題。黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設(shè)計9第 3 章 臥式鏜床傳動系統(tǒng)設(shè)計臥式鏜床的主運動有：鏜軸和平旋盤的旋轉(zhuǎn)運動；進給運動有：鏜軸的軸向運動，平旋盤刀具溜板的徑向進給運動，主軸箱的垂直進給運動，工作臺的縱向和橫向進給運動;輔助運動有：工作臺的轉(zhuǎn)位，后立柱縱向調(diào)位，后支架的垂直方向調(diào)位，以及主軸箱沿垂直方向和工作臺沿縱向、橫向的快速調(diào)位運動。3.1 主傳動系統(tǒng)的運動設(shè)計設(shè)計主傳動系統(tǒng)時，一般應滿足下列要求：1) 機床的主軸需有足夠的轉(zhuǎn)速范圍和轉(zhuǎn)速級數(shù)（對于主傳動系統(tǒng)為直線運動的機床，則為直線速度的變速范圍和變速級數(shù)） ，以便滿足實際使用的要求。2) 主電動機和全部機構(gòu)需能傳遞足夠的功率和扭矩，并具有較高的傳動功率。3) 執(zhí)行件（如主軸組件）需有足夠的強度、剛度，具有較大的抗熱衰減性能及較大的摩擦系數(shù)和耐磨壽命。4) 操作要輕便靈活、迅速、安全可靠，并便于調(diào)整和維修。5) 結(jié)構(gòu)簡單、潤滑與密封良好，便于加工和裝配，成本低。3.1.1 電機的選擇根據(jù)動力源的不同，常用原動機可以分為四大類，即電動機，工業(yè)發(fā)展各有不同，工業(yè)發(fā)展各有區(qū)別，但共同的是，都在大力加強科研。目前世界鏜床的科研針對三大方向、6 大課題。三大方向是：（1）發(fā)展高精度、高效率鏜床；（2）保護環(huán)境，發(fā)展省能、綠色的環(huán)保鏜床；（3）為發(fā)展高精度機器、裝置，加速研究超精密加工技術(shù)，發(fā)展納米鏜床。結(jié)合當前現(xiàn)代化 NC 機床技術(shù)發(fā)展需求，其共同的科研 6 大課題為：（1）先進高速主軸；（2）直線電機驅(qū)動；（3）復合加工技術(shù)、進一步提高效率；（4）適應各種環(huán)境的保護，發(fā)展綠色鏜床；（5）超精密加工技術(shù)；（6）發(fā)展各種新型并聯(lián)機構(gòu)鏜床。下一代新機床的發(fā)展動向?qū)⑹牵海?）在上述三個方向、六大課題完善的基礎(chǔ)上，進一步開發(fā)出各色新工藝、新結(jié)構(gòu)的機床；（2）今后 IT 與機床結(jié)合的智能化，網(wǎng)絡(luò)化將成為主流；（3）不斷向納米技術(shù)進軍；（4）在單機技術(shù)基礎(chǔ)上，進而向制造系統(tǒng)推進。黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設(shè)計10內(nèi)燃機，液壓馬達和氣壓馬達等，在選擇原動機的類型時，主要應該從以下三個方面進行考慮：（1）執(zhí)行構(gòu)件的載荷特性，運動特性，機械的結(jié)構(gòu)布局，工作環(huán)境，環(huán)保要求等；（2）原動機的機械特性，適應的工作環(huán)境，輸出參數(shù)可控性，能源供應情等；（3）機械的經(jīng)濟性，效率，重量，尺寸等。由于電力供應的普遍性，且電動機具有結(jié)構(gòu)簡單，價格便宜，效率高，控制使用方便等優(yōu)點，目前，大部分固定機械均優(yōu)先選用電動機作為原動機。電動機是一種標準系列產(chǎn)品，使用時只需合理選擇其類型和參數(shù)即可。電動機的類型有交流電動機，直流電動機，步進電動機和伺服電動機等。直流電動機和伺服電動機造價高，多用于一些有特殊需求的場合；步進電動機常用于數(shù)控設(shè)備中。由于交流異步電動機結(jié)構(gòu)簡單，成本低，工作穩(wěn)定可靠，容易維護，且交流電源易于獲得，故是機械設(shè)備最常用的 原動機。電動機容量用額定功率表示，對于標準電動機，要求其額定功率等于或大于工作機所需的電動機功率。根據(jù)此原則選擇電動機的容量。同步轉(zhuǎn)速低的電動機，磁極數(shù)多，其外廓尺寸及重量大，價格高；而同步轉(zhuǎn)速高的電動機，磁極數(shù)少，尺寸和重量小，價格低。因此，確定電動機轉(zhuǎn)速時，應該從電動機和傳動裝置的總費用，機械傳動系統(tǒng)的復雜程度及其機械效率等綜合考慮。當執(zhí)行構(gòu)件的轉(zhuǎn)速較高時，選用高速電動機能縮短運動鏈，簡化傳動環(huán)節(jié)，提高傳動效率。但如果執(zhí)行構(gòu)件的速度低，則選用高速電動機時會使減速裝置增大，機械傳動部分的成本會大幅度增加，且機器的機械效率也會降低很多。因此，電動機的轉(zhuǎn)速的選擇，必須從整機的設(shè)計要求出發(fā)。根據(jù)選定的電動機類型，結(jié)構(gòu)，功率和轉(zhuǎn)速，從標準中查出電動機型號后，應該將其型號，額定功率，滿載轉(zhuǎn)速，電動機中心高，軸身尺寸，鍵槽尺寸記錄下備用。根據(jù)以上敘述原則和條件，對整個設(shè)計的動力部件進行設(shè)計。該機床是一般的金屬切削機床，無特殊的性能要求，采用 Y 系列封閉自扇冷式鼠籠型三相異步電機具有高效低能耗起動轉(zhuǎn)矩大、噪音低、振動小、運行安全可靠的特點。工作條件：環(huán)境溫度不超過+40C;相對濕度不超過 95%；海拔不超過1000m；額定電壓 380V，頻率 50Hz。根據(jù)臥式鏜床加工的技術(shù)要求，選定 13kW主電機：P =13kW ，轉(zhuǎn)速 n =970r/min。 00黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設(shè)計113.1.2 合理分配傳動比合理分配傳動比一般應注意以下幾點：（1）各級傳動機構(gòu)的傳動比應盡量在推薦范圍內(nèi)選取。（2）應使傳動裝置結(jié)構(gòu)尺寸較小、重量較輕。（3）應使各傳動件尺寸協(xié)調(diào)，結(jié)構(gòu)勻稱合理，避免干涉碰撞。（4）各傳動副的傳動比應盡可能不超過極限傳動比 , 。maxiin（5）各中間傳動軸應有適當轉(zhuǎn)速。（6）為了便于設(shè)計使用，傳動比最好取標準公比的整數(shù)次冪。3.1.3 計算傳動裝置的運動和動力參數(shù)設(shè)計計算傳動件時，需要知道各軸的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩或功率，因此應將工作機上的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩或功率推算到各軸上。傳動裝置從電動機到工作機有六軸，依次為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ軸，已知：功率 P =13kW ，轉(zhuǎn)速 n =970r/min。 001.各軸轉(zhuǎn)速= = =413.4r/min210i697= = =129.2 r/min3n2i04.= = =50.7 r/min43i51.9= = =92.3 r/min5n4i187.0= = =27.9 r/min65i237.92.各軸功率= =13×0.97=12.61 kW1p01??d= =12.61× =11.63KW224)98.(= =11.63× =10.51KW335= =10.51× =9.50KW4p4?).0(黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設(shè)計12= =9.50× =8.94KW5p45??3)98.0(= =8.94×0.97× =7.68KW6663.各軸轉(zhuǎn)矩=9550× =9550× =128N.mdTmdnP97013= =128×1×0.97=124.16101??i mN..682)4(26.422 ???iT .1579.08.533mN29)(15744??i .4..2955 ???T 843560)(9703.663.2 軸的設(shè)計及其校核軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計包括定出軸的合理外形和全部結(jié)構(gòu)尺寸。擬定軸上零件的裝配方案。擬定軸上零件的裝配方案是進行軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計的前提，它決定著軸的基本形式。所謂裝配方案，就是預定出軸上各零件的裝配方向，順序和相互關(guān)系。軸上零件的定位：為了防止軸上零件受力時發(fā)生沿軸向或周向的相對運動，軸上零件除了有游動或空轉(zhuǎn)的要求者外，都必須進行軸向和周向定位，以保證其準確的工作位置。零件的軸向定位：軸上零件的軸向定位是以軸肩、套筒、軸端擋圈和圓螺母等來保證的。軸肩分為定位軸肩和非定位軸肩兩類。利用軸肩定位是最方便可靠的方法，但采用軸肩就必然會使軸的直徑加大，而且軸肩處將因截面突變而引起應力集中。因此，軸肩位多用于軸向力較大的場合。定位軸肩的高度 h 一般取為 h=（0.07～0.1）d, d 為與零件相配處的軸的直徑，單位為 mm。流動軸承的定位軸肩高度必須低于軸承內(nèi)圈端面的高度，以便拆卸軸承。非定位軸肩是為了加工和裝配方便而設(shè)置的，其高度一般取為 1～2mm。3.2.1 鏜軸的設(shè)計 1、 軸的計算準則軸的計算準則是滿足軸的強度或剛度要求，必要時還應校核軸的振動穩(wěn)定性。黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設(shè)計13軸的扭轉(zhuǎn)強度條件為：（3.1）][2.0953?????dnPWT式中：——扭轉(zhuǎn)切應力單位為 MPa；r?T——軸所受的扭矩，單位為 N·mm；——軸的抗扭截面系數(shù)，單位為 mm3；n——軸的轉(zhuǎn)速，單位為 r/min；P——軸傳遞的功率，單位為 kW；d——計算截面處軸的直徑，單位為 mm；——許用扭轉(zhuǎn)切應力，單位為 MPa。??T?由上式可得軸的直徑d≥ （3.2）????3 3950950.2.2TTPPAnn??????式中，A= , ， , 即空心軸的內(nèi)徑 d1 與外徑 d 之30.T341A???????1d比，通常取 =0.5～0.6。 ?（1） 選擇軸的材料，確定許用應力鏜軸用 38crMoAlA 鋼經(jīng)氮化處理制成。具有很高的表面硬度（1000~1200HV） ，HBS=229，δb=1000MPa ，δs=850 MPa,δ-1=495 MPa,τ-1=285 MPa.（2） 初步估算軸的最小直徑由文獻[1]查得，取 A=98~106由公式（3.2）341Pdn???????代入數(shù)據(jù)：n=27.9r/min， P=7.68kw，得 d≥68.95mm考慮軸上同一截面有兩個鍵槽需將軸頸加大 7%，d=d ＇ （1+7﹪ ）=73.8 mm，因機床主軸部件由主軸和軸套等組成。軸套采用三支撐，前支承由軸承產(chǎn)品目錄中初步選取雙列向心短圓柱滾子軸承，相應的軸套直徑為 d =190，中間和后支承為單列圓錐滾子軸承 32032，相應的軸套直徑為 d =160，又考慮主軸上開有兩個長鍵黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設(shè)計14槽，用一對鍵將軸套和主軸相連接，故主軸軸頸 d =125mm。3.2.2 與主電機連接的軸的設(shè)計與校核1、與主電機連接的軸的設(shè)計 540ABC0.8.63C-D145??30.8? 145???3?520?50圖 3.1 與主電機連接的軸1）選擇軸的材料，確定許用應力因傳遞的功率屬中小功率，對材料無特殊要求，故選用 45 鋼并經(jīng)調(diào)質(zhì)處理。由文獻查得強度極限 ，許用彎曲應力 =60 。MPaB637????b1??MPa2） 初步估算軸的最小直徑由文獻[1]查得，取 A=107~118由公式（3.2）341dn???????代入數(shù)據(jù)：n=970r/min ，P =12.61kw，得 d≥27.8mm（1）初步選擇滾動軸承因左端軸端的軸承受徑向力的作用，故選用深溝球軸承。由軸承產(chǎn)品目錄中初步選取（1）0 尺寸系列，標準精度的深溝球軸承 6010。其尺寸為 d× × =50×80×16.(mm)，故 =50mm；DB1d（2）根據(jù)已選定的齒輪內(nèi)花鍵 =62mm，d =56mm，可確定花鍵軸 =62mm D2D，=55mm，精度等級為 h6。2d所以與主電機連接的軸的直徑取為 d=55mm。2、與主電機連接的軸的校核軸的載荷分析見圖 3.1。按彎扭合成強度條件計算1）作軸的計算簡圖黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設(shè)計15通常將軸當作置于鉸鏈上的雙支點梁，其支點位置可根據(jù)軸承類型及組合方式，確定：由傳動件（如齒輪、聯(lián)軸器等）傳遞到軸上的載荷，通常簡化為作用于零件輪緣寬度中央的集中力，軸上轉(zhuǎn)矩則假定從傳動件輪轂寬度的中點算起；若各載荷構(gòu)成空間力系，則將其分解到兩個互相垂直的平面內(nèi)。圖 3.2 軸的載荷分析2）作軸的彎矩圖根據(jù)軸的受力簡圖，分別計算軸上的水平面內(nèi)的彎矩 M 、豎直面內(nèi)的彎矩 MH在按矢量法合成彎矩 M（N·mm）V由齒輪所傳遞的轉(zhuǎn)矩計算軸所受徑向力：F = （3.3）tdT2黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設(shè)計16F =F tan （ 3.4）rt?推出軸向力 F = =4.5 Nt5106.243?3徑向力F = tan = ×0.364=1638 NrdT2?5106.243?進而求得M =157.5N·mHM =48.3 N·mVM =164.7 N·m3）作軸的扭矩圖扭矩 TT=124.2 N·m4）作軸的相當彎矩圖由已求得的合成彎矩和轉(zhuǎn)矩，根據(jù)第三強度理論計算相當彎矩 M ，并作出eq相當彎矩圖。M = N·m （3.5）eq22)(T??式中， ——考慮彎矩和轉(zhuǎn)矩所產(chǎn)生的應力的循環(huán)特性不同而引入的修正系數(shù)。?M = = =180.8 N·meq22)(??22.146.07.14??按強度條件校核= （3.6）eq?Weq= =10.87MPa =18~20。min2） 受結(jié)構(gòu)限制的最小齒數(shù)的各齒輪，應能可靠地裝到軸上或進給套中，齒輪齒槽到孔壁或鍵槽的壁厚 a>=2m（m 為模數(shù)） ，以保證有足夠的強度，避免出現(xiàn)齒裂現(xiàn)象。對于標準直齒圓柱齒輪 >=65+2T/m，式中： -----齒輪的最小minZminZ齒數(shù)；m----- 齒輪的模數(shù)；T-----鍵槽到齒輪軸線的高度。3） 兩軸上最小中心距選取應符合使用要求。若齒數(shù)和 太小，則中心ZS距過小，將導致兩軸上軸承及其他結(jié)構(gòu)之間的距離過進或相碰。注意：實際傳動比（齒輪齒數(shù)之比）與理論傳動比之間允許有誤差，但不能過大，分配齒數(shù)所造成的轉(zhuǎn)速誤差，一般不超過±10（φ—1）%。2、三聯(lián)滑移齒輪之間的齒數(shù) 注意：在確定其齒數(shù)之后，應檢查相鄰齒數(shù)的關(guān)系，以確保其左右移動時能順利通過，不致相碰。通過試算要保證三聯(lián)滑移齒輪中，最大和次大齒輪之黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設(shè)計25間齒數(shù)差應大于 4。3、齒輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計及校核1> Z1=23，Z1′=64 這對齒輪的設(shè)計與校核（1） 選擇齒輪的材料，熱處理方式和精度等級由文獻[1]中表 11.8 選擇齒輪的材料為:大齒輪：選用 45 鋼（調(diào)質(zhì)） ，硬度為 220～250HBS，強度極限 δB 為 650MPa, 屈服極限為 360 MPa，選用 3 級精度。小齒輪：40Cr（調(diào)質(zhì)） ，硬度為 240～260HBS，強度極限 δB 為700MPa，屈服極限為 550 MPa.。選用 3 級精度。（2）選定齒輪類型：選用直齒圓柱齒輪。2> 確定設(shè)計準則由于是閉式齒輪傳動，且兩齒輪均為齒面硬度小于 350 的軟齒面，齒面點蝕是主要失效形式。故應先按齒面接觸疲勞強度設(shè)計計算，確定齒輪的主要參數(shù)和尺寸，樣后再按彎曲疲勞強度校核齒根的彎曲強度。3> 按齒面接觸疲勞強度設(shè)計因兩齒輪均為鋼制齒輪，可用下面公式求出 d1 值。(1)初步計算主要尺寸d ≥2.23 (3.28)t132][1)(1HdZeukT????式中各參數(shù)確定如下：① 小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩 T =9550000×P/n=9550000×11.63/970=114501.5 1N?mm② 初選載荷系數(shù) K =1.3t③ 由文獻[1]中表 11.19 取齒寬系數(shù)為 =1d?④ 由文獻[1]中表 11.11 查得彈性系數(shù)為 Z =189.8EMPa⑤ 由文獻[1]得節(jié)點區(qū)域系數(shù)為 Z =2.5H⑥ 實際齒數(shù)比 u=2.78⑦ 許用接觸應力由式 [ ] = 算得，其中由文獻[1]中圖 11.23 得?HLIMNS小齒輪接觸疲勞強度極限 =650Mpa1lim大齒輪接觸疲勞強度極限 =550Mpa2li黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設(shè)計26小齒輪與大齒輪的應力循環(huán)次數(shù)分別為N =60n aL =60×413.4× 2× 8 ×300× 5 =5.95×10 (3.29)1n 8N = N /u =2.16×10 (3.30)28⑧ 由文獻[1]中圖 11.26 查得壽命系數(shù)Z =1.121NZ =1.132（2）計算許用接觸應力取失效概率為 1%，安全系數(shù) s=1。[ ] = =728MPa (3.31)?1HLIMNS[ ] = =622Mpa (3.32)2HLINZ?2⑨初算小齒輪的分度圓直徑 d ，得t1d ≥2.32 ≥55.59mm (3.33)t132][)(1HEdZukT????m= = =2.42z259.計算載荷系數(shù)，由表 8.3 查得使用系數(shù) K =1.25A因為 1.63（m?S ）????1064.3.106?ndVt 1?由文獻[1]中 11.10 查得動載荷系數(shù) K =1.11V齒向載荷分配系數(shù) K =1.41?齒間載荷系數(shù) K =1.2?故載荷系數(shù) K = K K K K =2.35AV??（3）對 d 進行修正1因為 K 與 K 有較大的差異故需對按 K 值計算出的 d 進行修正，既t t t1d = d =67.721t3T模數(shù) m = = =2.94 ， 按文獻[1] 中表 11.3 取 m =3d1237.6（4） 主要尺寸計算黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設(shè)計27①中心距mm??5.13087221????Zma②分度圓直徑d = m Z =3×23=69 mm1d = m Z =3×64=192 mm22③ 齒寬 = d =1×69 =69mmb?1取 b = b=69mm2b = b +（5～ 10）mm12故取 b =75mm14> 按齒根彎曲疲勞強度校核①用公式 校核 (3.34)FSFFYmdKT][21????②由文獻[1]中圖 11.25 查得齒形系數(shù) Y =2.69；Y =2.26412F③由文獻[1]中表 11.13 查得應力修正系數(shù) Y =1.58；Y =1.74SS④許用彎曲應力可由式計算(3.35)FNlim][??由文獻[1]中圖 11.24 查得 =220Mpa； =240 Mpa；由圖 11.25 查得1limF2li壽命系數(shù) Y =Y =1.2；由表 11.9 查得安全系數(shù) S =1.25，故1N2 FMPa1765.0][lim???FNSY?MPa92.42li綜上，帶入校驗公式，得MPa =72000h9.27?3hL’式中， —為壽命指數(shù)，對于球軸承， =3。??結(jié)論：經(jīng)校核該圓錐滾子軸承能滿足工作要求。（2）對雙列向心短圓柱滾子軸承的校核在主軸的前端使用了一個雙列向心短圓柱滾子軸承（D3182138 ） ，主要用于支撐軸和承受軸的徑向力。由齒輪所傳遞的轉(zhuǎn)矩計算軸所受徑向力：F =F tan rt?F =2T/dt推出徑向力F = tan = ×0.364=4.3× NrdT2?16043.2?410根據(jù)只承受純徑向載荷 F 的軸承（如圓柱滾子軸承、滾針軸承等） ，當量動r載荷為P=f F =1.5 ×4.3×10 =6.45×10 Npr44查文獻[6]手冊知，雙列向心短圓柱滾子軸承（D3182138）基本額定動載荷 C =4.95×10 5黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設(shè)計30按基本額定動載荷 C =4.95×10 N 估算使用壽命4由基本額定壽命公式，L = = =889.910?)(PC31045.69???????L = = ×889.9=611708h> =72000hhn601?)(PC.27hL’式中， ——為壽命指數(shù)，對于滾子軸承， =10/3。? ?結(jié)論：經(jīng)校核該雙列向心短圓柱滾子軸承能滿足工作要求。3.5 鍵的設(shè)計與校核1、鍵的設(shè)計鍵的類型根據(jù)聯(lián)接的結(jié)構(gòu)、使用要求和工作條件選定。鍵的剖面尺寸根據(jù)軸的直徑選取，對于空心軸、階梯軸、傳遞轉(zhuǎn)矩小的軸，以及用于定位等特殊情況，可選用較小剖面尺寸的鍵，由于工藝的原因等，也可選用較大剖面尺寸的鍵，鍵的長度參考輪轂長度從標準中選取，可按下表公式進行強度校核。如強度不夠，可采用雙鍵，兩個平鍵最好相隔 180°；兩個半圓鍵應布置在一條線上；雙鍵聯(lián)接強度校核按 1.5 個鍵計算。當與鍵有相對滑動的被聯(lián)接件，其表面經(jīng)淬火，則動聯(lián)接件的[ ]可提高jy?2～3 倍。綜合上面的信息，主軸處的鍵選用平頭導向平鍵 B 型，采用雙鍵，兩個平鍵相隔 180 ；材料為 45 鋼；鍵的剖面尺寸 b×h 依據(jù)軸的直徑 d 由標準中選取，由o于該處軸徑 d =125mm,查文獻 [1]確定鍵的剖面尺寸 b×h =28×16 mm；因鍵是為了連接主軸和軸套的，故鍵的長度 L 可根據(jù)要求選取且要符合標準規(guī)定的長度系列，取鍵長 L =320mm。對該鍵進行擠壓強度和剪切強度驗算確定許用擠壓應力[ ] =100～120 Mpajy?許用壓力[p] =40 Mpa經(jīng)過計算,工作轉(zhuǎn)矩 T =3432.3 Mpa鍵的工作長度 l =L =320mm 鍵的擠壓面高度 K = = mm=8 mm2h16鍵的寬度 b =28mm導向平鍵連接的主要失效形式為組成鍵連接的軸或輪轂工作面部分的磨損，須按工作面上的壓強來進行強度計算，其強度條件為：黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設(shè)計31p = = =21.45Mpa＜[p]dhlT40320165.4?經(jīng)校核知該鍵合格。表 3.1 普通平鍵的主要尺寸 mm軸的直徑 d 6×8 8~10?10~12 12~17?17~22 22~30?鍵寬 b×鍵高 h 2×2 3×3 4×4 5×5 6×6 8×7軸的直徑 d 30~38 38~44 44~50 50~58 58~65 65~75鍵寬 b×鍵高 h 10×8 12×8 14×9 16×10 18×11 20×12軸的直徑 d 75~85?85~95 95~100?110~130?鍵寬 b×鍵高 h 22×14 25×14 28×16 32×18鍵的長度系列L6，8，10，12，14，16，18 ，20，22，25，28，32，36，40，45，50，56，63，70，80，90，100，110，12