3920 轉(zhuǎn)塔式數(shù)控加工中心設(shè)計(jì),塔式,數(shù)控加工中心,設(shè)計(jì) 河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文- 1 -轉(zhuǎn)塔式數(shù)控加工中心設(shè)計(jì)目 錄前 言……………………………………………………………… 1第一章 技術(shù)參數(shù)分析及方案的確定§1.1技術(shù)參數(shù)分析……………………………………………… 2§1.2初步方案制定……………………………………………… 2§1.2.1機(jī)床總體方案的制定…………………………………… 2§1.2.2對于主軸部件的確定…………………………………… 3§1.3八軸轉(zhuǎn)塔頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)…………………………………… 3第二章 設(shè)計(jì)計(jì)算§2.1電動機(jī)的選擇…………………………………………………5§2.2計(jì)算總傳動比…………………………………………………5§2.3計(jì)算各傳動裝置的運(yùn)動和動力參數(shù)…………………………5§2.4帶傳動的設(shè)計(jì)…………………………………………………6§2.5錐齒輪傳動的設(shè)計(jì)……………………………………………7§2.6 圓柱齒輪設(shè)計(jì)……………………………………………… 10§2.7 主軸部分的設(shè)計(jì)計(jì)算……………………………………… 12§2.8 軸的設(shè)計(jì)…………………………………………………… 14§2.9 軸承的計(jì)算………………………………………………… 19§2.10鍵強(qiáng)度的校核………………………………………………22第三章 操作/使用說明§3.1 基本要求…………………………………………………… 24§3.2 操作注意事項(xiàng)……………………………………………… 25第四章 性 能 分 析 及 設(shè) 計(jì) 總 結(jié) ……………………………………26第五章 小結(jié)……………………………………………………… 27參考文獻(xiàn)……………………………………………………………28 致謝…………………………………………………………………29附錄…………………………………………………………………30河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文- 2 -前 言在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中接到的課題是對數(shù)控機(jī)床的部分進(jìn)行設(shè)計(jì)，我設(shè)計(jì)的是八軸轉(zhuǎn)塔自動換刀裝置。接到課題后，進(jìn)行了充分的調(diào)研工作，查閱了大量的相關(guān)資料。數(shù)控機(jī)床是一種高科技的機(jī)電一體化產(chǎn)品，集微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動控制技術(shù)及伺服驅(qū)動技術(shù)、精密機(jī)械技術(shù)于一身的高度機(jī)電一體化產(chǎn)品，是現(xiàn)代機(jī)床技術(shù)水平的重要標(biāo)志，是當(dāng)前世界機(jī)床技術(shù)進(jìn)步的主流。數(shù)控機(jī)床隨著微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動控制技術(shù)的發(fā)展而得到飛躍的發(fā)展。目前幾乎所有的傳統(tǒng)機(jī)床都有數(shù)控機(jī)床的品種，數(shù)控機(jī)床逐漸成為機(jī)械工業(yè)技術(shù)改造的首選設(shè)備。但我們了解到我國的國營大廠仍有一批老機(jī)床，隨著數(shù)控機(jī)床的發(fā)展這批老機(jī)床一定會被淘汰，但若對其進(jìn)行改造，將這批老機(jī)床改造成數(shù)控機(jī)床，這樣不但能延長這批老機(jī)床的壽命、降低了成本，而且還能滿足機(jī)床自動化的要求。因此，我們準(zhǔn)備對普通升降式銑床進(jìn)行改造。通過查閱有關(guān)書籍及大量的資料，我們將升降式銑床改為八軸轉(zhuǎn)塔式簡易加工中心，實(shí)現(xiàn)不人工換刀的情況下短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行銑、鏜、鉆的轉(zhuǎn)換。通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我不但對數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)有了系統(tǒng)的了解，并且還掌握了一種工業(yè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的思維方式，對今后的工作及實(shí)踐都有幫助。第一章 技術(shù)參數(shù)分析及方案的制定河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文- 3 -§1.1 技術(shù)參數(shù)分析由于主軸部件直接參與切削，因而數(shù)控機(jī)床的加工質(zhì)量很大程度上要靠它保證。因此，主軸部件主要參數(shù)有以下幾項(xiàng)：① 主軸部件旋轉(zhuǎn)精度。表現(xiàn)在工作時(shí)主軸回轉(zhuǎn)中心位置的不斷變化，即“主軸軸心漂移現(xiàn)象” ，應(yīng)通過采用回轉(zhuǎn)精度好的軸承和提高與軸承配合表面的精度等方法來提高。② 靜剛度。靜剛度不足會造成加工的尺寸誤差和形狀誤差，并且會影響主軸部件的工作性能和壽命。因此，應(yīng)通過適當(dāng)加粗主軸直徑、選擇最佳跨距等方法來提高靜剛度。③ 抗振性。由于傳動齒輪中存在缺陷或切削過程的再生自振等所引起的沖擊或交變力的干擾，從而使主軸產(chǎn)生振動，這不但會影響加工精度和表面質(zhì)量，甚至?xí)辜庸o法進(jìn)行。因此，應(yīng)提高主軸的剛度。選用阻尼比大的主軸軸承，并且要求主軸部件的運(yùn)動件要有足夠的精度并進(jìn)行動平衡。④ 熱穩(wěn)定性。主軸部件工作時(shí)，由于與主軸相聯(lián)系的傳動件或刀具傳來的切削熱等原因，主軸部件的溫度將上升，造成主軸部件的變形，影響主軸部件的工作性能。因此，應(yīng)通過減少部件中的發(fā)熱量，減少外部熱量傳入及創(chuàng)造良好的散熱條件來提高熱穩(wěn)定性?！?.2 初步方案制定§1.2.1 機(jī)床總體方案的制定機(jī)床主機(jī)是數(shù)控機(jī)床的主體，它包括床身、底座、立柱、工作臺、主軸箱、進(jìn)給機(jī)構(gòu)、刀架及自動換刀裝置等機(jī)械部件。它是在數(shù)控機(jī)床上自動完成各種切削加工的機(jī)械部分。通常用提高結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的靜剛度、增加阻尼、調(diào)整結(jié)構(gòu)件質(zhì)量和固有頻率等方法來提高機(jī)床主機(jī)的剛度和抗振性，使機(jī)床主機(jī)能適應(yīng)數(shù)控機(jī)床連續(xù)自動地進(jìn)行切削加工的需要。采取改善機(jī)床結(jié)構(gòu)布局、減少發(fā)熱、控制溫升及采用熱位移補(bǔ)償?shù)却胧蓽p少熱變形對機(jī)床主機(jī)的影響；采用高性能的主軸伺服驅(qū)動和進(jìn)給伺服驅(qū)動裝置，使數(shù)控機(jī)床的傳動鏈縮短，可簡化機(jī)床機(jī)械傳動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)；采用高傳動效率、高精度、無間隙的傳動裝置和傳動元件，如：滾動絲杠螺母副、滑動導(dǎo)軌等傳動元件。輔助裝置作為數(shù)控機(jī)床的配套部件，是保證充分發(fā)揮數(shù)控機(jī)床功能所必需的配套裝置。輔助裝置包括：液壓裝置，冷卻、潤滑裝置，防護(hù)、照明等。液壓裝置是應(yīng)用液壓系統(tǒng)，使機(jī)床完成自動換刀所需的動作，實(shí)現(xiàn)運(yùn)動部件的制動，完成工作臺的自動夾緊、松開，工件、刀具定位表面的自動吹屑等輔助功能。排屑裝置的作用是將切屑從加工區(qū)域排出。迅速有河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文- 4 -效地排除切屑是保證數(shù)控機(jī)床高效率地自動進(jìn)行切削加工的一種必備裝置?！?.2.2 對于主軸部件的確定在主軸電機(jī)的選擇上，為了能量轉(zhuǎn)換的高效率與信息轉(zhuǎn)換的高精度，快響應(yīng)和高度的穩(wěn)定性，對伺服電機(jī)的基本要求是：① 功率大，② 功率比大，③ 良好的調(diào)速性能，④ 優(yōu)良的控制特性，⑤ 便于維護(hù)，⑥ 散熱性好，其次價(jià)格方面也應(yīng)考慮。通過查閱資料，我了解到目前大多數(shù)數(shù)控機(jī)床的主傳動系統(tǒng)都是使用直流或交流伺服電機(jī)通過變速齒輪帶動主軸轉(zhuǎn)動的方案。因?yàn)樵谥绷魉欧姍C(jī)與交流伺服電機(jī)之間，交流伺服電機(jī)有構(gòu)造簡單，可達(dá)到的輸出功率最大，可達(dá)到的最大轉(zhuǎn)速最高，不許要維護(hù)，防爆特性好等特點(diǎn)，所以我選擇了交流電機(jī)。為了避免振動和噪聲，我采用了電機(jī)通過皮帶帶動主軸轉(zhuǎn)動的傳動方案。對于主軸轉(zhuǎn)速的確定。由于采用了變頻器進(jìn)行變頻調(diào)速，并且因?yàn)樽冾l器在頻率為 50HZ時(shí)，主軸轉(zhuǎn)速為 750r/min，而變頻器的變頻范圍為 50—200HZ,故主軸的轉(zhuǎn)速范圍為 150—3000r/min。對主軸軸承配置的主要形式的選擇。軸承配置的主要形式有三種：① 前軸承采用高精度雙列向心推力球軸承，這種方案有良好的高速性，但承載能力??；② 雙列和單列圓錐滾子軸承的組合，這種方案能承受重載荷，安裝調(diào)整性好，但限制主軸轉(zhuǎn)速和精度；③ 前軸承采用雙列短圓柱滾子軸承及角接觸球軸承組合，后支承采用雙列短圓柱滾子軸承，此配置可提高主軸的綜合剛度，可滿足強(qiáng)力切削的要求。所以我選擇了第三種方案。對定位裝置的確定，由于機(jī)床要求精度較高，故我選擇用鼠齒盤定位。鼠齒盤是數(shù)控機(jī)床常用的定位裝置，相對于其他定位裝置，它有定位精度高、定心精度好、定位剛度好、使用于需要多種分度的場合并且磨損小?！?.3 八軸轉(zhuǎn)塔式自動換刀裝置結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)八軸轉(zhuǎn)塔頭上徑向分布著八根結(jié)構(gòu)完全相同的主軸 1，主軸的回轉(zhuǎn)運(yùn)動由齒輪 21 輸入。當(dāng)數(shù)控裝置發(fā)出換刀指令時(shí)，先通過液牙撥叉（圖中未示出）將移動齒輪 6 與齒輪 21 脫離嚙合，同時(shí)在中心油缸 18 的上腔通壓力油。由于活塞桿和活塞 16 固定在底座上，因此中心油缸 18 帶著由兩個(gè)止推軸承 13 和 15 支承的轉(zhuǎn)塔刀架體 14 抬起，兩個(gè)鼠齒盤 7 脫離嚙合。然后壓力油進(jìn)入轉(zhuǎn)位油缸，推動活塞齒條，再經(jīng)過中間齒輪（圖中均未示出）使大齒輪 5 與轉(zhuǎn)塔刀架體 14 一起回轉(zhuǎn) 45°，將下一工序的主軸轉(zhuǎn)到工作位置。轉(zhuǎn)位結(jié)束之后，壓力油進(jìn)入中心油缸 18 的下腔使轉(zhuǎn)塔頭下降，兩個(gè)鼠齒盤 7 重新嚙合，實(shí)現(xiàn)精確的定位。在壓力河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文- 5 -油的作用下，轉(zhuǎn)塔頭被壓緊，轉(zhuǎn)位油缸退回原位。最后通過液壓撥叉撥動移動齒輪 6，使它與新?lián)Q上的主軸齒輪 21 嚙合（標(biāo)號見圖 02） 。為了改善主軸結(jié)構(gòu)的裝配工藝性，整個(gè)主軸部件裝在套筒 4內(nèi)，只要卸去螺釘，就可以將整個(gè)部件抽出。主軸前軸承 24采用錐孔雙列圓柱滾子軸承，調(diào)整時(shí)先卸下端蓋 2，然后擰動螺母 3，使內(nèi)環(huán)作軸向移動，以便消除軸承的徑向間隙。為了便于卸出主軸錐孔內(nèi)的刀具，每根主軸都有操縱桿 19，只要按壓操縱桿，就能通過斜面推動頂桿 22，頂出刀具。轉(zhuǎn)塔主軸頭的轉(zhuǎn)位，定位和壓緊方式與鼠齒盤式分度工作臺極為相似。但因?yàn)樵谵D(zhuǎn)塔上分布著許多回轉(zhuǎn)主軸部件，使結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜。由于空間位置的限制，主軸部件的結(jié)構(gòu)不可能設(shè)計(jì)得十分堅(jiān)實(shí)，因而影響了主軸系統(tǒng)的剛度。為了保證主軸的剛度，主軸的數(shù)目必須加以限制，否則將會使結(jié)構(gòu)尺寸大為增加。轉(zhuǎn)塔主軸頭換刀方式的主要優(yōu)點(diǎn)在于省去了自動松夾、卸刀、裝刀、加緊以及刀具搬運(yùn)等一系列復(fù)雜的操作，從而提高了換刀的可靠性，減少了刀具的裝卸造成的定位誤差，并顯著的縮短了換刀時(shí)間。第二章 設(shè)計(jì)計(jì)算§2.1 電動機(jī)的選擇1. 確定電動機(jī)類型。參閱同類機(jī)床，選擇 Y160L-8型異步電動機(jī)，其額定功率為：Ped=7.5kw,滿載轉(zhuǎn)速為：720 r/min。2. 確定主軸轉(zhuǎn)速。由于主軸轉(zhuǎn)速范圍為：150—3000 轉(zhuǎn)/分?！? 主軸轉(zhuǎn)速為：150 轉(zhuǎn)/分。河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文- 6 -§2.2 計(jì)算總傳動比1. 傳動裝置總傳動比。 i=720/150=4.82. 由《機(jī)械設(shè)計(jì)課程指導(dǎo)》表 2—1可得帶傳動的傳動比為： i 1=2圓柱齒輪的傳動比為： i 2=2.4錐齒輪的傳動比為： i 3=1§2.3 計(jì)算各傳動裝置的運(yùn)動和動力參數(shù)1． 各軸轉(zhuǎn)速。nⅠ =720 r/minnⅡ =nⅠ /i1=720/2=360 r/minnⅢ =nⅡ /i3=360 r/minnⅣ =nⅢ /i2=360/2.4=150 r/min2. 各軸輸出功率。由《機(jī)械設(shè)計(jì)課程指導(dǎo)》表 2—4可查得電動機(jī)至主軸各傳動機(jī)構(gòu)和軸承的效率為：帶傳動：η 1=0.95；滾動軸承：η 2=0.98；錐齒輪：η 3=0.95：圓柱齒輪：η 4=0.96。由于電機(jī)輸出功率為： P d =7.5 kw故 P Ⅰ = Pd =7.5 kwPⅡ = PⅠ *η 1*η 2 =6.98 kw PⅢ = PⅡ *η 2*η 3 =6.49 kPⅣ = PⅢ *η 2*η 4 =6.11 kw3. 各軸轉(zhuǎn)矩：TⅠ =9550*PⅠ /nⅠ =9550*7.5/720=99.47 N?mTⅡ =9550*PⅡ /nⅡ =9550*6.98/360=185.2 N?mTⅢ =9550*PⅢ /nⅢ =9550*6.49/360=172.17 N?mTⅣ =9550*PⅣ /nⅣ =9550*6.11/150=389 N?m§2.4 帶傳動的設(shè)計(jì)1. 確定計(jì)算功率 Pca.由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表８—７查得　K A=1.1故計(jì)算功率　P ca=KA*Pd=1.1*7.5=8.25kw2. 選取 V帶帶型。河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文- 7 -根據(jù) Pca、n Ⅰ ,由《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖８—８,應(yīng)選用ＳＰＡ型。3. 確定帶輪基準(zhǔn)直徑。由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表８—４和表８—８，取主動輪基準(zhǔn)直徑：D 1=100mm。根據(jù)式：D 2=i1D1=2*100=200 mm,由表８—８取 D2=224 mm。驗(yàn)算帶速：由式 v=π*D 1*nⅠ /60/1000=3.77120°故主動輪上的包角合適。6. 計(jì)算 V帶的根數(shù) z。由式　z=P ca/(P0+ΔP 0)/Kα /KL　查《機(jī)械設(shè)計(jì)》表８—６c 和８—６d 得　P 0=1.54 kw ΔP 0=0.28 kw表８—９和８—１０得　K α =0.95 KL=0.89故 z=5.36 取　z=6 7. 計(jì)算預(yù)緊力 F0由式　F 0=500*Pca*(2.5/Kα -1)/v/z+qv2查表８—５（《機(jī)械設(shè)計(jì)》 ）得 q=0.12 kg/m則 F 0=299.2 N8. 計(jì)算作用在軸上的壓軸力 Q由式　Q=2*z*F 0*sin(α1/2) 得　Q=3534.2 N§2.5 錐齒輪傳動的設(shè)計(jì) 1．初步設(shè)計(jì)。河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文- 8 -由式 d e1≥1951*（KT Ⅰ /u*б Hp2） 1/3 mm 進(jìn)行估算。由《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》表 23?4—22和圖 23?2—18d可查得 K=1.5 ,б Hlim=1300 N/mm2,sH′=1.1且 u=n 1/n2=360/360=1,T1=185.2 N?mm∴ б Hp′=б Hlim/sH′=1300/1.1=1182 N/mm2∴ d e1≥1951（1.5*185.2/2.4/11822） 1/3=85.1 mm2． 幾何計(jì)算。根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》表 23?4—4計(jì)算如下：齒數(shù)：取 z1=19,則 z2=u*z1=19分錐角：δ 1=arctgz1/z2= arctg1=45° δ 2=90°-45°=45°大端模數(shù)： m e=de1/z1=85.1/19=4.48 mm, 取 me=4.5 mm大端分度圓直徑： d e1=z1*me=19*4.5=85.5 mm de2=z2*me=19*4.5=85.5 mm平均分度圓直徑：∵ φ R=0.3∴ d m1=de1*(1-0.5φ R)=72.675 mmdm2=72.672 mm平均模數(shù)：M m=me*(1-0.5φ R)=3.825 mm外錐距： R e=de1/2*sinδ=85.5/2/sin45°=60.46 mm齒寬： b=φ R*Re=0.3*60.46=18.14 mm 取齒寬為 20mm大端齒頂高： h a1=(1+x1)*me=4.5 mm ha2=4.5 mm大端齒根高： h fe1=(1+c*-x1)*me=5.625 mmhfe2=(1+c*-x2)*me=5.625 mm齒頂角：θ a1=θ f2 θ a2= θ f1齒根角：θ f1= arctghfe1/Re=5.32° θ f2=5.32°頂錐角：δ a1=δ 1+θ a1=45°+5.32°=50.32° δ a2=50.32°根錐角：δ f1=δ 1-θ f1=45°-5.32°=39.68° δ f2=39.68°大端齒頂圓直徑：d ae1=de1+2*ha1*cosδ 1=91.86 mmdae2=91.86 mm安裝距：根據(jù)結(jié)構(gòu)確定 A1=100mm,A2=100mm冠頂距：A k1=de2/2-ha1*sinδ 1=39.57mmAk2=de1/2-ha2sinδ 2=39.57mm河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文- 9 -大端分度圓齒厚：s1=me(π/2+2*x 1*tgα+x f1)=7.0686mms2=π*m e-s1=4.5*π-s 1=7.0686mm大端分度圓弦齒厚：s 1′=s1(1-s12/6/de12)=7.0605 mms2′=7.0605 mm大端分度圓弦齒高：ha1′=ha1+s12*cosδ 1/4de1=4.6033 mmha2′=4.6033 mm當(dāng)量齒數(shù)：z v1=z1/cosδ 1=27 zv2=27端面重合度:ε va=[zv1(tgα va1-tgα)+z v2(tgα va2- tgα)]/2π式中：α va1=arcos[zv1cosα/(zv1+2ha*+2x1)]=28.97°α va2=28.97°且標(biāo)準(zhǔn)齒中, h a*=1,c*=0.25,α=20° 則 ε va=1.633． 接觸強(qiáng)度校核。由式 Б H=（F t*KA*KV*KHβ *KHα /0.85b/dm1*(u+1)/u） 1/2*zE*zH*zεβ *zK≤б HP來進(jìn)行校核?！叻侄葓A的切向力為： F t=5096.7N且由《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》表 23?4—21、表 23?4—24、式 23?4—3、23?4—4、表 23?4—25、圖 23?4—21、表 23?2—29和式 23?4—10可得： 使用系數(shù) KA=1.25動載荷系數(shù) KV=0.011載荷分布系數(shù) KHβ =1.9載荷分配系數(shù) KHα =1節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù) ZH=2.5彈性系數(shù) ZE=189.8 N/mm2重合度、螺旋角系數(shù) Zεβ =0.889錐齒輪系數(shù) ZK=1∴б H=126.3 N/mm2而 б HP=б Hlim/SHmim*ZLVR*Zx*Zw由《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》圖 23?2—18d和圖 23?2—21可得試驗(yàn)齒輪接觸疲勞極限 б Hlim=1300 N/mm2壽命系數(shù) ZN=1河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文- 10 -潤滑油膜影響系數(shù) ZLVR=0.965最小安全系數(shù) Shmim=1尺寸系數(shù) Zx=1工作硬化系數(shù) Zw=1∴б HP=1254.5 N/mm2∵б H100 N/mm,由表 10—3查得 K Hα =KFα =1.0 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表 10—2、10—4 及圖 10—13查得：使用系數(shù) K A=1.25 KHβ =1.11 KFβ =1.17河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文- 12 -∴ 載荷系數(shù) K=KA*KV*Kα *KHβ =1.55⑥ 按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所算的得分度圓直徑。由《機(jī)械設(shè)計(jì)》式 10—10a得： d 1=d1t3√K/K t=95.6 mm⑦ 計(jì)算模數(shù) m. m=d1/z1=3.98 mm3．按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)。由式 m≥[2K*T 1/φ d/z12*(Yfα *Ysα /[б] F)] 1/3 進(jìn)行計(jì)算。⑴ 確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值。① 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖 10—20d 、10—18，查得大小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限 б FE1=б FE2=680 Mpa彎曲疲勞壽命系數(shù) K FN1=0.89, KFN2=0.9② 計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力。取彎曲疲勞安全系數(shù) s=1.4,∴[б] F1=KFN1*б FE1/s=427.4 Mpa[б] F2=437.14 Mpa③ 計(jì)算載荷系數(shù) K. K=KA*KV*Kα *KFα =1.64④ 由表 10—5（《機(jī)械設(shè)計(jì)》 ）查得： 齒形系數(shù) Y Fa1=2.65 YFa2=2.30應(yīng)力校正系數(shù) Y sa1=2.29 Ysa2=1.72⑤ 計(jì)算大小齒輪的 YFa*Ysa/[б] F,并加以比較YFa1*Ysa1/[б] F1=0.0098 YFa2*Ysa2/[б] F2=0.0090∴ 小齒輪的數(shù)值大。⑵ 設(shè)計(jì)計(jì)算。由以上條件可得： m≥3.63 mm對比計(jì)算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)大于由齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)。由于齒輪模數(shù)的大小主要取決于彎曲強(qiáng)度所決定的承載能力，而齒面接觸疲勞強(qiáng)度所決定的承載能力，僅與齒輪直徑（及模數(shù)與齒數(shù)的乘積）有關(guān)，可取由彎曲強(qiáng)度算得的模數(shù) 3.63，圓整為標(biāo)準(zhǔn)值 m=4 mm，按接觸強(qiáng)度算得的分度圓直徑為 95.6 mm.∴ z 1=d1/m=23.9 取 z1=24 z2=u*z1=584．幾何尺寸計(jì)算。⑴ 計(jì)算分度圓直徑。 d 1=m*z1=96 mm d2=m*z2=232 mm⑵ 計(jì)算中心距。 a=(d 1+d2)/2=164 mm河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文- 13 -⑶ 計(jì)算齒輪寬度。 b=φ d*d1=19.2 mm∴ 取 B1=25 mm B2=20 mm5．驗(yàn)算?！?F t=2T1/d1=3583.33 N ∴ K A*Ft/b=224 N/mm>100 N/mm∴ 合格?！?.7 主軸部分的設(shè)計(jì)計(jì)算1. 確定主軸材料。參閱有關(guān)資料，選取主軸材料為 40Cr.2. 主軸直徑的選擇。由《金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)》表 5—12查得：主軸前軸徑 D 1=90 — 100, 取 D 1=100 mm后軸徑 D 2=(0.7 — 0.85)D1=80 mm3．主軸內(nèi)孔直徑、懸伸量、合理跨距及主軸長度。當(dāng) d/D=0.5時(shí)，空心軸的剛度為實(shí)心主軸剛度的 90%，也就是對剛度影響不大，平均直徑 D=90 mm∴ 主軸內(nèi)孔直徑 d=D/2=45 mm按設(shè)計(jì)方案選：前軸承為 3182120型，后軸承選為 318211型按類比法參考《金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)》表 5—14：取 a/D 1=1.0 定懸伸量為 a=100 mm由《金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)》圖 5—57，查出前、后軸承的剛度為： c 1=11000000 N/cm, c2=7500000 N/cm∴ c 1/c2=1.47且慣性距： I=π/64*(92*92 — 4.52*4.52)=302 cm4∴ η=EI/c 1/a3=0.549由《金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)》圖 5—44查得: L 0/a=2.5∴ L 0=2.5a=250 mm ∴ 主軸長為 350 mm6.主軸靜剛度的計(jì)算。1） 切削力的作用點(diǎn)： s = a+w (對銑床 w=B)而對端銑刀： B=60 mm ∴ s=160 mm主軸組件計(jì)算簡圖l=250 s=160河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文- 14 -b=150 c=100A B CQ已知切削力： （縱向）P H=939.7N （橫向）P V=3719.7N（垂直）P a=1957.8N2) 計(jì)算切削力 P作用在 s點(diǎn)引起主軸前端點(diǎn)的撓度 ycsp∵I c=π*(90 4-31.5424)=3.172*106P=(PH2+PV2) 1/2 =3836.56Nycsp =P*[3sc2-c3/6EIc+lsc/3EI+(l+s)*(l+c)/ cBl2+sc/cAl2]=0.000974mm 3) 計(jì)算力偶矩 M作用在主軸前端 c點(diǎn)產(chǎn)生的撓度 yccMyccM=P*[c2/cEIc+lc/3EI+(l+c)/ cBl2+c/cAl2]其中 M= Pa*D=1957.8*90=176202N*mm∴ y ccM=0.000162mm4) 計(jì)算驅(qū)動力 Q作用在兩支承之間時(shí)，主軸前端 c點(diǎn)的撓度 ycmqycmq=Q [-b*c*(2l-b)*(l-b)/6EIl+(l+c)*(l-b)/cBl2-b8c/cAl2]=0.000117mm5) 求主軸前端 c點(diǎn)的綜合撓度 ycα p=tg-1/( PH / PV )=75.82° α Q =γ-90°-α-ρ =64.28°由于順銑 α M =0°∴ y cy=ycsp*sin α p+ycmQ*sinα Q+yccM*sinα M=0.000451z軸上的分量代數(shù)和為：ycz=ycsp*sinα p+ycmQ*sinα Q+yccm*sinam=0.001049 mm∴ 綜合撓度 yc為： y c=(ycy2+ycz2)1/2=0.00114 mm∵ P cy=(Pys+M*cosam)/c=3265.54 N Pcz=Pzs/c=5951.52 N∴ P c=(Pcy2+Pcz2) 1/2=6788.54 N且 a pc=arctg(Pcz/Pcy)=61.25° zyc=arcth(ycz/ycy)=66.74°∴ J=P c/1000yc/?apc-ayc?=5982.3 N/μm河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文- 15 -∴ J>[J]=120 n/μm 故 合格?！?.8 軸的設(shè)計(jì)1. 軸的材料：第一軸選用 45鋼，并進(jìn)行調(diào)質(zhì)或正火處理，第二軸選用 40Cr。2. 估算軸的直徑。由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表 16—2 取 A 1=112， A 2=110∴ 第一軸： d 1≥112*(6.98/360) 1/3=30.08 mm第二軸： d 2≥110*(6.49/360) 1/3=27.84 mm3. 軸的強(qiáng)度校核。⑴ 第一軸。① 軸的結(jié)構(gòu)圖、空間受力圖、彎矩圖及扭矩圖。A Q C D Fr1 BFRAz FRAy Ft1 FRBy(a) Fa1 FRBz A C 194427.27 D B253357.88N?mm 242091.17N?mm(b)A C D B (c) 45687.9 N?mm A C D 199723.18N?mm 253357.88 N?mm 246364.6 N?mm(d)185199.88N?mmA C (e) D BA C D B 50929.97 N?mm251573.8 N?mm258426.15 N?mm 206114.56 N?mm(f)河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文- 16 -② 計(jì)算小錐齒輪受力。Ft1=2TⅡ /dm1=5096.66 NF′=Ft*tgα=1855.03 NFr1=F′*cosδ1=1311.7 NFa1=F′*sinδ1=1311.7 N又已知帶輪的直徑為 200 mm，小錐齒輪平均直徑為 72.675 mm，帶輪壓軸力為 3534.2 N。③ 計(jì)算支成反力。第一軸的空間受力圖如圖(a)所示，則該軸在 xy 平面內(nèi)的受力如下圖所示： A C D BFRAy Q Ft1 FRByFa1對 A 點(diǎn)取矩得：Q*AC+Ft1*AD+Fa1*dm1/2—FRBy *AB=0∴ F RBy = 5667.6 N對 B點(diǎn)取矩得：FRAy *AB+Q*CB+Ft1*DB—Fa1*dm1/2=0∴ F RAy=2963.25 N對 D點(diǎn):左邊： F RAy*AD—Q*CD=194427.27 N?mm右邊： F RAy*AD+Fa*dm1/2-Q*CD=242091.17N?mm彎矩圖如圖 b。該軸在 xz 平面圖如下圖所示：A C D BFRAz Fr1 FRBz對 A 取矩得： Fr1*AD—FRBz*AB=0∴ F RBz=1069.6 N對 B 取矩得： FRAz*AB—Fr1*DB∴ FRAz=242.11 N彎矩圖如圖 c。則合成彎矩為：河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文- 17 -MD=(MxyD2+MxzD2)1/2=199723.18 N?mmMD′=246364.6 N?mm合成彎矩圖如圖 d。扭矩： T D=Ft1*dm1/2=185199.88 N?mm扭矩圖如圖 e所示。由于軸的材料為：45 鋼，б B=600 Mpa∴ 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表 16—3得：[б +1]b=200 Mpa [б -1]b=55 Mpa∴ α=55/200=0.275∴ 當(dāng)量扭矩 αT=0.275*185199.88=50929.97 N?mm∴當(dāng)量彎矩為：Mc′′=(Mc2+αT) 1/2=258426.15 N?mmMD′′=206114.56 N?mm MD′′′=251573.8 N?mm當(dāng)量彎矩圖如圖 f 所示。a)校核軸徑。∵ dc=(Mc′/0.1/[б -1]b) 1/3=360.68=eFA2/FR2=0.68=e由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表 13—5 查得：軸承 1： X1=0.41, Y1=0.87軸承 2： X2=1, Y2=0由表 13—6 查得 fp=1.2—1.8，取 fp=1.2∴ P 1=fp(X1*FR1+X2*FA1)=4207.13 N河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文- 21 -P2=fp(X2*FR2+X2*FA2)=7025.96 N∴ P 2>P1, 應(yīng)以軸承 2 的受力大小驗(yàn)算。④ 驗(yàn)算壽命?！?L h′=2*8*300*2=9600 h∴ L h=106/60n(c/P2)ε =20786 h>Lh′ 故 合 格。2. 第二軸的軸承。初選第二軸的軸承為：7407AC，其受力圖如下圖所示：Fs1 Fa2 Fs21 FR1 FR2 2已知： Fa1=1311.7 N Fr1=1311.7 N Ft1=5096.66 NFR1y=2230 N FR1z=949.03 N FR2y=3871.63 N FR2z=957.13 N① 計(jì)算兩軸承受到的徑向載荷 FR1，F(xiàn) R2。FR1=(FR1y2+FR1z2) 1/2=2423.54 NFR2=(FR2y2+FR2z2) 1/2=3988.18 N② 求兩軸承計(jì)算軸向力 FA1，F(xiàn) A2對于 70000AC 型軸承，按《機(jī)械設(shè)計(jì)》表 13—7可得： 內(nèi)部軸向力 Fs=0.68FR∴ F s1=1648 N Fs2=2711.97 NFa2+Fs2=4023.67 N>1648 N∴ 1 壓緊，2 放松∴ F A1=Fs2+Fa2=4023.67 NFA2=Fs2=2711.97 N③ 求兩軸承當(dāng)量動載荷 P1，P 2 已知： e=0.68∴ F A1/FR1=1.66>0.68=eFA2/FR2=0.68=e由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表 13—5 查得：軸承 1： X1=0.41, Y1=0.87軸承 2： X2=1, Y2=0河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文- 22 -由表 13—6 查得 fp=1.2—1.8，取 fp=1.2∴ P 1=fp(X1*FR1+X2*FA1)=5364.01 NP2=fp(X2*FR2+X2*FA2)=4785.82 N∴ P 2Lh′ 故 合 格。3．主軸軸承的設(shè)計(jì)計(jì)算。主軸的軸承由前軸承和后軸承組成，前軸承選用 3182120 型雙列圓柱滾子軸承，和兩個(gè)8120 型推力球軸承后軸承也選用 3182116 型雙列圓柱滾子軸承。主軸軸承的校核：已知： Lh′=2*8*300*2=9600 h對前軸承： ① 雙列圓柱滾子軸承∵ 當(dāng)量動載荷 P=Fr=Fr1+Fr2其中 Fr1 為直齒圓柱齒輪所受徑向力等于 1304.23 NFr2 為主軸所受的徑向切削力等于 3836.56 N∴ Fr=5140.79 N而 P=Fr c=125000 N ε=10/3∴ L h=106/60n(c/P)ε =0.46*107 h>9600 h故 合格② 推力球軸承其當(dāng)量動載荷為 P=Fa而 Fa=1957.8 N ∴ P=1957.8 N∵ c=63400 N ε=3∴ L h=106/60n(c/P)ε =3773290.9 h>9600h故 合格③ 對后軸承：∵ 當(dāng)量動載荷 P=Fr=Fr1+Fr2其中 Fr1 為直齒圓柱齒輪所受徑向力等于 1304.23 NFr2 為主軸所受的徑向切削力等于 3836.56 N河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文- 23 -∴ Fr=5140.79 N而 P=Fr c=94200 N ε=10/3∴ L h=106/60n(c/P)ε =180230.24 h>9600 h∴ 合格 故主軸軸承均符合要求?！?.10 鍵強(qiáng)度的校核鍵的材料均為：Q235對 1 軸上的鍵：帶輪： 由《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》可查得：b=14 mm h=8 mm L=50 mm d=45 mm∴ l=50—14=36 mm K=0.5h=4 mm又由《機(jī)械設(shè)計(jì)》查得：[б ]P=80 Mpa且已知：T 1=185200 N?mm∴ бP=2*T1/k*l*d=50.8 Mpa<[б]P故 強(qiáng)度合格錐齒輪： 由《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》可查得：b=12 mm h=8 mm L=45 mm d=44 mm∴ l=45—12=33 mm K=0.5h=4 mm又由《機(jī)械設(shè)計(jì)》查得：[б ]P=80 Mpa且已知：T 1=185200 N?mm∴ бP=2*T1/k*l*d=63.77 Mpa<[б]P故 強(qiáng)度合格對 2 軸上的鍵：圓柱齒輪：由《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》可查得：b=14 mm h=9 mm L=36 mm d=45 mm∴ l=36—14=22 mm K=0.5h=4.5 mm又由《機(jī)械設(shè)計(jì)》查得：[б ]P=80 Mpa且已知：T 2=172.17 N?mm∴ бP=2*T2/k*l*d=77.29 Mpa<[б]P故 強(qiáng)度合格錐齒輪： 由《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》可查得：河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文- 24 -b=12 mm h=8 mm L=36 mm d=42 mm∴ l=36—12=24 mm K=0.5h=4 mm又由《機(jī)械設(shè)計(jì)》查得：[б ]P=80 Mpa且已知：T 2=172.17 N?mm∴ бP=2*T2/k*l*d=76.53 Mpa<[б]P故 強(qiáng)度合格。第三章 操作/使用說明§3.1 基本要求針對八軸轉(zhuǎn)塔型的數(shù)控機(jī)床，選擇合理的加工對象。由于這臺機(jī)床為立式加工中心，則其加工的典型零件是箱蓋，法蘭盤和蓋板等板類零件的一個(gè)面加工。它盡管沒有臥式機(jī)床那么大的適應(yīng)范圍，但對單面加工，由于機(jī)床價(jià)格便宜和工件在機(jī)床上安裝穩(wěn)定等特點(diǎn)，同樣取得很好的效果。為了充分發(fā)揮機(jī)床經(jīng)濟(jì)效益，建議生產(chǎn)管理部門在給這類機(jī)床安排加工工件是考慮以下一些原則：（1） 安排重復(fù)性加工的工件。它對每個(gè)新投產(chǎn)零件的準(zhǔn)備工時(shí)與機(jī)動切削工時(shí)比較，所占比例較高。在反復(fù)使用時(shí)，生產(chǎn)周期可大大縮減，成本減少，取得更好經(jīng)濟(jì)河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文- 25 -效益。（2） 加工工件批量應(yīng)大于經(jīng)濟(jì)批量。在普通機(jī)床上加工中小批量工件時(shí)，由于種種原因，純切削時(shí)間只能占實(shí)際工時(shí)的 10％~20％，在使用數(shù)控機(jī)床時(shí)，使這比例可能上升到 70％~80％，因此與普通設(shè)備加工對比，它的單件機(jī)動工時(shí)要短的多，但準(zhǔn)備調(diào)整工時(shí)又往往要長的多，所以用于加工批量太小的工件是不經(jīng)濟(jì)的，而且生產(chǎn)周期也不一定縮短。（3） 盡管發(fā)揮機(jī)床的各種工藝特點(diǎn)，盡可能安排一些有加工精度要求的銑、鏜、鉆鉸等綜合加工工藝內(nèi)容。（4） 加工內(nèi)容要適合機(jī)床的能力，如孔加工尺寸一般不要大于機(jī)床自動換刀裝置允許的最大尺寸。（5） 考慮車間生產(chǎn)能力平衡。作為單臺機(jī)床不可能承擔(dān)一個(gè)零件的全部加工工序，必然要和其他設(shè)備的工序轉(zhuǎn)接，有生產(chǎn)節(jié)拍要求，所以安排工序時(shí)既要考慮發(fā)揮數(shù)控機(jī)床的特長，又要合理。（6） 要根據(jù)加工工序的前后，一次性將刀具裝配好，以減少加工時(shí)間。使用數(shù)控機(jī)床編制程序是重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，編程方法主要分為自動和手工兩類，手工編程是目前在國內(nèi)使用數(shù)控機(jī)床的一種基本方法。掌握手工編程首先要了解以下內(nèi)容：（1） 掌握程序編制所需的文字、地址、代碼等指令的含義。（2） 掌握程序編制的規(guī)格，即各指令和代碼的使用方法和組合形狀等/（3） 了解工件在數(shù)控設(shè)備上加工內(nèi)容的全部工藝過程和數(shù)控設(shè)備的各種操作要求和細(xì)節(jié)。（4） 用已掌握的代碼、指令等，按程序編制規(guī)則規(guī)定的使用方法（相當(dāng)于語法） ，描述在數(shù)控設(shè)備上加工工件的完整工藝過程?！?.2 操作注意事項(xiàng)對工件進(jìn)行裝夾定位時(shí)要保證工件滿足規(guī)定的定位和裝夾要求。對個(gè)別裝卡定位精度要求很高，而批量很小的工件，可用檢測儀器在機(jī)床工作臺上找正基準(zhǔn)，然后設(shè)定工件坐標(biāo)系進(jìn)行加工，這樣對每個(gè)工件都要有手工找正的輔助時(shí)間，但節(jié)省了夾具費(fèi)用。在機(jī)床上配置了接觸式測頭，找正工件的定位基準(zhǔn)可用編制測量程序自動完成，對一些小型零件，如果批量較大時(shí)，常采用多工件裝卡的夾具方案。這樣節(jié)省了單件的換刀時(shí)間（因每換一把刀具的時(shí)間分?jǐn)傇趲讉€(gè)工件上） ，提高了生產(chǎn)效率，同時(shí)又有利于粗加工和精加工之間的零件冷卻和時(shí)效。同時(shí)走刀速度不宜過快，以避免產(chǎn)生大量的熱和起停是的沖擊。在刀桿上安裝河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文- 26 -力傳感器，以免刀具崩刃。第四章 性能分析及設(shè)計(jì)總結(jié)八軸轉(zhuǎn)塔數(shù)控機(jī)床由于是在原有老機(jī)床的基礎(chǔ)上改造而成，所以它在裝備上有陳舊的方面，例如轉(zhuǎn)塔的剛度性能不是很好，機(jī)體部分零部件老化。但是它的成本低，再利用率高，使廠家節(jié)省了很大的一批費(fèi)用，使面臨淘汰的機(jī)床又重新恢復(fù)生產(chǎn)，為廠家創(chuàng)造新的效益。它與同類產(chǎn)品相比，有著成本低，結(jié)構(gòu)簡單，維修方便等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)它采用了變頻技術(shù)來調(diào)速，這是近幾年才發(fā)展的高新技術(shù)，這無疑增加了這臺簡易數(shù)控加工中心的技術(shù)含量。我在設(shè)計(jì)完后，覺得如果再設(shè)計(jì)這類機(jī)床應(yīng)該在整體上使結(jié)構(gòu)更緊湊一些，并且還應(yīng)使一些主要性能的精度更高一些，例如，自動換刀裝置應(yīng)改為刀庫換刀，因?yàn)橛辛说稁?，機(jī)床只要一個(gè)固定主軸夾持刀具，有利于提高主軸剛度，可以使用先進(jìn)的切削用量，提高加工精度和生產(chǎn)率，獨(dú)立的刀庫大大地增加了刀具儲存的數(shù)量，有利于擴(kuò)大機(jī)床功能，并有利于隔離各種影響加工精度的干擾。河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文- 27 -第五章 小結(jié)通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，通過對機(jī)床設(shè)計(jì)的方法和步驟的了解掌握了一種系統(tǒng)設(shè)計(jì)的思維方法。不僅提高收集、閱讀、分析和運(yùn)用資料的能力，獨(dú)立工作的能力，理論聯(lián)系實(shí)際的設(shè)計(jì)和計(jì)算能力，和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與編制技術(shù)文件的能力，而且使我的專業(yè)知識得到了進(jìn)一步的鞏固?？偠灾?，這次畢業(yè)設(shè)計(jì)使我收益非淺，為我今后的工作打下了良好的基礎(chǔ)。河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文- 28 -參考文獻(xiàn)[1] 王昆，何小柏主編，機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)，高等教育出版社，1995 年[2] 濮良貴，紀(jì)名剛主編，機(jī)械設(shè)計(jì)，高等教育出版社，1997 年[3] 何伯吹主編，機(jī)床設(shè)計(jì)，機(jī)械工業(yè)出版社，1984 年[4] 徐灝主編，機(jī)械設(shè)計(jì)手冊，機(jī)械工業(yè)出版社，1992 年[5] 邱宣懷，郭可謙，吳宗澤等主編，機(jī)械設(shè)計(jì)，高等教育出版社，1997 年[6] 顧準(zhǔn)邦主編，金屬切削機(jī)床，機(jī)械設(shè)計(jì)出版社，1984 年[7] 孫漢卿主編，數(shù)控機(jī)床維修技術(shù)，機(jī)械工業(yè)出版社，2001 年[8] 李峻勤，費(fèi)仁元主編，數(shù)控機(jī)床及其使用與維修，國防工業(yè)出版社，2000 年[9] 劉又午，杜君文主編，數(shù)字控制機(jī)床，機(jī)械工業(yè)出版社，1997 年[10] 吳祖育，秦鵬飛主編，數(shù)控機(jī)床，上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，2000 年[11] 于華主編，數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)與編程，機(jī)械工業(yè)出版社，2000 年[12] 董獻(xiàn)坤主編，數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)與編程，機(jī)械工業(yè)出版社，1998 年[13] 廖效果，朱啟逑，數(shù)字控制機(jī)床，華中理工大學(xué)出版社，1992 年[14] 吳祖育主編，數(shù)控機(jī)床，上?？萍汲霭嫔?，1990 年[15] 周文玉主編，數(shù)控加工技術(shù)基礎(chǔ)，中國輕工業(yè)出版社，1999 年河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文- 29 -[16] 李愛平主編，現(xiàn)代技術(shù)的控制技術(shù)，同濟(jì)大學(xué)出版社，1999 年[17] 卓迪仁主編，數(shù)控技術(shù)及應(yīng)用，國防工業(yè)出版社，1999 年[18] 宋本基主編，數(shù)控技術(shù)，哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，1999 年致 謝本論文由李建朝教授審閱全稿，提出了許多寶貴的意見，許多同組設(shè)計(jì)人員和其他同學(xué)都提出了熱情而中肯的建議，都對提高本論文質(zhì)量給予了很大的幫助，我在此致以衷心的感謝。最后，由于我的水平和時(shí)間所限，誤漏之處恐屬難免，殷切期望廣大老師和專家隨時(shí)予以批評指正。