xk100立式數(shù)控銑床的設(shè)計(jì)

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1、 河南職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 題目： xk100立式數(shù)控銑床的設(shè)計(jì) 系（分院）機(jī)電管理系 學(xué)生姓名 穆嘉明 學(xué) 號(hào) 08311039 　 專業(yè)名稱 數(shù)控加工 指導(dǎo)教師 李松齡 2013年3月15 日 37 河南職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書 姓 名 穆嘉明 專 業(yè) 數(shù)加 班 級(jí) 105 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 題 目 xk100立式數(shù)控銑床的設(shè)計(jì) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）選題的目的與意義 當(dāng)今世界各國(guó)制造業(yè)廣泛采用數(shù)控技術(shù)，以提高制造能力和水平，提高對(duì)動(dòng)

2、態(tài)多變市場(chǎng)的適應(yīng)能力和競(jìng)爭(zhēng)能力。此外世界上各工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家還將數(shù)控技術(shù)及數(shù)控裝備列為國(guó)家的戰(zhàn)略物資，不僅采取重大措施來(lái)發(fā)展自己的數(shù)控技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)，而且在“高精尖”數(shù)控關(guān)鍵技術(shù)和裝備方面對(duì)我國(guó)實(shí)行封鎖和限制政策?？傊?，大力發(fā)展以數(shù)控技術(shù)為核心的先進(jìn)制造技術(shù)已成為世界各發(fā)達(dá)國(guó)家加速經(jīng)濟(jì)發(fā)展、提高綜合國(guó)力和國(guó)家地位的重要途徑。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的資料收集情況（含指定參考資料） ①中國(guó)機(jī)床工具工業(yè)協(xié)會(huì) 行業(yè)發(fā)展部.CIMT2001巡禮［J］.世界制造技術(shù)與裝備市場(chǎng)，2001(3)：18-20. ②梁訓(xùn)王宣 ,周延佑.機(jī)床技術(shù)發(fā)展的新動(dòng)向［J］.世界制造技術(shù)與裝備市場(chǎng)，2001(3)：21-28.

3、 ③中國(guó)機(jī)床工具工業(yè)協(xié)會(huì) 數(shù)控系統(tǒng)分會(huì).CIMT2001巡禮［J］.世界制造技術(shù)與裝備市場(chǎng)，2001(5)：13-17. 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）工作進(jìn)度計(jì)劃 1．2012年11月初接受論文作業(yè) 2．2012年11月中旬提交論文題目 3．2012年11月下旬，通過(guò)到圖書館及上網(wǎng)查找有關(guān)論文資料，提交論文提綱 4．2012年11月—2012年12月提交論文初稿及修改論文內(nèi)容 5．2012年12月定稿 接受任務(wù)日期 2012年11月15 日 要求完成日期 2013年 3月15日 學(xué)生簽名： 年 月 日 指導(dǎo)教師簽名： 2012年 月 日

4、 系（分院） 主任（院長(zhǎng)）簽名： 年 月 日 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）指導(dǎo)教師評(píng)閱意見(jiàn)表 姓 名 穆嘉明 學(xué) 號(hào) 08311039 性 別 男 專 業(yè) 數(shù)加 班 級(jí) 105 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 題 目 xk100立式數(shù)控銑床的設(shè)計(jì) 評(píng) 閱 意 見(jiàn) 　　 成績(jī) 指導(dǎo)教師簽字 2011年 4 月 5日 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯意見(jiàn)表 姓 名 穆嘉明 學(xué) 號(hào) 0831103

5、9 性 別 男 專 業(yè) 數(shù)加 班 級(jí) 105 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 題 目 數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用與維護(hù) 答辯時(shí)間 地 點(diǎn) 答辯 小組 成員 姓 名 職 稱 學(xué) 歷 從事專業(yè) 組 長(zhǎng) 成 員 秘 書 答 辯 小 組 意 見(jiàn) 答 辯 成 績(jī)： 答辯小組組長(zhǎng)簽名： 年 月 日 xk100立式數(shù)控銑床的設(shè)計(jì) 楊柳

6、[摘要］ 本文根據(jù)公司生產(chǎn)加工需要改裝一臺(tái)銑床, 主要用于銑削平面和鉆孔，對(duì)主軸部件進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，但仍要用原來(lái)的主軸箱，要求主軸的轉(zhuǎn)速范圍為40r/min—4000r/min，查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)確定典型的切削工藝可以求得主軸的切削功率為4.3KW，根據(jù)切削功率與主運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)鏈的總效率η確定機(jī)床傳動(dòng)的功率Ｐ=5.4 KW，然后，根據(jù)機(jī)床傳遞的功率Ｐ來(lái)選擇電機(jī)的類型。為了滿足主軸的轉(zhuǎn)速要求，選擇合適的傳動(dòng)比和軸承。 [關(guān)鍵詞] 銑床 主軸 設(shè)計(jì) 校核 第一章 數(shù)控銑床的介紹 數(shù)控機(jī)床集計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子技術(shù)、自動(dòng)控制、傳感測(cè)量、機(jī)械制造、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)于一體，是典型的機(jī)電一體化

7、產(chǎn)品，他的發(fā)展和運(yùn)用，開創(chuàng)了制造業(yè)的新時(shí)代，數(shù)控技術(shù)水平的高低已成為衡量一個(gè)國(guó)家制造業(yè)現(xiàn)代化程度的核心標(biāo)志，他實(shí)現(xiàn)加工機(jī)床及生產(chǎn)過(guò)程數(shù)控化，已成為當(dāng)今制造業(yè)的發(fā)展方向。數(shù)控銑床是一種加工功能很強(qiáng)的數(shù)控機(jī)床，目前迅速發(fā)展起來(lái)的加工中心、柔性加工單元都是在數(shù)控銑床、數(shù)控鏜床的基礎(chǔ)上產(chǎn)生的，兩者都離不開銑削方式。由于數(shù)控銑削工藝最復(fù)雜，需要解決的技術(shù)問(wèn)題也最多，因此人們?cè)谘芯亢烷_發(fā)數(shù)控系統(tǒng)及自動(dòng)編程語(yǔ)言的軟件時(shí)，也一直把銑削加工作為重點(diǎn)。 數(shù)控技術(shù)是當(dāng)今工業(yè)產(chǎn)品自動(dòng)化發(fā)展中處于核心地位的一種高技術(shù)。第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床問(wèn)世于美國(guó)，是為了適應(yīng)航空工業(yè)制造復(fù)雜零件的需要而產(chǎn)生的，70年代初以前，美國(guó)處于領(lǐng)先

8、的地位，70年代中期，前蘇聯(lián)生產(chǎn)的數(shù)控機(jī)床在數(shù)量上趕超美國(guó)成為第一。1981年，日本超過(guò)了其他國(guó)家而成為世界上最大的數(shù)控機(jī)床生產(chǎn)國(guó)家。 在國(guó)外數(shù)控機(jī)床的數(shù)量中，最多的是普通數(shù)控機(jī)床，特別是數(shù)控車床，但是發(fā)展最快的則是可以自動(dòng)換刀具的加工中心，目前國(guó)際上研制的數(shù)控設(shè)備則是由加工中心為主體的柔性加工單元及柔性制造系統(tǒng)。 我國(guó)的機(jī)床數(shù)控行業(yè)起步1961年，到現(xiàn)在已有45年多的歷史了，70年代中期開始進(jìn)入實(shí)用階段，但直至80年代處由于引進(jìn)了國(guó)外數(shù)控系統(tǒng)及其關(guān)鍵器件，數(shù)控技術(shù)生產(chǎn)中才獲得較好的應(yīng)用，我國(guó)目前狀況是：數(shù)控系統(tǒng)已形成年產(chǎn)500套多功能數(shù)控機(jī)床和3000套經(jīng)濟(jì)型數(shù)控裝置的能力。我國(guó)已建立了

9、以中，低檔數(shù)控機(jī)床為主的產(chǎn)業(yè)體系，20世紀(jì)90年代主要發(fā)展高檔數(shù)控機(jī)床。隨著科學(xué)生產(chǎn)力的發(fā)展，機(jī)床設(shè)備數(shù)控化率的提高已是衡量一個(gè)國(guó)家機(jī)械制造業(yè)現(xiàn)代化水平的重要標(biāo)志。據(jù)最近有關(guān)資料表明，我國(guó)機(jī)床總有量380余萬(wàn)臺(tái)，其中數(shù)控機(jī)床總數(shù)只有11.34萬(wàn)臺(tái)，即我國(guó)機(jī)床數(shù)控化率還不到3%，而一些發(fā)達(dá)國(guó)家早已達(dá)到20%以上，因此，我國(guó)機(jī)械制造水平與發(fā)達(dá)國(guó)家相比差距很大，設(shè)備陳舊，技術(shù)水平落后，嚴(yán)重的影響了生產(chǎn)力的發(fā)展。 提高機(jī)床數(shù)控化率有兩個(gè)途徑：一是購(gòu)買新的數(shù)控機(jī)床；二是對(duì)舊機(jī)床進(jìn)行數(shù)控改造。這對(duì)于我國(guó)一個(gè)機(jī)床擁有量極大（其中大部分機(jī)床年齡較長(zhǎng)），而當(dāng)前經(jīng)濟(jì)財(cái)力又不足的發(fā)展中國(guó)家來(lái)說(shuō)，采用舊機(jī)床改造

10、來(lái)提高設(shè)備的先進(jìn)性和數(shù)控化率，是一個(gè)及其有效和實(shí)用的途徑。 數(shù)控機(jī)床集計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子技術(shù)、自動(dòng)控制、傳感測(cè)量、機(jī)械制造、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)于一體，是典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品，他的發(fā)展和運(yùn)用，開創(chuàng)了制造業(yè)的新時(shí)代，數(shù)控技術(shù)水平的高低已成為衡量一個(gè)國(guó)家制造業(yè)現(xiàn)代化程度的核心標(biāo)志，他實(shí)現(xiàn)加工機(jī)床及生產(chǎn)過(guò)程數(shù)控化，已成為當(dāng)今制造業(yè)的發(fā)展方向。數(shù)控銑床是一種加工功能很強(qiáng)的數(shù)控機(jī)床，目前迅速發(fā)展起來(lái)的加工中心、柔性加工單元都是在數(shù)控銑床、數(shù)控鏜床的基礎(chǔ)上產(chǎn)生的，兩者都離不開銑削方式。由于數(shù)控銑削工藝最復(fù)雜，需要解決的技術(shù)問(wèn)題也最多，因此人們?cè)谘芯亢烷_發(fā)數(shù)控系統(tǒng)及自動(dòng)編程語(yǔ)言的軟件時(shí)，也一直把銑削加工作為重點(diǎn)。

11、 1.1 數(shù)控銑床的主要功能 數(shù)控銑床可以分為立式、臥式和立臥兩用式數(shù)控銑床，數(shù)控銑床的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，主要具有下列功能： 1、點(diǎn)位控制功能 利用這一功能，數(shù)控銑床可以進(jìn)行只需要作點(diǎn)位控制的磚孔、擴(kuò)孔、忽孔、鉸孔和鏜孔等加工。 2、連續(xù)輪廓控制功能 數(shù)控銑床通過(guò)直線和圓弧插補(bǔ)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)刀具運(yùn)動(dòng)軌跡的連續(xù)輪廓控制，加工出由直線和圓弧兩種幾何要素構(gòu)成的平面輪廓工件。對(duì)非圓曲線（橢圓、拋物線、雙曲線等二次曲線及對(duì)數(shù)螺旋線、阿基米德螺旋線和列表曲線等）構(gòu)成的平面輪廓，在經(jīng)過(guò)直線或圓弧逼近后也可以加工。除此之外，還可以加工一些空間曲面。 3、刀具半徑自動(dòng)補(bǔ)償功能 使用這一功能，在編程

12、時(shí)可以很方便地按工件實(shí)際輪廓形狀和尺寸進(jìn)行編程計(jì)算，而加工中可以使刀具中心自動(dòng)偏離工件輪廓一個(gè)刀具半徑，加工出符合要求的輪廓表面。也可以利用該功能，通過(guò)改變刀具半徑補(bǔ)償量的方法來(lái)彌補(bǔ)銑刀制造的尺寸精度誤差，擴(kuò)大刀具直徑選用范圍及刀具返修刃磨的允許誤差。 4、刀具長(zhǎng)度補(bǔ)償功能 利用該功能可以自動(dòng)改變切削平面高度，同時(shí)可以降低在制造與返修時(shí)對(duì)刀具長(zhǎng)度尺寸的精度要求，還可彌補(bǔ)軸向?qū)Φ墩`差。 5、鏡像加工功能 鏡像加工也稱為軸對(duì)稱加工。對(duì)于一個(gè)軸對(duì)稱形狀的工件來(lái)說(shuō)，利用這一功能，只要編出一半形狀的加工程序就可完成全部加工了。 6、固定循環(huán)功能 利用數(shù)控銑床對(duì)空進(jìn)行鉆、擴(kuò)、鉸、鍃和鏜加工時(shí)，

13、加工的基本動(dòng)作是：刀具無(wú)切削快速到達(dá)孔位—慢速切削進(jìn)給—快速退回。對(duì)于這種典型化動(dòng)作，可以專門設(shè)計(jì)一段程序（子程序）在需要的時(shí)候進(jìn)行掉用來(lái)實(shí)現(xiàn)上述加工循環(huán)，特別是在加工許多相同的孔時(shí)，應(yīng)用固定循環(huán)功能可以大大簡(jiǎn)化程序。 1.2 數(shù)控銑床的主要特點(diǎn) 1、高柔性及工序復(fù)合化 數(shù)控銑床具有柔性（可變性）高和工序復(fù)合化的特點(diǎn)。所謂“柔性”即靈活、通用和萬(wàn)能性，可以適應(yīng)加工不同形狀工件的自動(dòng)化機(jī)床。數(shù)控銑床的發(fā)展已經(jīng)模糊了粗、精加工工序的概念，打破了傳統(tǒng)的工序界限和分開加工的工藝規(guī)程，可最大限度地提高設(shè)備利用率。 數(shù)控銑床一般都能完成鉆孔、鏜孔、鉸孔、銑平面、銑斜面、銑槽、銑曲面（凸輪）、攻螺

14、紋等加工。而且，一般情況下，可以在一次裝夾中，完成所需的加工工序。 2、加工精度提高 目前數(shù)控裝置的脈沖當(dāng)量（即每發(fā)出一個(gè)脈沖后滑板的移動(dòng)量）一般為0.001mm。高精度的數(shù)控系統(tǒng)可達(dá)0.0001mm，一般情況下可以保證工件的加工精度。另外，數(shù)控加工可避免工人的操作誤差，一批加工工件的尺寸同一性比較好（包括工件的主要尺寸和倒角等尺寸的同一性），而且還可以利用軟件進(jìn)行精度校正和補(bǔ)償，大大提高了產(chǎn)品質(zhì)量。 3、生產(chǎn)效率高 零件加工所需要的時(shí)間包括機(jī)動(dòng)時(shí)間和輔助時(shí)間量部分。數(shù)控銑床能夠有效的減少這量部分時(shí)間，因而加工生產(chǎn)率比一般銑床高得多。良好的結(jié)構(gòu)剛性允許數(shù)控銑床大切削用量的強(qiáng)力切削，有效

15、的節(jié)省了機(jī)動(dòng)時(shí)間。數(shù)控銑床移動(dòng)部件的快速移動(dòng)和定位采用了加速和減速措施，因而選用了很高的空行程運(yùn)動(dòng)速度，消耗在快進(jìn)、快退和定位的時(shí)間要比一般銑床少的多。 數(shù)控銑床的主軸轉(zhuǎn)速和進(jìn)給量都是無(wú)級(jí)變速的。因此，有利于選擇最佳切削用量。 4、減輕操作者的勞動(dòng)強(qiáng)度 數(shù)控銑床對(duì)零件加工是按事先編好的程序自動(dòng)完成的。操作者除了操作鍵盤、裝卸工件和中間測(cè)量及觀察機(jī)床運(yùn)動(dòng)外，不需要進(jìn)行繁重的重復(fù)性手工操作，可大大減輕勞動(dòng)強(qiáng)度。 由于數(shù)控銑床具有以上獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，因此數(shù)控銑床已成為機(jī)械制造業(yè)的主要設(shè)備。但是，數(shù)控銑床的編程操作比較復(fù)雜，對(duì)編程人員的素質(zhì)要求較高。否則很難發(fā)揮數(shù)控銑床的作用。 本文根據(jù)公司生產(chǎn)

16、加工需要改裝一臺(tái)銑床,主要用于銑削平面和鉆孔，對(duì)主軸部件進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，但仍要用原來(lái)的主軸箱，要求主軸的轉(zhuǎn)速范圍為40r/min—4000r/min，查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)確定典型的切削工藝可以求得主軸的切削功率為5.4KW，根據(jù)切削功率與主運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)鏈的總效率η確定機(jī)床傳動(dòng)的功率Ｐ，然后，根據(jù)機(jī)床傳遞的功率Ｐ來(lái)選擇電機(jī)的類型。為了滿足主軸的轉(zhuǎn)速要求，選擇合適的傳動(dòng)比和軸承。 第二章 總體設(shè)計(jì)方案 XK100立式數(shù)控銑床要達(dá)到的技術(shù)要求：主軸轉(zhuǎn)速40 r/min～4000r/min，換刀時(shí)間0.6s，換刀的時(shí)間靠打刀缸的性能來(lái)保證。工作臺(tái)的行程1000500，工作臺(tái)所加工零件的類型為鋁件和一些鋼件。

17、主軸采用BT50、的刀柄和拉抓。 XK100立式數(shù)控銑床具有加工中心的特點(diǎn)，能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)換刀，自動(dòng)變速，變速方法采用無(wú)級(jí)變速加有級(jí)變速。無(wú)級(jí)變速采用交流變頻調(diào)速電機(jī)，實(shí)現(xiàn)兩極變速，變速過(guò)程中齒輪的嚙合通過(guò)離合器的得電和失電來(lái)實(shí)現(xiàn)。為了滿足主軸的轉(zhuǎn)速要求選擇帶輪的傳動(dòng)比為2，減速傳動(dòng)；齒輪的傳動(dòng)比為1.78，兩對(duì)齒輪嚙合，一對(duì)齒輪實(shí)現(xiàn)增速傳動(dòng)，另一對(duì)實(shí)現(xiàn)減速傳動(dòng)。 XK100立式數(shù)控銑床主軸部件的設(shè)計(jì)主要有軸以及軸上零件、拉桿的設(shè)計(jì)，選擇合適的電機(jī)，滿足切削時(shí)的功率要求，選擇電機(jī)時(shí)根據(jù)典型切削工藝求得切削是需要的功率；打刀缸的選擇，首先根據(jù)換刀所要達(dá)到的時(shí)間，其次，根據(jù)碟形彈簧拉緊刀柄的力，

18、打刀缸動(dòng)作是所產(chǎn)生的力應(yīng)稍大于彈簧的拉緊力。 第三章 電機(jī)的選擇 現(xiàn)在的數(shù)控銑床能夠?qū)崿F(xiàn)無(wú)級(jí)變速或無(wú)級(jí)變速加有級(jí)變速，數(shù)控銑床一般都采用由直流或交流調(diào)速電動(dòng)機(jī)作為驅(qū)動(dòng)的電氣無(wú)級(jí)調(diào)速。由于數(shù)控銑床的運(yùn)動(dòng)調(diào)速范圍較大，單靠調(diào)速電機(jī)無(wú)法滿足這么大的調(diào)速范圍，另一方面調(diào)速電機(jī)的功率扭矩特性也難于直接與機(jī)床的功率和轉(zhuǎn)矩要求相匹配。因此，數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)變速系統(tǒng)常常在無(wú)級(jí)變速電機(jī)之后串聯(lián)機(jī)械有級(jí)變速傳動(dòng)，以滿足機(jī)床要求的調(diào)速范圍和轉(zhuǎn)矩特性。 3.1 確定主軸傳動(dòng)功率 數(shù)控銑床的加工范圍一般都比較大，所傳動(dòng)的額定功率可以根據(jù)典型切削工藝的情況計(jì)算，根據(jù)設(shè)計(jì)的銑床主要的加工范圍，查機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)確定如

19、下典型加工工藝：用高速剛圓柱平刀銑削灰鑄鐵工件平面，刀具直徑D=100mm，刀齒數(shù)為10，工件材料為HT200，硬度190HBS，切削速度=23.5m／min，進(jìn)給速度為160mm／min，背吃刀量＝5mm，切寬為75mm。 由公式 　　　 = 計(jì)算得=1200r／min 則每齒進(jìn)給量　?。剑剑?.013mm 根據(jù)典型切削工藝公式： P切＝2.8B 式中： t—切削厚度，即被吃刀量（mm） —每齒進(jìn)給量（mm） B—切削寬度（mm） Z—刀齒數(shù) HB—材料硬度 代入數(shù)值得 P切=2.850.013

20、75101200 =4300W=4.3KW 主傳動(dòng)的總效率一般可取為η=0.70～0.85,數(shù)控機(jī)床的主傳動(dòng)多用調(diào)速電機(jī)和有限的機(jī)械變速傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)，傳動(dòng)鏈較短，因此效率可取較大值，由此可求得主軸傳遞的功率為 P===5.4kw 3.2 電機(jī)的選擇 現(xiàn)在數(shù)控機(jī)床常用直流電動(dòng)機(jī)和交流調(diào)頻電機(jī)兩種。目前，中小型數(shù)控機(jī)床中，交流調(diào)頻電機(jī)已占優(yōu)勢(shì)，有取代直流電機(jī)之勢(shì)。本文所設(shè)計(jì)的銑床采用交流調(diào)頻電機(jī)調(diào)節(jié)電源頻率來(lái)達(dá)到調(diào)速的目的，額定轉(zhuǎn)速常為1500r／min，如圖1-1所示是變速電機(jī)的功率特性。從額定轉(zhuǎn)速到最高轉(zhuǎn)速的區(qū)域Ⅰ為恒功率區(qū)，從最低轉(zhuǎn)速至的區(qū)域Ⅱ?yàn)楹戕D(zhuǎn)矩區(qū)。

21、 圖 3-1 變速電動(dòng)機(jī)的功率特性 在設(shè)計(jì)數(shù)控銑床主傳動(dòng)時(shí)，必須考慮電機(jī)與機(jī)床主軸功率特性匹配問(wèn)題。由于主軸要求的恒功率變速范圍遠(yuǎn)大于電機(jī)的恒功率變速范圍，所以在電機(jī)與主軸之間要串聯(lián)一個(gè)分級(jí)變速箱，以擴(kuò)大其功率調(diào)速范圍，滿足低速大功率切削時(shí)對(duì)電機(jī)的輸出功率要求。為了簡(jiǎn)化變速箱結(jié)構(gòu)，變速級(jí)數(shù)應(yīng)少些，變速箱公比可取大于電機(jī)的恒功率調(diào)速范圍，即〉。這時(shí)，變速箱每擋內(nèi)有部分低轉(zhuǎn)速只能恒轉(zhuǎn)矩變速，主傳動(dòng)系統(tǒng)功率特性圖中出現(xiàn)“缺口”，稱之功率降低區(qū)。使用“缺口”范圍內(nèi)的轉(zhuǎn)速時(shí)，為限制轉(zhuǎn)矩過(guò)大，得不到電動(dòng)機(jī)輸出的全

22、部功率。為保證缺口處的輸出功率，電動(dòng)機(jī)的功率應(yīng)相應(yīng)的增大。為了滿足主軸傳遞5.4kw，最高轉(zhuǎn)速4000r／min的要求，選擇上海富田電機(jī)生產(chǎn)的IAG系列變頻調(diào)速專用感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，其型號(hào)為ＩＡＧ132M—1500—7.5。 其中：IAG—系列代號(hào) 132—極座號(hào)（中心高） M—機(jī)座長(zhǎng)度代號(hào)，有S、M、L三種類型 1500—基本轉(zhuǎn)速（單位：r／min） 7.5—額定功率（單位：kw） 電機(jī)在60—1500r／min內(nèi)，實(shí)現(xiàn)恒扭矩輸出，在1500—4500r／min內(nèi)實(shí)現(xiàn)恒功率輸出；最高轉(zhuǎn)速可以達(dá)到6000r／min，當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到6000

23、r／min，扭矩特性不好，因此一般情況下轉(zhuǎn)速只達(dá)到4500r／min 3.3 主軸的變速過(guò)程 為了實(shí)現(xiàn)數(shù)控銑床的無(wú)級(jí)變速，采用交流調(diào)頻電機(jī)，本文所設(shè)計(jì)的銑床所選擇的電機(jī)需要實(shí)現(xiàn)兩級(jí)變速，當(dāng)通電時(shí)離合器脫離，小齒輪和大齒輪嚙合，實(shí)現(xiàn)增速傳動(dòng)；當(dāng)轉(zhuǎn)速下降到電機(jī)的計(jì)算轉(zhuǎn)速時(shí)，離合器吸合，大齒輪和小齒輪嚙合，實(shí)現(xiàn)增速傳動(dòng)。 第四章　軸類零件的設(shè)計(jì) 主軸部件是機(jī)床實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的執(zhí)行件，是機(jī)床上的一個(gè)重要部件。主軸部件由主軸、主軸支承和安裝在主軸上的傳動(dòng)件、密封件等組成，對(duì)于銑床主軸部件還有拉桿和拉抓。 4.1 軸的設(shè)計(jì)概述 軸是主成機(jī)械的一個(gè)重要零件，它支承其它回轉(zhuǎn)件并傳遞轉(zhuǎn)矩

24、，同時(shí)它又通過(guò)軸承和支架連接，所有軸上零件都圍繞軸心線做回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，形成一個(gè)以軸為基準(zhǔn)的锝組合體—軸系部件，所以在軸的設(shè)計(jì)中不能只考慮軸的本身，還必須和軸系零件的整個(gè)結(jié)構(gòu)密切聯(lián)系起來(lái)。 軸設(shè)計(jì)的特點(diǎn)：在軸系零部件的具體結(jié)構(gòu)未確定之前，軸上力的作用點(diǎn)和支點(diǎn)間的跨距無(wú)法精確的確定，故彎距大小和分布情況不能求出，因此在軸的設(shè)計(jì)中必須把軸的強(qiáng)度計(jì)算和軸系零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)交錯(cuò)進(jìn)行，邊畫圖，邊計(jì)算，邊修改。 4.2 主軸主要結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定 　主軸的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)有：主軸前、后軸頸D1和D2，主軸內(nèi)孔直徑d，主軸前端懸伸量a和主軸主要支撐間的跨距L。這些參數(shù)直接影響主軸旋轉(zhuǎn)精度和主軸的剛度。 4.2.1

25、 主軸最小直徑的估算 當(dāng)數(shù)值上時(shí)，可按扭轉(zhuǎn)剛度估算最小軸徑，即： ……………………………………………(1) 式中：d—主軸的最小直徑（cm） P—主軸傳遞的功率(kw)，前面已算出P=5.4kw —主軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速(r/min)，前面已給出=160r/min 代人數(shù)值得：d≥11=110.4=4.4cm 取主軸的最小直徑=45mm，最小直徑本應(yīng)該是后軸頸，但是考慮到軸承的軸向固定采用鎖緊螺母，應(yīng)留鎖緊螺母的位置?？紤]到軸上裝軸承，有配合要求，應(yīng)將后軸頸的直徑圓整到標(biāo)準(zhǔn)直徑，同時(shí)要考慮到選擇軸承的類型，因此選擇后軸頸的直徑=50， 4.2.2 主

26、軸內(nèi)孔直徑d及拉桿直徑的確定 主軸內(nèi)孔直徑與機(jī)床的類型有關(guān)，主要用來(lái)通過(guò)棒料、拉桿、鏜桿或頂出頂尖等，銑床主要用于通過(guò)拉桿和拉抓，確定孔徑的原則是：為減輕主軸重量在滿足上述工藝要求及不削弱主軸剛度的前提下，盡量取較大值，孔徑d對(duì)主軸剛度的影響影響是通過(guò)抗彎截面慣性矩而體現(xiàn)的，即主軸本身的剛度正比于抗彎截面慣性矩，其關(guān)系式為 Ｉ空/Ｉ實(shí)＝＝１－ 根據(jù)上式可繪制出主軸孔徑對(duì)主軸剛度影響曲線，如圖4-1 D—主軸平均直徑，d—主軸平均孔徑，—直徑為Ｄ實(shí)心主軸剛度 ， —直徑為Ｄ，孔徑為d的空心軸的剛度。 圖4-1 主軸孔徑對(duì)主軸剛度影響曲線 由圖4-1知：當(dāng)d／Ｄ≤0.5時(shí)，內(nèi)孔

27、d對(duì)主軸剛度幾乎無(wú)影響，通常取孔徑d的極限值＜0.7D。此時(shí)Ｉ空＞0.75Ｉ實(shí)，即剛度消弱量小于25%，若孔徑再大主軸剛度急劇下降，一般銑床主軸孔徑d可比刀具拉桿直徑大5～10mm。 由于機(jī)床使用場(chǎng)合多種多樣，為了適應(yīng)加工工藝及刀具特點(diǎn)，機(jī)床工具行業(yè)已經(jīng)開發(fā)了多種軸端結(jié)構(gòu)，并已形成專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，銑床常用的主軸端部結(jié)構(gòu)前端帶有7:24的錐孔.供插入銑刀尾部錐柄定位,，拉桿從主軸后端拉緊刀具，常用的是BT—50刀柄，因此我們采用BT—50的外螺紋拉抓，查資料知BT—50拉抓外螺紋的尺寸為M22P1.5，所以拉桿前端必須是M22的內(nèi)螺紋，為了滿足拉桿的剛性要求，取拉桿的直徑為φ28mm，根據(jù)拉桿的直

28、徑確定主軸內(nèi)孔的最小直徑為φ32即可. 4.2.3 主軸前端懸伸量的確定 主軸前端懸伸量a是指主軸前端面到前軸承徑向支反力作用中點(diǎn)（或前徑向支承中點(diǎn)）的距離。它主要取決于主軸端部結(jié)構(gòu)、前支承軸承和密封裝置的形式和尺寸，由結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)確定。由于前端懸伸量對(duì)主軸部件的剛度、抗振性影響很大，變形量與a的二次方或三次方成正比例關(guān)系。，因此在滿足結(jié)構(gòu)要求的前提下，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量縮短該懸伸量。 在確定主軸前端懸伸量時(shí)應(yīng)該滿足以下結(jié)構(gòu)要求：主軸前端要留有裝切削液噴頭的位置；軸承的寬度B=27；軸承擋環(huán)的厚度b=8；主軸下支承的安裝位置以及軸肩的寬度。 4.2.4 主軸支承跨距L的確定 合理確定主軸主

29、要支承間的跨距L，是獲得主軸部件最大靜剛度的重要條件之一。支承跨距過(guò)小，主軸的彎曲變形固然較小，但因支承變形引起主軸前軸端的位移量增大；反之，支承跨距過(guò)大，支承變形引起主軸前軸端的位移量盡管減小了，但主軸的彎曲變形增大，也會(huì)引起主軸前端較大的位移。因此存在一個(gè)最佳跨距，在該跨距時(shí)，因主軸彎曲變形和支承變形引起主軸前軸端的總位移量為最小。一般取=（2～3.5），本文所設(shè)計(jì)的主軸暫取L=2.5a=360，但是實(shí)際結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，由于結(jié)構(gòu)上的原因，以及支承剛度因磨損會(huì)不斷降低，主軸主要支承間的實(shí)際跨距L往往大于最佳跨距。 4.2.5 計(jì)算主軸傳遞的扭矩 根據(jù)電機(jī)的扭矩—功率特性圖知，當(dāng)主軸的轉(zhuǎn)速為

30、基準(zhǔn)轉(zhuǎn)速時(shí)所傳遞的扭矩最大，即n=n=1500r/min，則 =9.5510=9.5510=3.43810N 4.2.6 選擇軸的材料和熱處理方法 選擇軸的材料為40Cr，，經(jīng)調(diào)質(zhì)處理, 其機(jī)械性能有設(shè)計(jì)手冊(cè)查得 =700Mpa，=500Mpa，=185Mpa 查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)得[]=190Mpa 4.2.7 初選軸承 本文所設(shè)計(jì)的銑床主要用于銑削平面和打孔，軸承承受徑向載荷，還承受不大的軸向載荷，故選擇單列圓錐滾子軸承背對(duì)背的組合。根據(jù)工作要求及后軸頸的直徑(為50mm)，由軸承產(chǎn)品目錄中選取型號(hào)為32010的單列圓錐滾子軸承，其尺寸（內(nèi)徑外徑寬度）為dDb=508020。

31、 4.3 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 4.3.1 擬定軸上零件的裝配方案 `本文所設(shè)計(jì)的主軸要用原有的主軸箱，根據(jù)主軸箱的結(jié)構(gòu)、軸上零件定位、加工要求以及不同的零件裝配方案，，參考軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本要求，得出如圖所示的軸結(jié)構(gòu)。 圖4-2 主軸的結(jié)構(gòu) 如圖4-2中，拉桿與BT50拉刀抓連接，從右側(cè)裝入內(nèi)孔，然后再裝入BT50刀柄；齒輪、軸承、套筒、軸承套以及電磁鐵固定架從左側(cè)裝入，法蘭蓋從右側(cè)裝入，與軸承套用螺釘連接。 4.3.2 確定軸各段的直徑 根據(jù)前面的計(jì)算知：最小直徑D=45mm，小軸承用鎖緊螺母進(jìn)行軸向固定，所以取軸段1外螺紋的直徑M=45mm；根

32、據(jù)軸承的型號(hào)以及與軸的配合關(guān)系，取軸段2的直徑=50mm。 軸段4處裝小齒輪，承受很大的徑向力，同時(shí)主軸是空心的，考慮到主軸的整體剛性，取軸段4的直徑=75mm，小齒輪用鎖緊螺母壓緊，則軸段4的直徑比軸段3的直徑大2～3mm，所以取軸段3處的外螺紋直徑M=72mm。 軸段5上有兩個(gè)軸套，軸套左側(cè)用于定位小齒輪，中間用來(lái)壓緊和定位電磁鐵固定架，考慮到拆卸方便，軸段5要比軸段4大2～3mm，同時(shí)要比軸段6小2～3mm因此取軸段5的直徑=78mm，軸段6的直徑=80mm。 大齒輪主要靠軸段7的軸肩來(lái)定位的，為了保證定位可靠，軸段7要比軸段6的直徑大5～10mm，但是考慮到主軸前端的內(nèi)孔交大，因

33、此取軸段7的直徑為=92mm。 軸段8是前軸頸，主軸的直徑因與軸承的內(nèi)徑相等，考慮到軸承的型號(hào)以及與主軸的配合關(guān)系，取軸段8的直徑=95mm，軸承的型號(hào)為32109。 主軸前端內(nèi)孔采用7：24的錐度，裝BT50的刀柄，內(nèi)孔較大，取軸段10的外徑=127mm，軸段9主要起定位作用，因比軸段10大5～10mm，因此取軸段9的直徑為=137mm。 4.3.3 確定各軸段的長(zhǎng)度 軸段4和6的長(zhǎng)度要比輪轂寬度（38mm）短2～3mm，故這兩處軸段的長(zhǎng)度取為36mm。其中軸段4不包括退刀槽的長(zhǎng)度。 軸段1和3有外螺紋，裝徑向鎖緊螺母，故軸段1和3的長(zhǎng)度比鎖緊螺母長(zhǎng)2～3mm，取軸段1的長(zhǎng)度為

34、15.7mm，軸段3的長(zhǎng)度為 18.2mm 軸段7主要與軸承套配合，壓緊軸承，為了保證軸承套與大齒輪之間有一定的間隙，取軸段7的長(zhǎng)度為25mm；軸段8是后軸頸，所選軸承的寬度B=32mm，軸承擋環(huán)的寬度T=8mm，故取軸段8的長(zhǎng)度為44mm。 軸段9是一個(gè)軸肩，主要起定位作用，取軸段9的長(zhǎng)度為11即可；主軸的前端面要裝端面鍵，同時(shí)主軸前端要留下裝切削液噴頭的位置，因此取軸段10的長(zhǎng)度為69mm。 主軸內(nèi)孔要裝拉桿、拉刀抓及BT50刀柄，整體裝配起來(lái)應(yīng)該讓拉桿不要伸出主軸內(nèi)孔太長(zhǎng)，否則銑床的整體動(dòng)剛度不好，根據(jù)主軸和主動(dòng)軸的整體裝配關(guān)系，取軸段1的長(zhǎng)度為75.4mm，軸段5的長(zhǎng)度為209m

35、m。 綜上所述，主軸的跨距L＝373mm，懸伸量ａ=96mm 4.3.4 軸向零件的周向固定 齒輪、電磁鐵固定架與軸的周向定位均采用半圓鍵聯(lián)接。對(duì)于齒輪，由手冊(cè)查得半圓鍵的截面尺寸寬高直徑=101332(GB/T1098-2003)，鍵槽用鍵槽銑刀加工，長(zhǎng)為29。7mm(標(biāo)準(zhǔn)鍵長(zhǎng)見(jiàn)GB1096-79)；對(duì)于電磁鐵固定架，由手冊(cè)查得半圓鍵的截面尺寸寬高直徑=6922(GB/T1098-2003)，鍵槽用鍵槽銑刀加工，長(zhǎng)為29.7mm(標(biāo)準(zhǔn)鍵長(zhǎng)見(jiàn)GB1096-79)，軸承與軸的周向定位是采用過(guò)盈 配合來(lái)保證的。 3.3.5 確定軸上倒角和退刀槽的尺寸 取主軸前端的倒角為445，其余

36、倒角145；所有退刀槽的尺寸為21 4.4 主軸剛度的計(jì)算 軸在載荷作用下，將產(chǎn)生彎曲和扭轉(zhuǎn)變形。若變形量超過(guò)允許的限度，就會(huì)影響軸上零件的正常工作，甚至?xí)茐你姶驳墓ぷ餍阅?。因此在設(shè)計(jì)重要軸時(shí)，必須檢驗(yàn)軸的變形量，這在軸的設(shè)計(jì)中稱為剛度計(jì)算 剛度計(jì)算包括扭轉(zhuǎn)剛度計(jì)算和彎曲剛度計(jì)算兩種。前者以扭轉(zhuǎn)角ψ來(lái)度量；后者以撓度y和截面轉(zhuǎn)角θ來(lái)度量。本文以彎曲剛度校核，查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)知：[y]=0.00025L；圓錐滾子軸承處的偏轉(zhuǎn)角[θ]＝0.0016rad。 4.4.1 主軸的簡(jiǎn)化和彎曲剛度的計(jì)算 1、如主軸前后軸承頸之間有數(shù)段組成，則當(dāng)量直徑d d= 式中：、；、；…；、—分別為

37、各段的直徑和長(zhǎng)度 —總長(zhǎng)，=++…+（mm） ==78.6 mm 2、主軸切削力的計(jì)算 根據(jù)公式P=得：=，則當(dāng)線速度最小時(shí),切削力最大 ===0.21m/s ===25.7KN 3、撓度的計(jì)算 主軸的前懸伸部分較粗，剛度較高，其變形可以忽略不計(jì)。后懸伸部分不影響剛度。當(dāng)主軸前端作用一外載，則撓度 y=（mm）=10（μm） 式中 —典型切削工藝的切削力 　　　—前懸伸，等于載荷作用點(diǎn)至前支承點(diǎn)間的距離（mm） —跨距，等于前后支承之間的距離（mm） 　　?。拧獜椥阅Ａ浚撊。牛?10（Mpa） I—截面慣性矩，I=0.05（-）（mm）

38、 ，—主軸的外徑和孔徑（mm） 將E和I的值待人，可得 y===79μm≤0.0002L=0.09325mm 4、偏轉(zhuǎn)角 主軸切削工件時(shí)承受很大的切削力，主軸前端產(chǎn)生彎曲變形，查機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)得 ＝ 式中 —主軸前端偏轉(zhuǎn)角(rad) 　　　、、、Ｅ、Ｉ與前面相同 代入數(shù)據(jù)得 ＝(2373+369)＝0.0011 rad 所以　　≤[θ]=0.0016 rad 綜上所述　主軸的剛度滿足條件，不必重新設(shè)計(jì)。 第五章 齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)與計(jì)算 一般，設(shè)計(jì)齒輪傳動(dòng)時(shí)，已知的條件是：傳遞的功率P=5.4KW，轉(zhuǎn)速n=40r／min—4000r／min，傳動(dòng)比暫取i=1.

39、78；預(yù)定的壽命5年，每年工作300天，每天24小時(shí)。 設(shè)計(jì)開始時(shí)，往往不知道齒輪的尺寸和參數(shù)，無(wú)法準(zhǔn)確定出某些系數(shù)的數(shù)值，因而不能進(jìn)行精確的計(jì)算。所以通常需要先初步選擇某些參數(shù)，按簡(jiǎn)化計(jì)算方法初步確定出主要尺寸，然后再進(jìn)行精確的校核計(jì)算。當(dāng)主要參數(shù)和幾何尺寸都已經(jīng)合適之后，再進(jìn)行齒輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并繪制零件工作圖。 5．1主要參數(shù)的選擇 1、模數(shù)m 模數(shù)由強(qiáng)度計(jì)算或結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)確定，要求圓整為標(biāo)準(zhǔn)值，傳遞動(dòng)力的齒輪傳動(dòng)m≥2。初步確定模數(shù)時(shí)，對(duì)于軟齒面齒輪(齒面硬度)350HBS）外嚙合傳動(dòng)m=（0.007～0.02）a；載荷平穩(wěn)，中心距過(guò)大時(shí)取小值，本文所設(shè)計(jì)的主軸傳動(dòng)采用已有的箱體，可

40、以知道中心距a=150mm，因此取模數(shù)m=0.015a=2.25mm，將模數(shù)圓整到標(biāo)準(zhǔn)值，取m=2.5mm 2、螺旋角β β角太小，將失去斜齒輪的優(yōu)點(diǎn)；但太大將會(huì)引起很大的軸向力。一般取β=8—15，此處取β=13。 3、齒數(shù)z 當(dāng)中心距一定時(shí)，齒數(shù)取多，則重合度增大，改善了傳動(dòng)的平穩(wěn)性。同時(shí)，齒數(shù)多則模數(shù)小、齒頂圓直徑小，并且又能減小金屬切削量，節(jié)省材料，降低加工成本。但是齒數(shù)增多則模數(shù)減小，齒輪的抗彎強(qiáng)度降低，因此，在滿足抗彎強(qiáng)度的條件下，宜取較多的齒數(shù)。 5.2 齒輪的設(shè)計(jì)與計(jì)算 5.2.1、選擇材料 查機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)，小齒輪：20CrMnTi，滲碳淬火，硬度45～55HR

41、C 大齒輪：20CrMnTi，滲碳淬火，硬度45～55HRC 按MQ級(jí)質(zhì)量要求取值，查得=780N/mm，=820N/mm；=620 N/mm，=640 N/mm。 5.2.2 有關(guān)參數(shù)和系數(shù)的確定 最大轉(zhuǎn)矩 =3.43810N 載荷系數(shù)K 查表取K =1.4 齒寬系數(shù) 查設(shè)計(jì)手冊(cè)取=0.25 5.2.3 中心距及主要參數(shù)的確定 本文根據(jù)原有數(shù)控銑床的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，用原有的主軸箱，根據(jù)主軸箱的結(jié)構(gòu)要求，確定齒輪嚙合時(shí)的中心距a=150mm 按經(jīng)驗(yàn)公式，=(0.007～0.02)a=(0.007～0.02)150mm=1.

42、05～3 取標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)=2.5mm 初取β=13，cosβ=cos13=0.9744 初取齒數(shù)比μ=1.78 ===42.06 取=42，則=μ=1.7842=74.76，則取=75 精求螺旋角β cosβ===0.975 即β=arccos0.975=124824，此值與初選β值相差不大，故不必重新計(jì)算。 傳動(dòng)比 ===1.786，此值與初選齒數(shù)比相差不大，故不必重新計(jì)算 5.2.4 許用彎曲應(yīng)力[] 1、當(dāng)量齒數(shù)為： ===45.3 ===80.9 根據(jù)當(dāng)量齒數(shù)查得：齒形系數(shù)=2.37，=2.25

43、 應(yīng)力修正系數(shù)=1.69，=1.77 2、應(yīng)力循環(huán)次數(shù) =60=6012001（533024）=2.8510 ==2.85101.786=510 根據(jù)、查得：=0.86，=0.88 3、查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)得：安全系數(shù)=1.4 根據(jù)公式[]=得：許用彎曲應(yīng)力 []===393Mpa []===389Mpa 5．2．5、主要尺寸的計(jì)算 分度圓直徑d： ===107.7mm ===192.3mm 齒寬b ==0.25150=37.5mm 取==38mm 5.2.6 校核齒面接觸疲勞強(qiáng)度 =3.17≤[] 確定有關(guān)系數(shù)和參數(shù) 1

44、、許用接觸應(yīng)力[] 查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)得==850Mpa，安全系數(shù)=1.2 根據(jù)、查得=0.86，=0.88 許用彎曲應(yīng)力 []===609Mpa []===623Mpa 查設(shè)計(jì)手冊(cè)得：彈性系數(shù)=189.8，故 =3.17189.8=246.7Mpa ＜[]，齒面接觸疲勞強(qiáng)度合格。 5.2.7 驗(yàn)算齒輪圓周速度 ===22.5m/s ===40.25m/s 查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)知選擇6級(jí)精度即可 至此齒輪的設(shè)計(jì)與校核已經(jīng)全部完成，零件圖見(jiàn)附圖XK100—10—205和XK100—10—210。 第六章 軸承的設(shè)計(jì)與計(jì)算 軸承是當(dāng)代機(jī)械設(shè)備中一種舉足輕重的零部件。它的

45、主要功能是支撐機(jī)械旋轉(zhuǎn)體，用以降低設(shè)備在傳動(dòng)過(guò)程中的機(jī)械載荷摩擦系數(shù)。按運(yùn)動(dòng)元件摩擦性質(zhì)的不同，軸承可分為滾動(dòng)軸承和滑動(dòng)軸承兩類。 本文所設(shè)計(jì)的數(shù)控銑床主要用于銑削平面和打孔，是在機(jī)械傳動(dòng)過(guò)程中起固定和減小載荷摩擦系數(shù)的部件。也可以說(shuō)，當(dāng)其它機(jī)件在軸上彼此產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，用來(lái)降低動(dòng)力傳遞過(guò)程中的摩擦系數(shù)和保持軸中心位置固定的機(jī)件。軸承是當(dāng)代機(jī)械設(shè)備中一種舉足輕重的零部件。它的主要功能是支撐機(jī)械旋轉(zhuǎn)體，用以降低設(shè)備在傳動(dòng)過(guò)程中的機(jī)械載荷摩擦系數(shù)。按運(yùn)動(dòng)元件摩擦性質(zhì)的不同，軸承可分為滾動(dòng)軸承和滑動(dòng)軸承兩類。軸承承受徑向載荷的同時(shí)，還承受不大的軸向載荷，根據(jù)軸承承受載荷的特性，選擇單列圓錐滾子軸承

46、的背對(duì)背的組合方式。 　查軸承手冊(cè)得：32010型軸承基本額定動(dòng)載荷Cr=61KN，e=0.42，Y =1.4。 32109型軸承基本額定動(dòng)載荷Cr=175KN，e=0.44，Y =1.4。 6.1 軸承當(dāng)量動(dòng)載荷的計(jì)算 6.1.1 切削力的計(jì)算 根據(jù)公式P=得：=，根據(jù)典型切削工藝取n=1200r/min ===6.28m/s ===0.86KN 6.1.2 徑向力的確定 單列圓錐滾子軸承背對(duì)背組合，如圖5-1所示，可知： ==0.86=0.22KN =+=0.22+0.86=1.08KN 圖6-1

47、 軸承受載示意圖 6. 1.3. 計(jì)算兩軸承的派生軸向力s 查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)得，單列圓錐滾子軸承的派生軸向力為S=/(2Y)，則 ===0.08KN ===0.39KN 6.1.4 計(jì)算兩軸承的軸向載荷 軸承外加的軸向力=2KN +=0.39+5=2.39KN＞ 所以軸承Ⅰ被“壓緊”，軸承Ⅱ被“放松”，故 =+=2.39KN ==0.39KN 6.1.5 計(jì)算兩軸承的當(dāng)量動(dòng)載荷P 查機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)得：載荷系數(shù)=1.5 軸承Ⅰ的當(dāng)量動(dòng)載荷P1： ==10.8＞e=0.42 查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)得：=0.4，=1.4 =(+ Y)=1.5(0.40.22+1.42.39)=

48、5.2KN 軸承Ⅱ的當(dāng)量動(dòng)載荷P1： ==0.36＜e=0.44 查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)得：=1，=0 ==1.51.08=1.62KN 6.2 驗(yàn)算兩軸承的壽命 由于軸承是在正常溫度下工作，t <120℃，查表機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)得=1 圓錐滾子軸承ε=10/3，則軸承I的壽命 =（）=（）=46500 h 軸承Ⅱ的壽命 =（）=（）=9.910 h 綜上所述，軸承滿足5年，一年工作300天、每天24小時(shí)的壽命，不必重新選擇 第七章 圓弧齒同步帶的設(shè)計(jì) 7.1 確定圓弧齒同步帶的基本參數(shù) 7.1.1 確定設(shè)計(jì)功率 設(shè)計(jì)功率=．,其中為載荷修正系數(shù) 根據(jù)已知工作條件查表取

49、＝２　則 ＝．＝２7.5=15KW 7.1.2 選擇帶形和節(jié)距 根據(jù)=15KW和電機(jī)基準(zhǔn)轉(zhuǎn)速查表確定為8M型，節(jié)距＝８ 7.1.3 傳動(dòng)比的選擇 帶傳動(dòng)是一種最常見(jiàn)的機(jī)械傳動(dòng)形式，它的主要用傳遞轉(zhuǎn)矩和改變轉(zhuǎn)速。當(dāng)帶繞在輪上時(shí)，帶的任一邊都受到相同的初拉力 。帶傳動(dòng)工作時(shí)，帶與輪之間產(chǎn)生摩擦力 ，主動(dòng)輪上的摩擦力與帶的運(yùn)動(dòng)方向相同，即主動(dòng)輪通過(guò)摩擦力驅(qū)動(dòng)帶運(yùn)動(dòng)；從動(dòng)輪上的摩擦力與帶的運(yùn)動(dòng)方向相同，即通過(guò)摩擦力驅(qū)動(dòng)從動(dòng)輪。由于摩擦力的作用，帶繞主動(dòng)輪的一邊被拉緊，稱為緊邊；帶繞從動(dòng)輪的一邊被放松，稱為松邊。大部分帶傳動(dòng)是依靠擾性傳動(dòng)與帶輪間的摩擦力來(lái)傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的，銑床方面的傳動(dòng)還

50、有電主軸和電機(jī)直連式，我們選擇了帶傳動(dòng)的方式，帶傳動(dòng)簡(jiǎn)單，而且效率高，選擇的傳動(dòng)比=2 7.1.4 小帶輪齒數(shù) 根據(jù)帶型M和小帶輪的轉(zhuǎn)速，由表查得小帶輪的最小齒數(shù)=18，此處取=23。 則大帶輪的齒數(shù)==46 7.1.5 小帶輪的節(jié)圓直徑 ===58.57mm 查表得其外徑=-2δ=58.57-1.37=57.20 其中2δ為節(jié)根距 7.1.6 大帶輪節(jié)圓直徑 ===117.14 查表得其外徑==117.14—1.37=115.77 7.1.7 帶的傳動(dòng)速度 ===4.6m/s 7.2 確定帶的中心距 7.2.1 初定軸間距 查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)知 0.7（+

51、）≤≤2(+) 同時(shí)根據(jù)對(duì)銑床產(chǎn)品的測(cè)繪和設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)初定=160mm 7.2.2 帶長(zhǎng)及其齒數(shù)的確定 =2＋(+)＋ =2160＋1.57(58.57＋117.14) ＋（117.14—58.57）／4160 =320＋275.8647＋0.092 =595.96mm 查表應(yīng)選用帶長(zhǎng)代號(hào)為600的8M型同步帶，其節(jié)線長(zhǎng)度=600mm，節(jié)線長(zhǎng)上的齒數(shù)=75 7.2.3 實(shí)際軸間距，所設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)的軸間距可調(diào)整 M=4—2π（+） =4600—6.28（58.57＋117.14）

52、 =2400—1103.4588 =1296.5412mm （＋/16 =[1296.5＋]/16 =159.37mm 7.3 選擇帶的類型 1、嚙合齒數(shù)的確定 =ent(0.5—)=ent（0.5—）23 =ent10.12=10 2、基本額定功率的確定 根據(jù)小帶輪的轉(zhuǎn)速和節(jié)圓直徑查表知=2.5kw 3、所需的帶寬 ≥ 其中：—帶的基本寬度表7-1查得 表7-1 帶型 3M 5M 8M 14M 20M bs0/mm 6 9 20 40

53、 115 —帶長(zhǎng)系數(shù)，查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)知=0.8 當(dāng)＜6時(shí)=1，當(dāng)＜6時(shí)=1—2（6—），此處取=1 則 ≥20=68.86mm 至此帶輪的設(shè)計(jì)已經(jīng)完成，根據(jù)上面的計(jì)算數(shù)據(jù)，取標(biāo)準(zhǔn)帶寬代號(hào)為70的8M型的帶，其帶寬為70，則帶輪的寬度=72.7。 第八章 碟形彈簧的設(shè)計(jì) 8.1 碟形彈簧的結(jié)構(gòu)尺寸 8.1.1 碟形彈簧的基本概念 碟形彈簧是用鋼板沖壓成形的截錐壓縮彈簧. 蝶形彈簧的特點(diǎn)：剛度大，緩沖吸振能力強(qiáng)，能以小變形承受大載荷，適合于軸向空間要求小的場(chǎng)合。具有變剛度特性，這種彈簧具有很廣范圍的非線性特性。用同樣的碟形彈簧采用不同的組合方式，能使彈簧特性在很

54、大范圍內(nèi)變化?？刹捎脤?duì)合、疊合的組合方式，也可采用復(fù)合不同厚度，不同片數(shù)等的組合方式。蝶形彈簧按其結(jié)構(gòu)型式分為無(wú)支承面和有支承面兩種，如圖8—1所示 (a) 無(wú)支承面 （b）有支承面 圖8—1 碟形彈簧 圖中：D—彈簧外徑(mm)；d—彈簧內(nèi)經(jīng)（mm）；—彈簧中性徑（mm）為彈簧中性點(diǎn)所在圓直徑，其大小按=計(jì)算。 t—厚度（mm）；—減薄彈簧厚度（mm）；—自由高度（mm）；—無(wú)支承面碟簧壓平時(shí)變形量（mm），=—；—有支承面碟簧壓平時(shí)變形量（mm）；=—；b≈D/150；F—載荷（N）；f—變形量（mm） 8.1.2 碟形彈簧的分

55、類 1、碟形彈簧按其厚度分為三類，如表8-1所示 表8-1 碟簧按厚度的分類 類別 碟簧厚度t/mm 支承面和減厚厚度 1 <1.25 無(wú) 2 1.25—6.0 無(wú) 3 >6.0—14.0 有 2、碟形彈簧按外徑D、壓平時(shí)變形量和厚度t的比值D/t、/t分為三個(gè)系列，如表8—2所示 表8—2 碟簧按外徑D的分類 系列 D/t /t E(Gpa) u f A ≈18 ≈0.4 206 0.3 ≈0.75 B ≈18 ≈0.75 206 0.3 ≈0.75 C ≈28 ≈1.3 206 0.3 ≈0.75

56、8．2 彈簧的許用應(yīng)力和疲勞極限 8.2.1 碟形彈簧按其載荷性質(zhì)分為兩類： 1、 靜載荷—作用載荷在規(guī)定壽命內(nèi)變化次數(shù)小于110次。 2、 變載荷—作用在碟簧上的載荷，在預(yù)知載荷和工作載荷之間，在規(guī)定壽命內(nèi)變化次數(shù)大于110次。 （1）、靜載荷作用下碟簧許用應(yīng)力 靜載荷作用下的碟簧，應(yīng)通過(guò)校核OM點(diǎn)的應(yīng)力來(lái)保證自由高度的穩(wěn)定，在壓平時(shí)的應(yīng)接近彈簧材料的屈服點(diǎn)。 （2）變載荷作用下碟簧的疲勞極限 8.2.2 變載荷作用下碟簧使用壽命可分為兩類 1、有限壽命—可以在持久強(qiáng)度范圍內(nèi)承受110—210次有限的加載次數(shù)值至破壞 2、無(wú)限壽命—可以在持久強(qiáng)度范圍內(nèi)承受210次有限

57、的加載次數(shù)值至破壞 8．3 碟形彈簧的設(shè)計(jì)與計(jì)算 碟形彈簧的組合方式有疊合組合、對(duì)合組合和復(fù)合組合，本文設(shè)計(jì)的銑床采用對(duì)合組合方式，這種方式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，對(duì)合片數(shù)少。 主軸采用的是BT50的刀柄，通常BT50的刀柄需要用3.5噸的力才能拉緊，既工作載荷=35009.8=34300N，在裝配時(shí)用鎖緊螺母固定彈簧，預(yù)緊力為=2000N，使用過(guò)程中要求彈簧的最大變形量為8.5mm，根據(jù)要求設(shè)計(jì)合適的彈簧組合。 1、根據(jù)要求查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，從Ａ、B、C系列中選取一個(gè)規(guī)格，其尺寸和參數(shù)如下表， 碟簧 D/mm d/mm t/mm /mm /mm F=0.75 F/Ｎ f/mm

58、或 A 100 51 6 2.2 8.2 4800 1.65 1420 B 100 51 3.5 2.8 6.3 13100 2.1 1050 C 100 51 2.7 3.5 6.2 8610 2.63 1240 2、由Ｃ＝＝=1.96查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)得＝0.686，碟簧有支承面時(shí),取=1.6 當(dāng)?shù)蓧浩綍r(shí)碟簧載荷 = 其中：Ｅ—彈性模量（Ｍpa），彈簧鋼取E=2.06Ｍpa μ—泊松比，彈簧鋼取μ=0.3 帶入數(shù)據(jù)解得==1.47N 3、根據(jù)==0.4和==0.23由查得=0.22 由此變形量=0.22=0.48

59、mm 滿足總變形量=8.5，所需的碟簧片數(shù)為===17.7，取=18片 對(duì)合碟簧組的總自由高度為 ==188.2=147.6mm 承受載荷3.5噸時(shí)的高度 =—=147.6—180.48=138.96mm 8.4 碟形彈簧的校核 1、由、求、 根據(jù)上面的計(jì)算知：=1.47N 因此 /==0.03 /==0.23 按照 =0.4，查圖5-1得到/= /=0.22 由此 =0.03=0.032.2=0.066mm =0.22=0.222.2=0.48mm 3、疲勞破壞的關(guān)鍵部位 由=0.64和C=1.96，查圖8-3得，疲勞強(qiáng)度

60、破壞的關(guān)鍵部位在二點(diǎn) 或 `` 圖8-3 碟簧疲勞破壞的關(guān)鍵部位 4、計(jì)算應(yīng)力并檢驗(yàn)碟簧壽命 當(dāng)=0.066mm時(shí)，由下式得： =-[（-）-] =-1.6[1.61.2111(-)-1.362]Mpa=55.34Mpa 當(dāng)=0.22時(shí)，由下式得： =-[（-）-] =-1.6[1.61.2111(-)-1.362]Mpa=200.7Mpa 碟簧的計(jì)算應(yīng)力幅為 =—=200.6—55.34=145.26 Mpa 由圖5—2b查得：當(dāng)=55.34 Mpa，壽命210時(shí)的=720 Mpa 即疲勞強(qiáng)度應(yīng)力幅為 =—=7

61、20—55.34=664.66Mpa 即＜，能夠滿足無(wú)限壽命的要求。 至此碟型彈簧的設(shè)計(jì)與校核已全部完成，選用A 型，、支承面、共18片對(duì)合組合的碟型彈簧。 第九章 拉桿的設(shè)計(jì) 在銑床主軸內(nèi)有松卡刀裝置，結(jié)構(gòu)從主軸前端到末端分別是拉抓，拉桿，一組碟形彈簧，鎖緊螺母，打刀缸。其中拉桿，一組碟形彈簧，鎖緊螺母組合在一起，然后與拉抓通過(guò)螺紋連接。抓刀時(shí)，打刀缸不工作，靠施加在疊簧上的力拉緊刀具；松刀時(shí)，打刀缸工作推動(dòng)拉桿向前運(yùn)動(dòng)，推動(dòng)拉抓，拉抓從主軸孔前端向前運(yùn)動(dòng)松開，實(shí)現(xiàn)換刀動(dòng)作。 9.1 確定拉桿的直徑 拉桿前端與拉抓通過(guò)螺紋連接 ，BT50拉抓前端是M251.5的外螺紋，因此拉

62、抓必須是M221.5的內(nèi)螺紋，如圖2-1所示，取1處的直徑=28mm， 圖9-1 拉桿結(jié)構(gòu)圖 2處的直徑根據(jù)碟形彈簧的型號(hào)確定，因?yàn)榈螐椈伤惺艿牧痛螅瑸榱藵M足剛性要求取2處的直徑=51mm，碟形彈簧選擇φ51的內(nèi)徑。 3處主要是裝鎖緊螺母和壓板，通過(guò)鎖緊螺母預(yù)緊彈簧，為了安裝方便，3處的直徑比2處小2～3mm，故取3處的外螺紋為M481.5，4處是當(dāng)打刀缸工作時(shí)，打桿的接觸面，沒(méi)有什么特殊的要求，只須外徑比打桿稍大一些，此處取=26mm 9.2 確定拉桿的長(zhǎng)度 2處裝碟形彈簧，有彈簧的設(shè)計(jì)與計(jì)算只，碟簧總自由高度為111.6mm，碟簧要用鎖緊螺母預(yù)緊，因此取

63、2處長(zhǎng)度=110即可；3初的長(zhǎng)度因＞鎖緊螺母的寬度20mm+壓板的寬度10mm，故取3處長(zhǎng)度=38mm；4處的長(zhǎng)度沒(méi)有特別的要求，取=6mm；1處的長(zhǎng)度根據(jù)主軸箱的結(jié)構(gòu)要求而定，主軸箱上下兩個(gè)面的距離為550，同時(shí)拉桿前端還與BT50拉抓連接裝入主軸中，因此根據(jù)主軸部件的裝配關(guān)系取=370mm 至此拉桿的主要尺寸已經(jīng)確定完，見(jiàn)零件圖XK100—10—207 第十章 拉抓和打刀缸的選擇 本文設(shè)計(jì)的銑床是針對(duì)公司的生產(chǎn)加工需要，主要是用于銑削平面和鉆孔，所以在設(shè)計(jì)的時(shí)候應(yīng)該參照一般數(shù)控銑床的設(shè)計(jì)要求，選擇合適的外購(gòu)件，不僅可以節(jié)省費(fèi)用，同時(shí)還減低了設(shè)計(jì)的要求，使得設(shè)計(jì)更簡(jiǎn)單。 10.1

64、 拉抓的選擇 一般的刀柄有BT30、BT40、BT50、ER50等，在眾多的刀柄中，最常用的是BT50的刀。，銑床主軸的結(jié)構(gòu)已經(jīng)形成了一個(gè)設(shè)計(jì)庫(kù)，設(shè)計(jì)者可以根據(jù)自己的需要選擇合適的結(jié)構(gòu)，通常一般的銑床內(nèi)孔采用7：24的錐度，便于刀具的定位和換刀，用BT50刀柄和7：24的錐度配合使用，操作方便，同時(shí)也好購(gòu)買刀具。 銑床在工作狀態(tài)下拉抓拉緊刀柄，與BT50刀柄配合使用的是BT50拉抓，BT50拉抓帶有M221.5的外螺紋與拉桿連接，拉緊刀柄，通常需要3.5t的力將刀柄拉緊。 10.2 打刀缸的選擇 打刀缸其實(shí)就是一種增壓缸，將壓縮空氣的壓力能轉(zhuǎn)化高的推力輸出。打刀缸的系列很多，我們公

65、司使用的是“上海健椿機(jī)械有限公司”生產(chǎn)的KTL系列打刀缸，也稱KTL系列增壓缸。 KTL系列增壓缸為一中氣液轉(zhuǎn)換增壓缸。具有增壓比大，動(dòng)作時(shí)間短，動(dòng)力來(lái)源取得方便，無(wú)油壓系統(tǒng)溫升困擾等優(yōu)點(diǎn)，主要用于數(shù)控銑床、加工中心機(jī)床的松刀系統(tǒng)。 對(duì)于BT50主軸，通常選用KTL450A/KTL600型增壓缸，對(duì)于BT50拉抓需要3.5t的力就可以拉緊，因此選擇KTL450A型增壓缸即可，可以將5公斤的力轉(zhuǎn)換成3815N的力。 對(duì)與一般的銑床選擇BT50刀柄拉抓和適合于BT50的KTL450A型的打刀缸，這樣不僅滿足了要求，同時(shí)在維護(hù)、購(gòu)買、操作上都非常的方便 小 結(jié) 本文主要設(shè)計(jì)XK100

66、立式數(shù)控銑床主軸部件, 對(duì)在本設(shè)計(jì)過(guò)程中的種種因素，方案均作了適當(dāng)?shù)目紤]，同時(shí)采取了相應(yīng)的措施,XK100數(shù)控銑床具有很多優(yōu)點(diǎn)，解決了很多普通銑床不能加工的零件問(wèn)題，為公司節(jié)省了很多成本，但由于自己所學(xué)知識(shí)不全面，本文所設(shè)計(jì)的銑床還存在缺點(diǎn)，在以后的設(shè)計(jì)中需要改進(jìn)，使得產(chǎn)品的性能夠得到進(jìn)一步的提高，主要缺點(diǎn)有以下幾方面： 1.碟型彈簧在主軸箱外面，轉(zhuǎn)速一高，動(dòng)平衡就不好 2.主軸的軸承選擇不太好，在以后的設(shè)計(jì)中要注意。 3.主軸獲得的變速范圍較小，影響加工范圍 4.XK100立式數(shù)控銑床多用于加工鋁件、一些鋼件 在以后的設(shè)計(jì)中要重新考慮一些參數(shù)，是的銑床的加工范圍更廣、性能更好。 伴隨這篇畢業(yè)論文的收筆，我的畢業(yè)設(shè)計(jì)也近尾聲了。在2006年的5月份和6月份中，我一直為此而忙碌著，學(xué)習(xí)，生活基本都是以此為中心。收集材料、確定方案、設(shè)計(jì)、修改、綜合等等，時(shí)間過(guò)得簡(jiǎn)單而緊湊