3920 轉(zhuǎn)塔式數(shù)控加工中心設(shè)計

3920 轉(zhuǎn)塔式數(shù)控加工中心設(shè)計,塔式,數(shù)控加工中心,設(shè)計 河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計論文- 1 -轉(zhuǎn)塔式數(shù)控加工中心設(shè)計目 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…………………………………… 3第二章 設(shè)計計算§2.1電動機的選擇…………………………………………………5§2.2計算總傳動比…………………………………………………5§2.3計算各傳動裝置的運動和動力參數(shù)…………………………5§2.4帶傳動的設(shè)計…………………………………………………6§2.5錐齒輪傳動的設(shè)計……………………………………………7§2.6 圓柱齒輪設(shè)計……………………………………………… 10§2.7 主軸部分的設(shè)計計算……………………………………… 12§2.8 軸的設(shè)計…………………………………………………… 14§2.9 軸承的計算………………………………………………… 19§2.10鍵強度的校核………………………………………………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……………………………………………… 25第四章 性 能 分 析 及 設(shè) 計 總 結(jié) ……………………………………26第五章 小結(jié)……………………………………………………… 27參考文獻……………………………………………………………28 致謝…………………………………………………………………29附錄…………………………………………………………………30河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計論文- 2 -前 言在這次畢業(yè)設(shè)計中接到的課題是對數(shù)控機床的部分進行設(shè)計，我設(shè)計的是八軸轉(zhuǎn)塔自動換刀裝置。接到課題后，進行了充分的調(diào)研工作，查閱了大量的相關(guān)資料。數(shù)控機床是一種高科技的機電一體化產(chǎn)品，集微電子技術(shù)、計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)及伺服驅(qū)動技術(shù)、精密機械技術(shù)于一身的高度機電一體化產(chǎn)品，是現(xiàn)代機床技術(shù)水平的重要標(biāo)志，是當(dāng)前世界機床技術(shù)進步的主流。數(shù)控機床隨著微電子技術(shù)、計算機技術(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)機床都有數(shù)控機床的品種，數(shù)控機床逐漸成為機械工業(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床，隨著數(shù)控機床的發(fā)展這批老機床一定會被淘汰，但若對其進行改造，將這批老機床改造成數(shù)控機床，這樣不但能延長這批老機床的壽命、降低了成本，而且還能滿足機床自動化的要求。因此，我們準(zhǔn)備對普通升降式銑床進行改造。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，實現(xiàn)不人工換刀的情況下短時間內(nèi)進行銑、鏜、鉆的轉(zhuǎn)換。通過這次畢業(yè)設(shè)計，我不但對數(shù)控機床的結(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)計的思維方式，對今后的工作及實踐都有幫助。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：① 主軸部件旋轉(zhuǎn)精度。表現(xiàn)在工作時主軸回轉(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動件要有足夠的精度并進行動平衡。④ 熱穩(wěn)定性。主軸部件工作時，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 機床總體方案的制定機床主機是數(shù)控機床的主體，它包括床身、底座、立柱、工作臺、主軸箱、進給機構(gòu)、刀架及自動換刀裝置等機械部件。它是在數(shù)控機床上自動完成各種切削加工的機械部分。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床主機的剛度和抗振性，使機床主機能適應(yīng)數(shù)控機床連續(xù)自動地進行切削加工的需要。采取改善機床結(jié)構(gòu)布局、減少發(fā)熱、控制溫升及采用熱位移補償?shù)却胧?，可減少熱變形對機床主機的影響；采用高性能的主軸伺服驅(qū)動和進給伺服驅(qū)動裝置，使數(shù)控機床的傳動鏈縮短，可簡化機床機械傳動系統(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)控機床的配套部件，是保證充分發(fā)揮數(shù)控機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、照明等。液壓裝置是應(yīng)用液壓系統(tǒng)，使機床完成自動換刀所需的動作，實現(xiàn)運動部件的制動，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)計論文- 4 -效地排除切屑是保證數(shù)控機床高效率地自動進行切削加工的一種必備裝置。§1.2.2 對于主軸部件的確定在主軸電機的選擇上，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，⑥ 散熱性好，其次價格方面也應(yīng)考慮。通過查閱資料，我了解到目前大多數(shù)數(shù)控機床的主傳動系統(tǒng)都是使用直流或交流伺服電機通過變速齒輪帶動主軸轉(zhuǎn)動的方案。因為在直流伺服電機與交流伺服電機之間，交流伺服電機有構(gòu)造簡單，可達到的輸出功率最大，可達到的最大轉(zhuǎn)速最高，不許要維護，防爆特性好等特點，所以我選擇了交流電機。為了避免振動和噪聲，我采用了電機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行變頻調(diào)速，并且因為變頻器在頻率為 50HZ時，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。§1.3 八軸轉(zhuǎn)塔式自動換刀裝置結(jié)構(gòu)的設(shè)計八軸轉(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)運動由齒輪 21 輸入。當(dāng)數(shù)控裝置發(fā)出換刀指令時，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 帶著由兩個止推軸承 13 和 15 支承的轉(zhuǎn)塔刀架體 14 抬起，兩個鼠齒盤 7 脫離嚙合。然后壓力油進入轉(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，壓力油進入中心油缸 18 的下腔使轉(zhuǎn)塔頭下降，兩個鼠齒盤 7 重新嚙合，實現(xiàn)精確的定位。在壓力河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計論文- 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，整個主軸部件裝在套筒 4內(nèi)，只要卸去螺釘，就可以將整個部件抽出。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。但因為在轉(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)計得十分堅實，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)點在于省去了自動松夾、卸刀、裝刀、加緊以及刀具搬運等一系列復(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間。第二章 設(shè)計計算§2.1 電動機的選擇1. 確定電動機類型。參閱同類機床，選擇 Y160L-8型異步電動機，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)計論文- 6 -§2.2 計算總傳動比1. 傳動裝置總傳動比。 i=720/150=4.82. 由《機械設(shè)計課程指導(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 計算各傳動裝置的運動和動力參數(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《機械設(shè)計課程指導(dǎo)》表 2—4可查得電動機至主軸各傳動機構(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1. 確定計算功率 Pca.由《機械設(shè)計》表８—７查得　K A=1.1故計算功率　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)計論文- 7 -根據(jù) Pca、n Ⅰ ,由《機械設(shè)計》圖８—８,應(yīng)選用ＳＰＡ型。3. 確定帶輪基準(zhǔn)直徑。由《機械設(shè)計》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. 計算 V帶的根數(shù) z。由式　z=P ca/(P0+ΔP 0)/Kα /KL　查《機械設(shè)計》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. 計算預(yù)緊力 F0由式　F 0=500*Pca*(2.5/Kα -1)/v/z+qv2查表８—５（《機械設(shè)計》 ）得 q=0.12 kg/m則 F 0=299.2 N8. 計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 1．初步設(shè)計。河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計論文- 8 -由式 d e1≥1951*（KT Ⅰ /u*б Hp2） 1/3 mm 進行估算。由《機械設(shè)計手冊》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． 幾何計算。根據(jù)《機械設(shè)計手冊》表 23?4—4計算如下：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來進行校核。∵分度圓的切向力為： F t=5096.7N且由《機械設(shè)計手冊》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《機械設(shè)計手冊》圖 23?2—18d和圖 23?2—21可得試驗齒輪接觸疲勞極限 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《機械設(shè)計》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)計論文- 12 -∴ 載荷系數(shù) K=KA*KV*Kα *KHβ =1.55⑥ 按實際的載荷系數(shù)校正所算的得分度圓直徑。由《機械設(shè)計》式 10—10a得： d 1=d1t3√K/K t=95.6 mm⑦ 計算模數(shù) m. m=d1/z1=3.98 mm3．按齒根彎曲強度設(shè)計。由式 m≥[2K*T 1/φ d/z12*(Yfα *Ysα /[б] F)] 1/3 進行計算。⑴ 確定公式內(nèi)的各計算數(shù)值。① 由《機械設(shè)計》圖 10—20d 、10—18，查得大小齒輪的彎曲疲勞強度極限 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 計算載荷系數(shù) K. K=KA*KV*Kα *KFα =1.64④ 由表 10—5（《機械設(shè)計》 ）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)計計算。由以上條件可得： m≥3.63 mm對比計算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強度計算的模數(shù)大于由齒根彎曲疲勞強度計算的模數(shù)。由于齒輪模數(shù)的大小主要取決于彎曲強度所決定的承載能力，而齒面接觸疲勞強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)，可取由彎曲強度算得的模數(shù) 3.63，圓整為標(biāo)準(zhǔn)值 m=4 mm，按接觸強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．幾何尺寸計算。⑴ 計算分度圓直徑。 d 1=m*z1=96 mm d2=m*z2=232 mm⑵ 計算中心距。 a=(d 1+d2)/2=164 mm河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計論文- 13 -⑶ 計算齒輪寬度。 b=φ d*d1=19.2 mm∴ 取 B1=25 mm B2=20 mm5．驗算?！?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)計計算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《金屬切削機床設(shè)計》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，空心軸的剛度為實心主軸剛度的 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《金屬切削機床設(shè)計》表 5—14：取 a/D 1=1.0 定懸伸量為 a=100 mm由《金屬切削機床設(shè)計》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《金屬切削機床設(shè)計》圖 5—44查得: L 0/a=2.5∴ L 0=2.5a=250 mm ∴ 主軸長為 350 mm6.主軸靜剛度的計算。1） 切削力的作用點： s = a+w (對銑床 w=B)而對端銑刀： B=60 mm ∴ s=160 mm主軸組件計算簡圖l=250 s=160河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計論文- 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) 計算切削力 P作用在 s點引起主軸前端點的撓度 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) 計算力偶矩 M作用在主軸前端 c點產(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) 計算驅(qū)動力 Q作用在兩支承之間時，主軸前端 c點的撓度 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)計論文- 15 -∴ J>[J]=120 n/μm 故 合格?！?.8 軸的設(shè)計1. 軸的材料：第一軸選用 45鋼，并進行調(diào)質(zhì)或正火處理，第二軸選用 40Cr。2. 估算軸的直徑。由《機械設(shè)計》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)計論文- 16 -② 計算小錐齒輪受力。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 點取矩得：Q*AC+Ft1*AD+Fa1*dm1/2—FRBy *AB=0∴ F RBy = 5667.6 N對 B點取矩得：FRAy *AB+Q*CB+Ft1*DB—Fa1*dm1/2=0∴ F RAy=2963.25 N對 D點: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《機械設(shè)計》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《機械設(shè)計》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 的受力大小驗算。④ 驗算壽命?！?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 求兩軸承計算軸向力 FA1，F(xiàn) A2對于 70000AC 型軸承，按《機械設(shè)計》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《機械設(shè)計》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)計計算。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。§2.10 鍵強度的校核鍵的材料均為：Q235對 1 軸上的鍵：帶輪： 由《機械設(shè)計手冊》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《機械設(shè)計》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 強度合格錐齒輪： 由《機械設(shè)計手冊》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《機械設(shè)計》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 強度合格對 2 軸上的鍵：圓柱齒輪：由《機械設(shè)計手冊》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《機械設(shè)計》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 強度合格錐齒輪： 由《機械設(shè)計手冊》可查得：河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計論文- 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《機械設(shè)計》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)控機床，選擇合理的加工對象。由于這臺機床為立式加工中心，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面加工。它盡管沒有臥式機床那么大的適應(yīng)范圍，但對單面加工，由于機床價格便宜和工件在機床上安裝穩(wěn)定等特點，同樣取得很好的效果。為了充分發(fā)揮機床經(jīng)濟效益，建議生產(chǎn)管理部門在給這類機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。它對每個新投產(chǎn)零件的準(zhǔn)備工時與機動切削工時比較，所占比例較高。在反復(fù)使用時，生產(chǎn)周期可大大縮減，成本減少，取得更好經(jīng)濟河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計論文- 25 -效益。（2） 加工工件批量應(yīng)大于經(jīng)濟批量。在普通機床上加工中小批量工件時，由于種種原因，純切削時間只能占實際工時的 10％~20％，在使用數(shù)控機床時，使這比例可能上升到 70％~80％，因此與普通設(shè)備加工對比，它的單件機動工時要短的多，但準(zhǔn)備調(diào)整工時又往往要長的多，所以用于加工批量太小的工件是不經(jīng)濟的，而且生產(chǎn)周期也不一定縮短。（3） 盡管發(fā)揮機床的各種工藝特點，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)容要適合機床的能力，如孔加工尺寸一般不要大于機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。作為單臺機床不可能承擔(dān)一個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，所以安排工序時既要考慮發(fā)揮數(shù)控機床的特長，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，以減少加工時間。使用數(shù)控機床編制程序是重要的一個環(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 操作注意事項對工件進行裝夾定位時要保證工件滿足規(guī)定的定位和裝夾要求。對個別裝卡定位精度要求很高，而批量很小的工件，可用檢測儀器在機床工作臺上找正基準(zhǔn)，然后設(shè)定工件坐標(biāo)系進行加工，這樣對每個工件都要有手工找正的輔助時間，但節(jié)省了夾具費用。在機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，常采用多工件裝卡的夾具方案。這樣節(jié)省了單件的換刀時間（因每換一把刀具的時間分?jǐn)傇趲讉€工件上） ，提高了生產(chǎn)效率，同時又有利于粗加工和精加工之間的零件冷卻和時效。同時走刀速度不宜過快，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)計論文- 26 -力傳感器，以免刀具崩刃。第四章 性能分析及設(shè)計總結(jié)八軸轉(zhuǎn)塔數(shù)控機床由于是在原有老機床的基礎(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)省了很大的一批費用，使面臨淘汰的機床又重新恢復(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。同時它采用了變頻技術(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)計完后，覺得如果再設(shè)計這類機床應(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，因為有了刀庫，機床只要一個固定主軸夾持刀具，有利于提高主軸剛度，可以使用先進的切削用量，提高加工精度和生產(chǎn)率，獨立的刀庫大大地增加了刀具儲存的數(shù)量，有利于擴大機床功能，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)計論文- 27 -第五章 小結(jié)通過這次畢業(yè)設(shè)計，通過對機床設(shè)計的方法和步驟的了解掌握了一種系統(tǒng)設(shè)計的思維方法。不僅提高收集、閱讀、分析和運用資料的能力，獨立工作的能力，理論聯(lián)系實際的設(shè)計和計算能力，和結(jié)構(gòu)設(shè)計與編制技術(shù)文件的能力，而且使我的專業(yè)知識得到了進一步的鞏固?？偠灾?，這次畢業(yè)設(shè)計使我收益非淺，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)計論文- 28 -參考文獻[1] 王昆，何小柏主編，機械設(shè)計課程設(shè)計，高等教育出版社，1995 年[2] 濮良貴，紀(jì)名剛主編，機械設(shè)計，高等教育出版社，1997 年[3] 何伯吹主編，機床設(shè)計，機械工業(yè)出版社，1984 年[4] 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