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沈 陽 化 工 大 學 科 亞 學 院 本 科 畢 業(yè) 論 文 題 目 銑削組合機床主軸箱設計 專 業(yè) 機械設計制造及其自動化 班 級 1101 學生姓名 王子龍 指導教師 侯志敏 論文提交日期 2015 年 6 月 1 日 論文答辯日期 2015 年 6 月 4 日 畢業(yè)設計 論文 任務書 摘 機械設計制造及其自動化 專業(yè) 1101 班 學生 王子龍 畢業(yè)設計 論文 題目 銑削機床主軸箱設計 畢業(yè)設計 論文 內容 本次畢業(yè)設計要求設計一臺 組合機床 用于加箱體工件體的兩側面 工件材料為 HT200 硬度為 200 210HB 生產批量為大批量 鑄造毛坯 加工部位的加工要求如下 1 被加工表面的粗糙度均為 R 9 8 a 2 被加工表面的相互位置精度為 箱體兩邊距離為 220mm 箱體中心線的垂直度要求為 0 03mm 畢業(yè)設計 論文 專題部分 機床的總體設計 主軸設計 計算 主軸組件設計 箱體設計 參考文獻整理 起止時間 2014 年 12 月 22 日 2015 年 6 月 4 日 指導教師 年 月 日 要 組合機床機床具有較高的工作能力 標準化 系列化 百分之八十 左右的可互換零件 它被各個行業(yè)所使用 就如機械的制造 家庭的家 用電器等 近年來隨著技術的發(fā)展工業(yè)能力的提升 電子技術等的發(fā)展 給機械行業(yè)帶來重大的變革使得機械生產能力及多樣性得到發(fā)展 組合 機床的技術就是在這樣大發(fā)展中得到長足進步的 它有著自動控制等功 能是工業(yè)生產大量產品合適的方式 在組合機床中主軸箱有極其重要作用 它的好壞關系著機床是否能 良好高效運行 所以本次設計的是銑削組合機床主軸箱設計 通過對主 軸箱設計改良 機械的傳遞優(yōu)化 使得其結構更加的合理 更好的完成 人們所希望達到的效果 本次的設計先通過對組合機床的總體設計明白 其工作原理了解它大致結構 以便于對其有總體認識找出不足之處進行 優(yōu)化的設計 其次對主軸的組件進行設計計算如主軸的剛度 主軸組件 的部局 主軸直徑等選擇 然后對主軸相關部件如擋圈 絲桿螺紋 和 箱體等的設計與選擇 關鍵詞 主軸箱 主軸 電子技術 Abstract Modular machine tool machine has high ability to work standardization seriation about eighty percent of interchangeable parts it is used by various industries such as machinery manufacturing family home appliances etc In recent years with the development of the technical ability of the industry the development of electronic technology brings to the machinery industry major change makes the machine production capacity and diversity Modular machine tool technology is in such a big development by strides in progress It has automatic control function is the industrial production of a large number of products the right way In modular machine tool spindle box has an extremely important role it is good or bad relationship with a good machine can run efficiently So this design is a combination of milling machine tool spindle box design through the improvement of spindle box design mechanical transmission optimization make the structure more reasonable and better to complete the desired effect The general design of the design of modular machine tool first understand how it works to understand its general structure so that the overall understanding to it to find out deficiencies optimization design Next to the design and calculation of the spindle components such as the rigidity of the spindle the spindle component bureaus choice of main shaft diameter etc Then the spindle related parts such as collar screw thread and the box body design and selection Keywords Spindle box Spindle Electronic technology 目 錄 第一章 引言 1 1 1 組合機床加工方式 1 1 2 組合機床在生產中的應用 1 第二章 機床總體設計 3 2 1 機床總體方案設計的依據 3 2 1 1 工件 3 2 2 機床總體設計 3 2 2 1 工藝方法的確定 3 2 2 2 確定組合機床總體的布局 4 2 3 機床主要技術參數的確定 4 2 3 1 確定工件余量 4 2 3 2 選擇切削用量 5 2 3 3 運動參數 5 2 3 4 主運動驅動電動機功率的分析確定 6 2 4 進給驅動電動機功率 8 第三章 主軸組件要求與設計計算 9 3 1 主軸的基本要求 9 3 1 1 旋轉精度 9 3 1 2 剛度 9 3 1 3 溫升和熱變形 10 3 1 4 耐磨性 10 3 2 主軸組件的布局 10 3 2 1 適應剛度和承載能力的要求 11 3 2 2 適應精度的要求 11 3 2 3 適應結構的要求 11 3 2 4 適應經濟性要求 11 3 3 主軸結構的初步擬定 12 3 4 主軸的材料與熱處理 12 3 5 主軸的技術要求 13 3 5 1 軸頸 13 3 5 2 內錐孔 13 3 6 主軸直徑的選擇 13 3 7 主軸的前后支承軸承的選擇與確定 14 3 7 1 主軸的前支承軸承的分析 15 3 7 2 主軸后支承軸承的選擇 16 3 8 主軸內孔直徑 16 3 9 主軸前端的懸伸量 17 3 10 分析主軸的支承跨距 17 3 11 主軸結構圖 18 3 12 主軸組件的驗算 18 3 12 1 支承的簡化 18 3 12 2 主軸的撓度計算分析 19 3 12 3 主軸傾角 20 第四章 主軸組件相關部件 22 4 1 主軸軸承的潤滑 22 4 2 主軸組件的密封 22 4 3 軸擋圈 22 4 4 擋圈 23 4 5 套筒 23 4 6 支承的軸承蓋前后的計算 24 4 7 鎖緊部分設計 25 4 8 內花鍵設計 26 4 9 調節(jié)機構部件 27 4 9 1 螺紋絲杠 27 4 9 2 絲杠軸承的選擇 28 4 9 3 絲杠螺母 28 4 9 4 段螺紋設計 29 4 9 5 內隔套設計 29 4 9 6 絲杠上調節(jié)用錐齒輪 29 4 10 箱體設計 30 結論 32 參 考 文 獻 33 致 謝 34 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第一章引言 0 第一章 引言 1 1 組合機床加工方式 組合機床采用了一些新技術 新技術的加入使它的生產效率比較之前的通用機 床大大的提高了 它的模塊化的設計是的制造變的比較容易 大大的省去了一部分 普通機床的工作 使得可以在一地完成更多的工作 從經濟的角度使得資本得到了 一定的優(yōu)化 通用機床通常用于處理箱或一些特定的工件 需要處理的工件不做運動 由刀 具的旋轉和工具與工件的相對的運動進行各種機械的加工 采用某種組合夾緊工件 車削刀架旋轉 進給運動的工具 還可以實現(xiàn)一些旋轉身體部位 如飛輪 汽車后橋 等等 圓和端面加工 1 2 組合機床在生產中的應用 專用機床是隨著汽車工業(yè)的發(fā)展 這是在專用機床的一定條件下 部分機器的反 復使用 和一些地區(qū)的發(fā)展這樣通過發(fā)展和人們的完善就有組合機床這種高效 實用 的機床 世界上最早使用組合機床的是美國 開始時是因為汽車工業(yè)的發(fā)展的需要 最 早的時候 各個公司他們都只是在自己內部進行一定的標準化的統(tǒng)一 為了提高不 同制造商的通用零件互換性 方便用戶使用和維護 1953 年 美國福特汽車公司和通用 汽車和美國機床制造廠協(xié)商 確定總機床通用標準組件的原則 即嚴格規(guī)定各個組件 之間的聯(lián)系尺寸 但沒有指定結構組件 專用機床是跟著現(xiàn)代化的制造業(yè)而起的 有兩種類型的這種機器工具 并且可以 更改為箱式組合機床的主軸和炮塔的組合機床 我們相信在組合機床的發(fā)展改進過程中適應性柔性生產系統(tǒng) 這將會大大的加 強機床工作能力 使得它更加的廣泛使用 機床的設計 首先機床總體設計要來確定整個項目的總體布局 其次對主軸的組 件進行設計計算如主軸的剛度 主軸組件的部局 主軸直徑等選擇 然后對主軸相 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第一章引言 1 關部件如擋圈 絲桿螺紋 和箱體等的設計與選擇 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第二章機床總體設計 2 第二章 機床總體設計 2 1 機床總體方案設計的依據 最開始要做的工作 是確定機床設計總體的印象 進行全面的部局畫草圖的方 式對各部分的部局進行主要分布的確定 2 1 1 工件 本次畢業(yè)總體設計要根據資料的要求進行 明確要設計的物體的應用 要達到 什么樣的效果 要求組合機床 用于處理所給物體的兩側面 工件的成分為 HT200 硬度為 200 210HB 大量的制造 要求毛坯即可 加工部位的加工要求如 下 1 要求被加工表面的粗糙度均是 R9 8 2 被加工表面的相互位置精度為 平 面 1 2 之間的距離為 220mm 平面 1 2 與 95 中心線的垂直度要求為 0 03mm 圖 2 1 需加工工件簡圖 2 2 機床總體設計 2 2 1 工藝方法的確定 對于箱體來說 用車床進行加工時因為箱體的外形復雜還是中間空心的工件件 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第二章機床總體設計 3 這樣的物件就在車床上很難加工 我們就要找到一種更為合適的加工的方式 然而 在組合機床上加工可以可以有效的固定 方便加工 最后我們就可以得出組合機床 是更好的選項 2 2 2 確定組合機床總體的布局 這確定機床的各部分之間的的配合和機械運動關系的主要步驟 我們根據所給工件的具體加工的要求分析一般機床分布的位置關系 初步的定 下機床布局圖 2 2 所示 圖 2 2 機床總體布局圖 1 機座 2 動力滑臺 3 工件 4 端銑刀 5 電動機 6 變速箱 7 主軸箱 箱體固定在工作臺上 機床的動力頭是由旋轉刀具的主運動 工作表的縱向進給 運動 工件切割的效果更好 2 3 機床主要技術參數的確定 2 3 1 確定工件余量 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第二章機床總體設計 4 箱體零件材料為 HT200 大量的制造 要求毛坯 依據查詢 機械制造工藝設計簡明手冊 數據表格 2 3 2 5 的數據 我們就能 知道到加工的剩余量為 2 5mm 2 3 2 選擇切削用量 由所得被加工零件的寬為 175mm 要進行再次的加工 所以地一次加工為 90mm 后面加工量為 175 90 85mm 即 a 90mm e 按 組合機床設計簡明手冊 的從 131 133 頁 可以得到所要知道的加工量 根據本論文寫作要求其表面粗糙度數值比較高 通過找書圖表 6 16 V 60 80m min a 0 2 0 3mm z 取 a 0 2mm z f f 2 3 3 運動參數 通過對工件加工要求和機床設計的綜合的分析 我要的出以下幾項主要的運動 的參數 如主軸最高和最低轉速 和進行主軸合理安排等幾項 1 求主軸最高和最低轉速 查詢按照書本公式取最小量計算 我們可以得到以下的最低轉速 計算的方程 公式如下 n 2 1 maxinmax10dV n 2 2 iaxi 式中 n n 分別是主軸的最高和最低轉動速 r min maxi V V 分別是最高和最低的切削前進速度 m min i d d 分別是最大和最小的計算直徑 mm maxin 機械制造工藝金屬切削機床設計指導 書第 68 到 71 頁的知識 查表 2 2 3 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第二章機床總體設計 5 取最大 最小切削速度 V 200 300m min 取 V 250m minmax max V 15 20m min 取 V 20m minin in 銑床的 d d 可取使用的刀具最大 最小直徑 即 maxi d 110mm d 75mmmin 則主軸最高轉速為 n 1061 6r min 2 3 maxinax10dV 10257 取標準數列值 n 1000r minmax 最低轉速為 n 57r min 2 4 miaxin10dV 102 取標準數列值 n 56r minmi 2 主軸轉速的合理排列 這里我們需要確定平均的轉動速度 公比 可以知道轉速級數為 Z 所以 n n 56r min n n n n n n 1mi 2mi3mi2zmi1 z 查標準數列 取公比 1 78 1 2 轉速范圍 R 17 85 2 5 nmiax5610 轉速級數 Z 1 5 99 取 Z 6 2 6 log n 我們這里就通過設計計算可以知道轉速級數需滿足四級才能符合要求就可以正 常工作 得 Z 4 就有 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第二章機床總體設計 6 n 56 n 100 n 180 n 315 r min 1234 2 3 4 主運動驅動電動機功率的分析確定 1 切削力的計算 從之前了解 設計的組合機床的最高轉速為 n 315r min 要求工作的速度 4 V 108 8m min 200m min 2 7 10n4d 014 35 給出數據可以使得要求實現(xiàn) 分析機床加工工件時的切削力的大小由下式可得 F 9 18 54 5a a a Z dz0 1e74 f9 0p0 1 上式中 a 為加工時刀具銑削加工走量的寬窄度 a 90mme e a 機床加工工件是達到的深度的余量 a 2 5mm p p a 每齒進給量 a 0 2mm rf f Z 轉數級數 由前文計算可以知到 Z 4 所以銑削力的大小計算就可以從以下式中得到 F 2 5 9 18 54 5 90 0 2 4 110 1213 1Nz9 00 174 0 1 2 切削功率的計算 查詢 機械制造工藝金屬機床設計指導 第 70 到 73 頁 我們可以知道切削功 率進行以下的的求解 P 2 20KW 2 8 m60VFz08 1 23 3 預估電動機的功率 根據 機械制造工藝金屬機床設計指導 第 72 頁 有 P 3 140KW 2 9 e m7 02 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第二章機床總體設計 7 上式中 回轉類機床的機械效率 0 7 0 85 4 選擇主電機 由 機械設計課程設計手冊 頁 154 表 12 1 我們通過對比分析就可以得到一 個比較合適的選擇就選定編號為 Y 112 40 的一種電機 查表可以得到它的主要的 數據 P 4KW P 4 n 1440r min n 1500r min 電機重量為 m 42kg ee 2 4 進給驅動電動機功率 金屬切削機床設計 第 41 頁 可知 N 2 10 ssQV 60 公式式中 N 進給驅動電動機功率 KW s Q 進給抗力 N V 進給速度 m min s 這是機床的進給的傳動系統(tǒng)的總的機械效率 一般取 0 16 0 2 s 進行草算是可以的到的是 適用于銑床的計算來說可以的到有 N 0 20 N 0 20 4 0 80KWs 通過 機械設計課程設計手冊 的查詢我查找到第 154 到 155 頁的圖表表格 11 1 我們選取比較好的方案 最終我們可知 Y90S 4 的電機可以滿足設計的要求 的電動機 我們通過上面的分析和計算可以知道 我們所選電機的額定功率 P 1 1 千瓦 e 機床的工作為正常情況時它的轉速 n 1430r min P 4 質量 m 23kg e 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第三章主軸組件要求與設計計算 8 第三章 主軸組件要求與設計計算 主軸組件構成了機床重要的一部分 主軸組件對機床的正常工作起到了固定刀 具支撐機床 它的好壞性能影響著了機床的總體的性能 它對機床的精度等有重大 的影響所以主軸的組件是機床主要的部分 機床主軸傳遞的電機運動 扭矩還要傳遞切削力 它要保證機床正常工作 進 行比較好的機械的加工 要保持它的加工的精度 正確的達到設計所要求的所以主 軸應當仔細認真的設計 而且要較好的工作 所以主軸要求也隨之的對應比較高 3 1 主軸的基本要求 3 1 1 旋轉精度 我們知道主軸的旋轉精度是受到主軸各主要件 如套軸 主軸 的制造精度和 裝配 調整精度 運動精度還取主軸的撓曲和工具機結構瞬間誤差運動等原因及主 軸部件的動態(tài)特性 不同的機床中有不同規(guī)定 3 1 2 剛度 主軸部件剛度 K 是它在有承受外荷載應對可以保持原樣的性能 如圖 3 1 所示 K F y n M y F 的剛度要求的靈活性 在傳輸質量 軸的彎曲變形會惡化嚙合的 齒輪和軸承 側壓力 所以 這些零件磨損加劇 縮短生命 工件固定 將主要在切削力和 功率的變化 產生的主軸的一定振動 這使機床在工作加工物品工件的精細度有影響 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第三章主軸組件要求與設計計算 9 圖 3 1 主軸組件靜剛度 主軸組件的剛度是所有的零部件件作用的和集合 可以對其能產生變化的是主 軸組件剛度的原因有 主軸的結構尺寸 承載重量等一些因素 3 1 3 溫升和熱變形 主軸組件工作做功和其他一些不利的原因產生了溫度的上升 溫度的變化使得 金屬產生變形使的加工的相對的位置產生位移這就是熱變形 影響主軸組件溫度上 升 熱變形的主要因素有 各件間相對摩擦 和是否有能量的發(fā)生等 3 1 4 耐磨性 主軸組件的耐磨性是說在長期的工作后主軸仍然能保持原來最初設計的要求 而不影響工作 因此 主軸組件各個部分要有良好的保持原來特的能力 則它們要 有耐磨性 所以它的材料要求為很硬 要增加主軸的耐磨性 要合理的選擇好的材料用以保持其可靠的機械性能 此 外 非常良好的可用的是其使其保持相對可運動的性能可以提高它的壽命 主軸潤 滑和可靠的密封也可以讓它保持很好的機械的性能 3 2 主軸組件的布局 主軸組件的設計 要和前面的設計一道配合 明確各部分的功能 按要求進行 合理的布局 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第三章主軸組件要求與設計計算 10 所設計要求的主軸組件在轉動速度 承載工作能力 剛度和精確度程度的各種 需求 還要打算到軸承的提供 省錢等更加切合實際的狀況 3 2 1 適應剛度和承載能力的要求 主軸的剛度要滿足需要 主軸的徑向的載荷相對比較大是時采用滾子軸承 小 時用球軸承 3 2 2 適應精度的要求 機床要加工工件到合適的精度 主軸對機床的加工有主要影響 所以我們要分 析它怎樣適合精度要求 當熱變形的前端定位時 向后發(fā)展不影響軸方向的定位精度 但是它的形狀不 簡單明了 改動軸承間隙不是很容易 在前后端的定位 機床在加工過程中主軸會 升溫產生變形影響工作工件精度 3 2 3 適應結構的要求 我們設計的圖結構的限定在少的空間中進行布局 主軸的各布局讓他們不重復 在同平面分布 3 2 4 適應經濟性要求 進行生產的一個重要目的就是要取得利益的最大化 所以在結構滿足的情況下 我們要盡量要取得良好的經濟效果 我們根據經驗可以知道在中等和較大的負載的情況下采用圓錐滾子軸 進行對比分析我們就考慮各種因素 主軸的設計采用前后兩軸承主軸 它綜合 了單獨的前支撐和后支撐的優(yōu)點 且這是一個選用價格合適的方案 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第三章主軸組件要求與設計計算 11 3 3 主軸結構的初步擬定 考慮以上因素 我們可以將軸定為空心的 如果主軸定為空的這樣就可以對于 刀具拉桿的工作很有幫助 主軸的的尾部 它的結構是由機床是做什么來定的 以固定的形式或工具 并應 確保安裝的設備或工具 精確定位 裝卸 可以提供一定數量的扭矩 檢查通用機床設計 135 頁在金屬切削機床的軸端 選擇一個短錐法蘭板主軸結構 形式 它性能是 主軸的前面有 4 個螺絲孔 固定和傳輸功用來加工工具 前面的主 軸是中空的其結構如下 圖 3 3 短圓錐法蘭盤式主軸端部結構 3 4 主軸的材料與熱處理 主軸的主要材料是基于耐磨性的大小 大小的負載特征 如熱處理變形的因素 主軸的剛度與彈性模量 E 值 2 1 x 10 N 厘米 因此 主軸可選用鋼材料 當鋼鐵 材料選擇如 45 鋼 價格便宜 只有在一個特殊的沉重的負荷極大的影響 用滾動軸承來作為主軸軸承軸的頸硬度可能達不到要求 高頻率淬火 45 鋼 我們通過設計知道主軸要達到一定的機械硬度等要求 我們通過對比發(fā)現(xiàn)選用 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第三章主軸組件要求與設計計算 12 45 號鋼比較合適 它易于獲取還很有性價比 但一般 45 號鋼還不是太能滿足要 需要對它進行熱處理 3 5 主軸的技術要求 主軸和軸承部件它們之間要進行配合 它們配合的是否達到要求加工工作的精 度 所以我們還有一些對主軸技術上有的標準 3 5 1 軸頸 我們對主軸的設計 第一個要分析的就應是主軸頸 我們設計的要求要達到一 定的等級才可以保證價加工的有效的進行 我們通過理解知道 IT5 為主軸頸的尺寸 的精度才可以滿足要求 主軸頸他的形狀位置差一般應小于 1 4 至 1 2 就對比直 徑的公差而言 3 5 2 內錐孔 通過設計要求 我們知道內錐孔是基準面這對于工具的安裝和一些頂定位來說 在機床檢驗的準確性 檢查主軸和位置精度的其他部件是它就是一個標準 主軸部 件還有因為要經常裝卸 頂內錐孔必須要有很好的保持精度性能就是不磨損的性能 圓錐孔軸承的同軸度和雜志 一般用和 100 300 毫米的徑向軸頸 用標準錐 著色檢查接觸面積大小來測試它的形狀誤差 這是一個重要的要素 其他的我們還 需要一定的如表面粗糙度的要求 以用來保證加工的精準性 3 6 主軸直徑的選擇 我們可知道主軸的大小很影響主軸的硬度 我們通常要通過加大它的大小即直 徑來達到要求 變形越大 主軸和軸承的變形引起的位移較小的一端 但最終的軸 頸直徑 D 大配套軸承零件的尺寸 以達到同樣的耐受性是比較困難的 體重也增 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第三章主軸組件要求與設計計算 13 加了 增加的直徑是由軸承的極限轉速限制允許 甚至不允許機床結構 主軸前軸頸直徑 D 并參考現(xiàn)有同類機床主軸軸頸尺寸的確定 檢查表 5 12 金 屬切削機床設計 157 頁 普通的機床主軸前頸大小進行分析通過對比表 3 1 我們得知 P 3 8 千瓦主電機功率 又可知機床為銑床 就可以很容易的的到 D 80 軸頸直徑 D1 軸頸直徑 D2 有 D 0 71 0 84 D 3 1 21 所以我們可以得出 D 0 71 0 84 D 0 71 0 84 80 56 8 67 2 所有我們就能可21 以得出 D 65 0 表 3 1 主軸前軸頸直徑 D 的選擇1 機床 機 床 功 率 kw 1 47 2 5 2 6 3 6 3 7 5 5 5 6 7 3 7 4 11 11 14 7 車床 60 80 70 90 70 105 95 130 110 145 140 165 銑床 50 90 60 90 60 95 75 100 90 105 100 115 外圓磨床 50 90 55 70 70 80 75 90 75 100 3 7 主軸的前后支承軸承的選擇與確定 在一個完整的主軸運轉中 支撐的位置很重要 它可以是主軸的到好的轉動 使機床順暢可靠運行 3 7 1 主軸的前支承軸承的分析 金屬切削機床設計簡明手冊 375 到 376 頁 我們找到主軸軸承之前雙列向 心短圓柱滾子軸承所要求的條件型號 318216 其中 D 80 D 125 B 34 D 91 D 117 D 117 r 1 如圖 3 4 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第三章主軸組件要求與設計計算 14 圖 3 4 雙列向心短圓柱滾子軸承 GB285 87 結構參數及安裝尺寸 分析 金屬切削機床設計簡明手冊 的 356 頁的知識 進行一定的分析 我們 在這里可以選擇一個型號主軸推力球軸承就是 8316 D 75 00 D 75 20 D 110 0 H 27 0 D 86 0 D 99 0 r 1 0 它的簡圖可以由以下圖 3 5 圖 3 5 推力球軸承 GB301 84 結構參數及安裝尺寸 3 7 2 主軸后支承軸承的選擇 我們通過翻閱查找參考文獻資料書 金屬切削機床設計簡明手冊 第 366 到 369 頁 在選擇主一個型號為 2231 的軸承圓柱滾子可以滿足我們的要求 所以就確 定為這個型號 其中包括 d 65 d 120 B 23 日 d 77 d 110 r 1 5 它的尺寸 結構數如圖 3 6 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第三章主軸組件要求與設計計算 15 圖 3 6 3 8 主軸內孔直徑 機床用于銑削 我要知道主軸的內孔的直徑是要有一定的要求的 它不能太大 也不能太小 不過一般來說他的大小一般是和軸后頸的大小息息相關的 后者一般 來說是要對前者有限定的作用的 所以我們就要進行以下的分析 我們通過學習材料力學的知識 這里可以知道材料的剛度 K 成正比于的橫截面 的慣性矩 它們的聯(lián)系就可知 1 1 3 2 實空K實空I64 Dd d4 根據這個方程 低于 0 3 時 空心軸和固體部分的剛度接近 0 5 時 空心軸剛度的 90 固體主軸剛度 剛度影響甚微 超過或等于 0 7 主軸剛度急劇下降 所以總的來說 應該是 d 0 7 d 由以上分析可得 d 0 7 D 0 7 65 45 52 這種組合機床主軸是銑刀軸 刀桿直徑相對較小 因此可能需要小 即 0 5 即 d 0 5 D 0 5 65 32 52 將其規(guī)整 d 最后取為 30mm 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第三章主軸組件要求與設計計算 16 3 9 主軸前端的懸伸量 主軸的前端掛延伸軸的形狀和尺寸的確定 我們通過對機床分析計算可以知道 我們可以在符合結構各方面的要求的前提 下 懸伸量可以減少 這樣我們就可以優(yōu)化設計使得機床通過這種改變來增加主軸的 剛度更好的完成加工任務 a 1 24 2 40 D 1 24 2 40 80 99 2 192 0 取 a 120 1 3 10 分析主軸的支承跨距 我們要選取一種比較合理的距離 這樣可以取得比較合理的主軸工作時長 我 們還可以通過查詢知識知道分析可以知道跨度的大小不是越大越好 當然也不是越 小越好這里要選取一個合適的距離來保證我們要求的主軸的剛度 相關信息可以用作比較適合設計的跨距 1 L 4 0 4 50 D 合 理 1 2 L 3 5 4 5 a 可以使用在懸伸長的量比較來說要少時 合 理 3 L 1 0 2 0 a 我們就可以使用在懸伸長相對來說大時 合 理 L 是小于等于 2 50 這兩軸軸承的設計 L 2 50a 2 50 120 300 0合 理 可以得到 L 280 0 3 11 主軸結構圖 了解設計計算出主軸的結構如圖 3 7 所示 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第三章主軸組件要求與設計計算 17 錐 度 7 24圖 2 7主 軸 結 構 圖 圖 3 7 主軸結構圖 3 12 主軸組件的驗算 我們可以知道主軸在加工過程中要承受很多的力 這就要求他的精度不能有太 大的偏移 要主軸達到一定的剛度的要求 通常情況下有主軸剛度有滿足要求則它 的強度也可以符合我們所要求的值 我們在分析彈性變形的各后 很容易得到靜態(tài)剛度 計算彈性變形的主軸組件包 括 計算的主要軸端撓度和軸的傾向 3 12 1 支承的簡化 這兩個支承的主軸 我們可以理解簡支梁 就可以理解為下圖圖 3 8 那樣所示 我們可以知道如果在前支承有兩個火以上滾動軸承的時候 就根據化間的方法認為 在他的前面沒有彎曲形變的產生 這里我們就能認為這是一個相對固定的沒發(fā)生變 化的端梁 就像下嗎 3 9 圖所表達一樣 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第三章主軸組件要求與設計計算 18 圖 3 8 組件簡化為簡支梁 圖 3 9 主軸組件 3 12 2 主軸的撓度計算分析 我們查找書本 材料力學 的第 188 到 189 頁表 6 1 圖 3 9 可以得知 最大撓度 3 3 maxB EIFl3 這里有 F 主軸前端受力 此處 F F 1213 2NZ l A 和 B 距離 這里我們通過前面可以知道 l a 12 0cm 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第三章主軸組件要求與設計計算 19 FB 圖 3 10 固定端梁在載荷作用下的變形 E 彈性模量 45 號鋼的 E 2 10 10 N cm72 I 這里是主軸截面平均的慣性矩 主軸均直徑為 D 其孔直徑 d 時 I 此處 D 133 0 64 dD 218 故算最大撓度 1 87 10 mmmaxB 4 3 12 3 主軸傾角 主軸的傾向和傾角的主軸的傳動裝置稱為傾向 的主要軸主軸的設計被認為是 前傾角的支持 我要把在安放主軸的地方的傾角太大 就會對機床正常工作產生一 些影響 減少主軸的正常工作時間 最大傾角 3 4 B EIFl2 這里有 式中符號意義同上節(jié) I 3 5 64 dD 就有 D 133 0218 這里我們就可以通過技術得出我們想要的主軸傾角 2 40 10 radB 6 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第三章主軸組件要求與設計計算 20 我們查找資料書本文獻 組合機床設計 第 669 到 671 頁 我們可知道 當 x 0 00187L mm最 大 0 024 rad最 大 這個時候我們就可以得出主軸的剛度符合機床加工和設計要求 這里我們由前面文章中可以知道 L 為主軸的支承跨距 如果在這里我們把知道的 maxB 到這里我們就可以得到一個相對可以符合的主軸了 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第四章主軸組件相關部件 21 第四章 主軸組件相關部件 4 1 主軸軸承的潤滑 潤滑是降低摩擦表面工作 由此產生的能量損失 降低工作表面磨損和熱量 改善 生活和維護機器的精度和提高機器的工作效率 時間 潤滑劑和沖刷污垢 防止表面腐 蝕的功能 可以降低操作溫度 延長軸承的使用 4 2 主軸組件的密封 密封裝置的選擇 考慮到組裝后具體工作條件 主要考慮到各種因素 比如性質 變化 溫度上升下降 材質結構特點主要使用等等 考慮上述因素 尺寸選擇時 需用迷宮式 徑向不過 0 4 毫米 軸向不過 1 6 毫米 機械大爆炸理論 43 到 45 頁表 6 17 的迷宮式密封裝置的參數如下 圖 4 1 迷宮式密封裝置的結構參數 其中 d 60 D 130120 e 5 4 3 軸擋圈 兩位部件之間所用的擋圈 機械設計課程設計手冊 表 5 1 我們可知道擋 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第四章主軸組件相關部件 22 圈圖 圖 4 2 軸肩擋圈的結構參數 其中 D 85 d 70 H 8 4 4 擋圈 由于兩推球之間不是標準間根據設計規(guī)定我們選擇擋圈徑向的尺寸多少要通過 依主軸套筒大小的多少來取 為 6mm 4 5 套筒 根據上面的計算套管 結果表明 軸向尺寸是 92 毫米 徑向厚度 2 5 毫米 處理 一端的外螺紋的長度 26 M80 x 1 5 一端與主軸鎖緊固定螺釘 套筒結構如圖 2 14 所 示 緊固定螺釘結構參數可以發(fā)現(xiàn) 機械設計課程設計手冊 43 頁表 3 17 所示圖 4 4 軸的參數由 機械手冊經驗實踐報告 52 頁表 4 8 如圖 4 4 所示 其中 緊定螺釘的參數有 M8 1 20 l 15 d 6 0 n 1 5 t 3p 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第四章主軸組件相關部件 23 圖 4 3 兩推力球軸承內用套筒結構參數 軸上固定螺釘用的孔的參數有 d 7 c 6 h 611 圖 4 4 開槽平端緊定螺釘 4 6 支承的軸承蓋前后的計算 我們在前 后安裝了軸承蓋是為了保證其正常運轉 故而使防止其他物品進入 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第四章主軸組件相關部件 24 讓時間減少還可以配合主軸配合處的間隙 得設計如 4 5 4 6 所示 圖 4 5 前支承用軸承蓋 其中 d 125 D 159 圖 4 6 后支承用軸承蓋 其中 d 48 D 150 a 56 b 60 4 7 鎖緊部分設計 通過計算我就能計算出套筒的參數就同圖 4 7 所示 彈性套筒和螺栓固定在主軸裝配箱 彈性套筒結構及其參數如圖所示 鎖緊螺栓 的結構和參數是 機械工作人員經驗報告 第 91 到 98 頁表 4 8 M24 螺栓 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第四章主軸組件相關部件 25 圖 4 7 主軸用套筒的結構及參數 結構如下圖 4 8 所示 參數有 l 90 b 5448 c 0 3 d 25 4 d 20 d 35 6 e 35 f 5 k 18 amaxsminwminax k 12 6 r 1 2 s 28 l 30 l 38min insg 圖 4 8 彈性套結構及參數 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第四章主軸組件相關部件 26 4 8 內花鍵設計 我們通過查找有關花鍵與外徑定心 由金屬切削機床手冊說明了每天的應用時 間 我們將主軸裝配和傳動裝置分別定為可以知道內花鍵的硬度不高 能保證鉆頭直 徑的度 結見圖 4 10 查詢 機械切削機床手冊 第 358 頁表 7 1 知道 d 36 N 6 D 42 B 6 圖 4 9 鎖緊螺栓的結構及參數 圖 4 10 主軸尾部的內花鍵結構及參數 4 9 調節(jié)機構部件 軸向調節(jié)機是一對圓錐齒輪絲杠螺母人工調節(jié)絲杠螺母支承簡圖如圖 4 11 所示 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第四章主軸組件相關部件 27 4 9 1 螺紋絲杠 螺桿采用梯形螺紋可以加工 檢查 金屬切削機床設計手冊 第 386 螺紋直 徑 30 另參數是 圖 4 11 絲杠螺母支承簡圖 P 4 d 30 d 36 d 33 l 8023 4 9 2 絲杠軸承的選擇 螺釘軸向移動的精準和移動速度直接影響螺釘的準確性由梯形螺桿本身 所以 軸承精度是 螺絲使用兩個相同的推力球軸承在軸向力 其準確性應該選擇共同 D 級 的精密軸承 檢查金屬切削機床設計簡潔的手冊 365 頁 選擇止推滾珠軸承模型 其結 構如圖 4 12 所示 相關參數 d 40 d 39 8 D 68 H 25 D 60 D 591 12 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第四章主軸組件相關部件 28 圖 4 12 推力球軸承 GB301 84 結構參數及安裝尺寸 4 9 3 絲杠螺母 為了保證調正的精度 把螺母設計成一端有螺紋孔的短螺母 其設計尺寸為 M36 軸向直徑為 20 并且采取過盈配合 4 9 4 段螺紋設計 三角螺紋的設計數據為 直徑為 M42 螺距 P 1 8 軸承擋圈為 M42 1 8 d 48 6 d 42 5 l 15 D 60 12 4 9 5 內隔套設計 由于螺旋直徑為 45 所以 45 套的內徑 查詢關聯(lián)結構相關書籍由 金屬切削機 床簡明手冊 368 頁結構如圖 4 3 所示 參數是 d 50 D 60 l 15 圖 4 13 內隔套的結構及其參數 4 9 6 絲杠上調節(jié)用錐齒輪 看 機械設計 206 頁的相關表 11 5 中等級范圍取 8 9 級就可以 據設計好 標準 8 級的選擇性最合理 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第四章主軸組件相關部件 29 查 機械設計通用手冊 圖例 19 5 可以選擇取齒數 Z 18 分度圓半徑 r 30 則有 m 3 33 4 1 zr21860 通過翻閱 機械切割技術報告 第 93 到 96 頁表 12 3 取其相近值 2 8 即 m 3 6 d mz 3 18 54 所有數據都是由 機械設計技術應用 第 117 頁表 12 9 分度圓直徑 d d d 57 612 齒數 z z z 24 大端模數 m m d z d z 3 512 齒根角 arc tg h R 6 4 arc tg h R 6 4 f ff1f 2a2 齒頂角 arc tg h R 4 89 arc tg h R 4 89 aa1aa 2 齒根圓錐角 42 6 42 6 ff f 1 f2f2 節(jié)錐角 arc tgz z 30 90 30 121 錐距 R R d 2sin d 2sin 39 612 4 10 箱體設計 我們知道箱體要保持簡潔明了 所以我們要設計成矩形 當我們進行下一步時 為了滿足 質量與效率還有結構等特點需要做進一步的分析和設計 首先 頂部 以安裝 調試和維護的軸向調整機制方便 需要設置一個盒子封面 有 四個螺絲連接盒 原理圖所示圖 4 14 為了安裝軸向運動機制 箱蓋需要備用 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第四章主軸組件相關部件 30 圖 4 14 箱體蓋 一定的空間 包括空間提供軸向 70 毫米軸軸向運動的調整機制 這減少了箱體的 剛度和強度 為此 箱體的最小處的徑向大小也不得不小于 15 毫米 第二 套筒與套鎖的設計我們應該安裝在大型箱體里 這樣可以由足夠的空間使 彈性套筒鎖緊螺栓外還與箱體連接 在這里為了方便螺栓收緊 盒子應該設計為螺栓 操作工具理性的空間 主軸的尾端 花鍵傳動功率 所以盒子還應該與齒輪箱連接 應 設計相應的螺紋孔 第三 尾端的主軸花鍵帶動 此箱與齒輪箱連接 應設計相應的螺紋孔 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 結論 31 結論 組合機床具有自動化程度高 加工質量穩(wěn)定 操作過程的高度集中 因此 組合機床 廣泛用于大規(guī)模生產和大規(guī)模生產 高生產力的機床 基于系列和標準部件 與幾個 特殊的組件 目前 組合機床的發(fā)展效率高 精度高 自動化程度高和靈活性 這次的畢業(yè)設計 在于我結合了實習的經驗和老師的指導 懂的了如何更好 利用組合機床的性質和結構順利的完成了此次的論文 我還采用了電腦編制和電腦 繪圖 更加的熟悉了如何用計算機模擬組合機床 在各部分部件的組裝中 縝密的 操作與一步一步的實驗讓我更加深化我的專業(yè)知識和對基本課程的鞏固然后對工程 設計相關的運作有了更多的理解 也更加標磚的使用各項有關的書籍與規(guī)范手冊 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 參考文獻 32 參 考 文 獻 1 大連組合機床研究所 組合機床設計第一冊 第一版 機械部分 M 北京 機械工業(yè)出版 社 1975 3 組合機床 編寫組 組合機床講義 第 1 版 M 北京 國防工業(yè)出版社 1972 4 謝家瀛 組合機床設計簡明手冊 第 1 版 M 北京 機械工業(yè)出版社 1994 7 張展 機械設計通用手冊 第 1 版 M 北京 中國勞動出版社 1984 8 金屬切削機床設計 編寫組 金屬切削機床設計 修訂本 第 1 版 M 上海 上?？茖W 技術出版社 1985 9 金屬切削機床設計 編寫組 吉林工業(yè)大學 吉林工學院 東北工學院 金屬切削機床設 計上 下冊 第 1 版 上海 上?？茖W技術出版社 1979 10 大連工學院戴曙 金屬切削機床設計 M 北京 機械工業(yè)出版社 1981 11 范云漲 陳兆年 金屬切削機床設計簡明手冊 第 1 版 M 北京 機械工業(yè)出版社 1994 12 李洪 機械制造工藝金屬切削機床設計指導 第 1 版 M 沈陽 東北工學院出版社 1989 13 唐金松 簡明機械設計手冊 第 1 版 M 上海 上海科學技術出版社 1992 14 邱國俊 材料力學 I 第 1 版 M 中國石化出版社出版社 2011 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 致謝 33 致 謝 這個題目是在侯志敏老師的指導下完成 我受益于侯老師嚴謹的學術態(tài)度認 真合格的完成論文 她的指導讓我學到很多得到了豐富知識和思考問題的能力 在 這個競爭的新世紀里我們每個人可能會由于各種因素的作用 工作的性質 內容 生活方式和習慣 在成千上萬的方面不同 面對很多困難我們要學會解決 老師教會 了我這種能力這是對我的健康成長和人才是決定性因素 此外 我要感謝和我做設計的同學們 在設計中 我們互相幫助 互相學習 共同 進步 從這個我覺得團隊的智慧和力量 我們相互討論 相互合作 使我獲得了很 多的設計靈感 團隊合作的能力也將使的我在以后的工作和學習中得到很好的發(fā)展 再一次 我衷心的感謝所有幫助指導我的老師和同學們