铣削组合机床主轴箱设计
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毕业设计(论文)任务书机械设计制造及其自动化 专业1101班学生:王子龙毕业设计(论文)题目:铣削机床主轴箱设计毕业设计(论文)内容:本次毕业设计要求设计一台组合机床,用于加箱体工件体的两侧面,工件材料为HT200,硬度为200210HB,生产批量为大批量,铸造毛坯。加工部位的加工要求如下:(1)被加工表面的粗糙度均为R9.8;(2)被加工表面的相互位置精度为:箱体两边距离为220mm;箱体中心线的垂直度要求为0.03mm。 毕业设计(论文)专题部分: 机床的总体设计、主轴设计计算、主轴组件设计、箱体设计、参考文献整理。起止时间:2014年12月22日2015年6月10日指导教师: 年 月 日沈阳化工大学科亚学院本科毕业论文题 目: 铣削组合机床主轴箱设计 专 业: 机械设计制造及其自动化 班 级: 1101 学生姓名: 王子龙 指导教师: 侯志敏 论文提交日期: 2015 年 6 月1 日论文答辩日期: 2015 年 6 月4 日沈阳化工大学科亚学院毕业论文文献综述铣削组合机床主轴箱设计文献综述姓名:王子龙 班级:机制1101 指导老师:侯志敏 摘要本次设计的题目是铣削组合机床主轴箱设计。首先针对所要加工的零件入手,对机床进行总体方案设计,进而确定机床的总体布局,随后,对主轴组件进行设计。在设计主轴组件时,以主轴为线索,在满足刚度、精度等要求下,完成其它(如轴承、轴向调节机构、锁紧机构等)所有零件的设计。正文最早的组合机床是1911年在美国制成的,用于加工汽车零件。初期,各机床制造厂都有各自的通用部件标准。为了提高不同制造厂的通用部件的互换性,便于用户使用和维修,1953年美国福特汽车公司和通用汽车公司与美国机床制造厂协商,确定了组合机床通用部件标准化的原则,即严格规定各部件间的联系尺寸,但对部件结构未作规定。在我国,组合机床发展已有28年的历史,其科研和生产都具有相当的基础,应用也已深入到很多行业。是当前机械制造业实现产品更新,进行技术改造,提高生产效率和高速发展必不可少的设备之一。从2002年年底第21届日本国际机床博览会上获悉,在来自世界10多个国家和地区的500多家机床制造商和团体展示的最先进机床设备中,超高速和超高精度加工技术装备与复合、多功能、多轴化控制设备等深受欢迎。该届博览会上展出的加工中心,主轴转速1000020000r/min,最高进给速度可达2060m/min;复合、多功能、多轴化控制装备的前景亦被看好。在零部件一体化程度不断提高、数量减少的同时,加工的形状却日益复杂。组合机床未来的发展将更多的采用调速电动机和滚珠丝杠等传动,以简化结构、缩短生产节拍;采用数字控制系统和主轴箱、夹具自动更换系统,以提高工艺可调性;以及纳入柔性制造系统等。设计机械加工工艺规程遵循如下原则:1) 保证零件图样上所有技术要求的实现。2) 必须能满足生产纲领的要求。3) 在满足技术要求和生产纲领要求的前提下,要求工艺成本最低,低耗节能。4) 尽量减轻工人的劳动强度,保障生产安全。维护环境卫生。 综上所述,组合机床机的优越性已十分明显,它是国民经济中不可缺少的关键设备。随着制造业信息化的发展,大大的加强技术发展,使它更加具有竞争力。总结 组合机床是以系列化、标准化的通用部件为基础,配以少量的专用部件组成的一种高生产率机床。它具有自动化程度较高,加工质量稳定,工序高度集中等特点,因此,组合机床在大批、大量生产中得到广泛应用。目前,组合机床的研制正向高效、高精度、高自动化和柔性化方向发展。 三个月左右的时间,我综合运用专业课程和技术基础课程的基本知识,结合生产实际来进行分析,解决实际工程中的问题,完成了铣削组合机床及主轴组件的设计。这次设计,让我掌握了设计金属切削机床的基本程序和方法;巩固、深化和扩展了我对所学的专业课程和技术基础课程的知识,树立了我正确的工程设计思想;培养了我查阅和使用标准、规范、手册、图册及相关技术资料的能力以及计算、绘图、数据处理、计算机辅助设计等方面的能力。 参考文献1 大连组合机床研究所.组合机床设计第一册(第一版,机械部分)M.北京:机械工业出版社,1975年3 组合机床编写组.组合机床讲义(第1版)M.北京:国防工业出版社,1972年4 谢家瀛.组合机床设计简明手册(第1版)M.北京:机械工业出版社,1994年7 张展.机械设计通用手册(第1版)M.北京:中国劳动出版社,1984年8 金属切削机床设计编写组.金属切削机床设计(修订本,第1版)M. 上海:上海科学技术出版社,1985年9 金属切削机床设计编写组,吉林工业大学,吉林工学院,东北工学院.金属切削机床设计上、下册(第1版).上海:上海科学技术出版社,1979年10 大连工学院戴曙.金属切削机床设计M.北京:机械工业出版社,1981年11 范云涨,陈兆年.金属切削机床设计简明手册(第1版)M.北京:机械工业出版社,199412 李洪.机械制造工艺金属切削机床设计指导(第1版)M.沈阳:东北工学院出版社,1989年13 唐金松.简明机械设计手册(第1版)M.上海:上海科学技术出版社,1992年14 邱国俊.材料力学I(第1版)M.中国石化出版社出版社,2011年15 Harrison A.Belt Conveyoy Research 1980-2000. Bulk solids handing, Vol.1(2001) No.2 沈阳化工大学科亚学院本科毕业论文题 目: 铣削组合机床主轴箱设计 专 业: 机械设计制造及其自动化 班 级: 1101 学生姓名: 王子龙 指导教师: 侯志敏 论文提交日期: 2015 年 6 月1 日论文答辩日期: 2015 年 6 月4 日毕业设计(论文)任务书机械设计制造及其自动化 专业1101班学生:王子龙毕业设计(论文)题目:铣削机床主轴箱设计毕业设计(论文)内容:本次毕业设计要求设计一台组合机床,用于加箱体工件体的两侧面,工件材料为HT200,硬度为200210HB,生产批量为大批量,铸造毛坯。加工部位的加工要求如下:(1)被加工表面的粗糙度均为R9.8;(2)被加工表面的相互位置精度为:箱体两边距离为220mm;箱体中心线的垂直度要求为0.03mm。 毕业设计(论文)专题部分: 机床的总体设计、主轴设计计算、主轴组件设计、箱体设计、参考文献整理。起止时间:2014年12月22日2015年6月4日指导教师: 年 月 日摘 要组合机床机床具有较高的工作能力,标准化,系列化,百分之八十左右的可互换零件,它被各个行业所使用,就如机械的制造、家庭的家用电器等。近年来随着技术的发展工业能力的提升,电子技术等的发展给机械行业带来重大的变革使得机械生产能力及多样性得到发展。组合机床的技术就是在这样大发展中得到长足进步的。它有着自动控制等功能是工业生产大量产品合适的方式。在组合机床中主轴箱有极其重要作用,它的好坏关系着机床是否能良好高效运行。所以本次设计的是铣削组合机床主轴箱设计,通过对主轴箱设计改良、机械的传递优化、使得其结构更加的合理、更好的完成人们所希望达到的效果。本次的设计先通过对组合机床的总体设计明白其工作原理了解它大致结构,以便于对其有总体认识找出不足之处进行优化的设计。其次对主轴的组件进行设计计算如主轴的刚度、主轴组件的部局、主轴直径等选择。然后对主轴相关部件如挡圈、丝杆螺纹、和箱体等的设计与选择。关键词: 主轴箱;主轴;电子技术AbstractModular 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 录第一章 引言11.1组合机床加工方式11.2组合机床在生产中的应用1第二章 机床总体设计32.1机床总体方案设计的依据32.1.1 工件32.2机床总体设计32.2.1 工艺方法的确定32.2.2 确定组合机床总体的布局42.3机床主要技术参数的确定42.3.1 确定工件余量42.3.2 选择切削用量52.3.3 运动参数52.3.4主运动驱动电动机功率的分析确定62.4进给驱动电动机功率8第三章 主轴组件要求与设计计算93.1主轴的基本要求93.1.1 旋转精度93.1.2 刚度93.1.3温升和热变形103.1.4 耐磨性103.2主轴组件的布局103.2.1适应刚度和承载能力的要求113.2.2适应精度的要求113.2.3适应结构的要求113.2.4适应经济性要求113.3主轴结构的初步拟定123.4主轴的材料与热处理123.5主轴的技术要求133.5.1轴颈133.5.2内锥孔133.6主轴直径的选择133.7主轴的前后支承轴承的选择与确定143.7.1 主轴的前支承轴承的分析153.7.2 主轴后支承轴承的选择163.8主轴内孔直径163.9主轴前端的悬伸量173.10分析主轴的支承跨距173.11主轴结构图183.12主轴组件的验算183.12.1 支承的简化183.12.2主轴的挠度计算分析193.12.3 主轴倾角20第四章 主轴组件相关部件224.1主轴轴承的润滑224.2主轴组件的密封224.3轴挡圈224.4 挡圈234.5套筒234.6支承的轴承盖前后的计算244.7锁紧部分设计254.8内花键设计264.9调节机构部件274.9.1 螺纹丝杠274.9.2 丝杠轴承的选择284.9.3 丝杠螺母284.9.4 段螺纹设计294.9.5 内隔套设计294.9.6 丝杠上调节用锥齿轮294.10箱体设计30结论32参 考 文 献33致 谢34沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第一章引言第一章 引言1.1组合机床加工方式组合机床采用了一些新技术,新技术的加入使它的生产效率比较之前的通用机床大大的提高了。它的模块化的设计是的制造变的比较容易,大大的省去了一部分普通机床的工作,使得可以在一地完成更多的工作,从经济的角度使得资本得到了一定的优化。通用机床通常用于处理箱或一些特定的工件。需要处理的工件不做运动,由刀具的旋转和工具与工件的相对的运动进行各种机械的加工。采用某种组合夹紧工件车削刀架旋转,进给运动的工具,还可以实现一些旋转身体部位(如飞轮、汽车后桥、等等)圆和端面加工。1.2组合机床在生产中的应用专用机床是随着汽车工业的发展。这是在专用机床的一定条件下,部分机器的反复使用,和一些地区的发展这样通过发展和人们的完善就有组合机床这种高效、实用的机床。世界上最早使用组合机床的是美国,开始时是因为汽车工业的发展的需要。最早的时候,各个公司他们都只是在自己内部进行一定的标准化的统一。为了提高不同制造商的通用零件互换性,方便用户使用和维护,1953年,美国福特汽车公司和通用汽车和美国机床制造厂协商,确定总机床通用标准组件的原则,即严格规定各个组件之间的联系尺寸,但没有指定结构组件。专用机床是跟着现代化的制造业而起的。有两种类型的这种机器工具,并且可以更改为箱式组合机床的主轴和炮塔的组合机床。我们相信在组合机床的发展改进过程中适应性柔性生产系统,这将会大大的加强机床工作能力,使得它更加的广泛使用。 机床的设计,首先机床总体设计要来确定整个项目的总体布局,其次对主轴的组件进行设计计算如主轴的刚度、主轴组件的部局、主轴直径等选择。然后对主轴相关部件如挡圈、丝杆螺纹、和箱体等的设计与选择。33沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第二章机床总体设计第二章 机床总体设计2.1机床总体方案设计的依据最开始要做的工作,是确定机床设计总体的印象。进行全面的部局画草图的方式对各部分的部局进行主要分布的确定。2.1.1 工件本次毕业总体设计要根据资料的要求进行,明确要设计的物体的应用,要达到什么样的效果,要求组合机床,用于处理所给物体的两侧面,工件的成分为HT200,硬度为200210HB,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为:平面12之间的距离为220mm:平面12与95中心线的垂直度要求为0.03mm。 图2-1 需加工工件简图2.2机床总体设计2.2.1 工艺方法的确定对于箱体来说,用车床进行加工时因为箱体的外形复杂还是中间空心的工件件。这样的物件就在车床上很难加工,我们就要找到一种更为合适的加工的方式,然而在组合机床上加工可以可以有效的固定,方便加工。最后我们就可以得出组合机床是更好的选项。2.2.2 确定组合机床总体的布局这确定机床的各部分之间的的配合和机械运动关系的主要步骤。我们根据所给工件的具体加工的要求分析一般机床分布的位置关系,初步的定下机床布局图2-2所示:图2-2 机床总体布局图1.机座 2.动力滑台 3.工件 4.端铣刀 5.电动机 6.变速箱 7.主轴箱箱体固定在工作台上,机床的动力头是由旋转刀具的主运动。工作表的纵向进给运动,工件切割的效果更好。2.3机床主要技术参数的确定2.3.1 确定工件余量箱体零件材料为HT200大量的制造,要求毛坯。依据查询机械制造工艺设计简明手册数据表格2-32-5的数据,我们就能知道到加工的剩余量为2.5mm。2.3.2 选择切削用量由所得被加工零件的宽为175mm,要进行再次的加工,所以地一次加工为90mm,后面加工量为175-90=85mm,即:a=90mm。按组合机床设计简明手册的从131133页,可以得到所要知道的加工量。根据本论文写作要求其表面粗糙度数值比较高,通过找书图表6-16:V=6080m/min, a=0.20.3mm/z, 取a=0.2mm/z。2.3.3 运动参数 通过对工件加工要求和机床设计的综合的分析,我要的出以下几项主要的运动的参数,如主轴最高和最低转速、和进行主轴合理安排等几项。(1)求主轴最高和最低转速查询按照书本公式取最小量计算,我们可以得到以下的最低转速。计算的方程公式如下: n= (2-1) n= (2-2)式中:n、n分别是主轴的最高和最低转动速(r/min) V、V分别是最高和最低的切削前进速度(m/min) d、d分别是最大和最小的计算直径(mm)机械制造工艺金属切削机床设计指导书第68到71页的知识,查表2.23 取最大,最小切削速度: V=200300m/min, 取V=250m/min V=1520m/min, 取V=20m/min铣床的d、d可取使用的刀具最大、最小直径,即: d=110mm, d=75mm则主轴最高转速为 n= =1061.6r/min (2-3)取标准数列值: n=1000r/min 最低转速为: n= =57r/min (2-4)取标准数列值: n=56r/min(2)主轴转速的合理排列 这里我们需要确定平均的转动速度,公比,可以知道转速级数为Z,所以: n= n=56r/min, n= n, n= n, n= n查标准数列,取公比=1.78 (12)转速范围: R=17.85 (2-5)转速级数: Z=+1=5.99 取Z=6 (2-6) 我们这里就通过设计计算可以知道转速级数需满足四级才能符合要求就可以正常工作,得Z=4。就有: n=56, n=100, n=180 , n=315 (r/min)2.3.4主运动驱动电动机功率的分析确定(1)切削力的计算从之前了解,设计的组合机床的最高转速为n=315r/min,要求工作的速度: V=108.8m/min200m/min (2-7)给出数据可以使得要求实现。分析机床加工工件时的切削力的大小由下式可得: F=9.1854.5aaaZd上式中:a为加工时刀具铣削加工走量的宽窄度,a=90mm a机床加工工件是达到的深度的余量,a=2.5mm。 a每齿进给量,a=0.2mm/r Z转数级数,由前文计算可以知到Z=4所以铣削力的大小计算就可以从以下式中得到:F=2.59.1854.5900.24110=1213.1N(2)切削功率的计算查询机械制造工艺金属机床设计指导第70到73页,我们可以知道切削功率进行以下的的求解: P=2.20KW (2-8)(3)预估电动机的功率根据机械制造工艺金属机床设计指导第72页,有 P=3.140KW (2-9)上式中:回转类机床的机械效率=0.70.85。(4)选择主电机由机械设计课程设计手册页154表12-1,我们通过对比分析就可以得到一个比较合适的选择就选定编号为Y 112- 40的一种电机,查表可以得到它的主要的数据:P=4KW,P=4, n=1440r/min,n=1500r/min,电机重量为m=42kg。2.4进给驱动电动机功率金属切削机床设计第41页,可知: N= (2-10) 公式式中: N进给驱动电动机功率(KW) Q 进给抗力(N) V进给速度(m/min)这是机床的进给的传动系统的总的机械效率(一般取0.160.2)进行草算是可以的到的是,适用于铣床的计算来说可以的到有: N=0.20N=0.204=0.80KW通过机械设计课程设计手册的查询我查找到第154到155页的图表表格11-1,我们选取比较好的方案,最终我们可知Y90S-4的电机可以满足设计的要求的电动机:我们通过上面的分析和计算可以知道,我们所选电机的额定功率P=1.1 千瓦,机床的工作为正常情况时它的转速n=1430r/min, P=4,质量m=23kg。 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第三章主轴组件要求与设计计算第三章 主轴组件要求与设计计算主轴组件构成了机床重要的一部分,主轴组件对机床的正常工作起到了固定刀具支撑机床。它的好坏性能影响着了机床的总体的性能,它对机床的精度等有重大的影响所以主轴的组件是机床主要的部分。机床主轴传递的电机运动、扭矩还要传递切削力,它要保证机床正常工作,进行比较好的机械的加工,要保持它的加工的精度,正确的达到设计所要求的所以主轴应当仔细认真的设计,而且要较好的工作,所以主轴要求也随之的对应比较高。3.1主轴的基本要求3.1.1 旋转精度我们知道主轴的旋转精度是受到主轴各主要件(如套轴,主轴)的制造精度和装配、调整精度;运动精度还取主轴的挠曲和工具机结构瞬间误差运动等原因及主轴部件的动态特性。不同的机床中有不同规定。3.1.2 刚度主轴部件刚度K是它在有承受外荷载应对可以保持原样的性能,如图3 - 1所示,K = F / y(n / M),y / F的刚度要求的灵活性。在传输质量,轴的弯曲变形会恶化啮合的齿轮和轴承,侧压力,所以,这些零件磨损加剧,缩短生命,工件固定,将主要在切削力和功率的变化,产生的主轴的一定振动,这使机床在工作加工物品工件的精细度有影响。图3-1 主轴组件静刚度主轴组件的刚度是所有的零部件件作用的和集合,可以对其能产生变化的是主轴组件刚度的原因有:主轴的结构尺寸、承载重量等一些因素。3.1.3温升和热变形主轴组件工作做功和其他一些不利的原因产生了温度的上升,温度的变化使得金属产生变形使的加工的相对的位置产生位移这就是热变形。影响主轴组件温度上升、热变形的主要因素有:各件间相对摩擦,和是否有能量的发生等。3.1.4 耐磨性主轴组件的耐磨性是说在长期的工作后主轴仍然能保持原来最初设计的要求,而不影响工作。因此,主轴组件各个部分要有良好的保持原来特的能力,则它们要有耐磨性,所以它的材料要求为很硬。要增加主轴的耐磨性,要合理的选择好的材料用以保持其可靠的机械性能,此外,非常良好的可用的是其使其保持相对可运动的性能可以提高它的寿命。主轴润滑和可靠的密封也可以让它保持很好的机械的性能。3.2主轴组件的布局主轴组件的设计,要和前面的设计一道配合,明确各部分的功能。按要求进行合理的布局。所设计要求的主轴组件在转动速度、承载工作能力、刚度和精确度程度的各种需求,还要打算到轴承的提供,省钱等更加切合实际的状况。3.2.1适应刚度和承载能力的要求主轴的刚度要满足需要,主轴的径向的载荷相对比较大是时采用滚子轴承;小时用球轴承。3.2.2适应精度的要求机床要加工工件到合适的精度,主轴对机床的加工有主要影响,所以我们要分析它怎样适合精度要求。当热变形的前端定位时,向后发展不影响轴方向的定位精度,但是它的形状不简单明了,改动轴承间隙不是很容易;在前后端的定位,机床在加工过程中主轴会升温产生变形影响工作工件精度。3.2.3适应结构的要求我们设计的图结构的限定在少的空间中进行布局,主轴的各布局让他们不重复在同平面分布。3.2.4适应经济性要求进行生产的一个重要目的就是要取得利益的最大化,所以在结构满足的情况下,我们要尽量要取得良好的经济效果。我们根据经验可以知道在中等和较大的负载的情况下采用圆锥滚子轴。进行对比分析我们就考虑各种因素,主轴的设计采用前后两轴承主轴。它综合了单独的前支撑和后支撑的优点,且这是一个选用价格合适的方案。3.3主轴结构的初步拟定考虑以上因素,我们可以将轴定为空心的,如果主轴定为空的这样就可以对于刀具拉杆的工作很有帮助。主轴的的尾部,它的结构是由机床是做什么来定的,以固定的形式或工具,并应确保安装的设备或工具,精确定位,装卸,可以提供一定数量的扭矩。检查通用机床设计135页在金属切削机床的轴端,选择一个短锥法兰板主轴结构形式。它性能是:主轴的前面有4个螺丝孔,固定和传输功用来加工工具。前面的主轴是中空的其结构如下: 图3-3 短圆锥法兰盘式主轴端部结构3.4主轴的材料与热处理 主轴的主要材料是基于耐磨性的大小,大小的负载特征,如热处理变形的因素。 主轴的刚度与弹性模量E值(2.1 x 10 N /厘米),因此,主轴可选用钢材料。当钢铁材料选择如45钢,价格便宜,只有在一个特殊的沉重的负荷极大的影响。用滚动轴承来作为主轴轴承轴的颈硬度可能达不到要求,高频率淬火45钢。 我们通过设计知道主轴要达到一定的机械硬度等要求,我们通过对比发现选用45号钢比较合适,它易于获取还很有性价比,但一般45号钢还不是太能满足要,需要对它进行热处理。3.5主轴的技术要求主轴和轴承部件它们之间要进行配合,它们配合的是否达到要求加工工作的精度,所以我们还有一些对主轴技术上有的标准。3.5.1轴颈 我们对主轴的设计,第一个要分析的就应是主轴颈。我们设计的要求要达到一定的等级才可以保证价加工的有效的进行,我们通过理解知道IT5为主轴颈的尺寸的精度才可以满足要求,主轴颈他的形状位置差一般应小于1 / 4至1 / 2就对比直径的公差而言。3.5.2内锥孔 通过设计要求,我们知道内锥孔是基准面这对于工具的安装和一些顶定位来说。在机床检验的准确性,检查主轴和位置精度的其他部件是它就是一个标准,主轴部件还有因为要经常装卸,顶内锥孔必须要有很好的保持精度性能就是不磨损的性能。圆锥孔轴承的同轴度和杂志,一般用和100 300毫米的径向轴颈;用标准锥着色检查接触面积大小来测试它的形状误差,这是一个重要的要素;其他的我们还需要一定的如表面粗糙度的要求,以用来保证加工的精准性。3.6主轴直径的选择我们可知道主轴的大小很影响主轴的硬度,我们通常要通过加大它的大小即直径来达到要求,变形越大,主轴和轴承的变形引起的位移较小的一端。但最终的轴颈直径D,大配套轴承零件的尺寸,以达到同样的耐受性是比较困难的,体重也增加了。增加的直径是由轴承的极限转速限制允许,甚至不允许机床结构。主轴前轴颈直径D,并参考现有同类机床主轴轴颈尺寸的确定。检查表5-12金属切削机床设计157页,普通的机床主轴前颈大小进行分析通过对比表3-1:我们得知P = 3.8千瓦主电机功率,又可知机床为铣床,就可以很容易的的到D = 80。轴颈直径D1,轴颈直径D2,有: D=(0.710.84)D (3-1)所以我们可以得出: D=(0.710.84) D=(0.710.84)80=56.867.2,所有我们就能可以得出D= 65.0。 表3-1 主轴前轴颈直径D的选择机床机 床 功 率(kw)1.472.5 2.63.6 3.75.5 5.67.3 7.411 1114.7车床6080 7090 70105 95130 110145 140165铣床5090 6090 6095 7510090105 100115外圆磨床 5090 5570 70807590 751003.7主轴的前后支承轴承的选择与确定 在一个完整的主轴运转中,支撑的位置很重要,它可以是主轴的到好的转动,使机床顺畅可靠运行。3.7.1 主轴的前支承轴承的分析金属切削机床设计简明手册375到376页,我们找到主轴轴承之前双列向心短圆柱滚子轴承所要求的条件型号318216。其中,D = 80,D = 125,B = 34,D = 91,D = 117,D = 117,r = 1。如图3-4: 图3-4 双列向心短圆柱滚子轴承(GB285-87)结构参数及安装尺寸分析金属切削机床设计简明手册的356页的知识,进行一定的分析,我们在这里可以选择一个型号主轴推力球轴承就是8316。D = 75.00,D = 75.20,D = 110.0,H = 27.0,D = 86.0,D = 99.0,r = 1.0。它的简图可以由以下图3-5:图3-5 推力球轴承(GB301-84)结构参数及安装尺寸3.7.2 主轴后支承轴承的选择我们通过翻阅查找参考文献资料书金属切削机床设计简明手册第366到369页,在选择主一个型号为2231的轴承圆柱滚子可以满足我们的要求,所以就确定为这个型号。其中包括:d = 65,d = 120,B = 23日d = 77,d = 110,r = 1.5。它的尺寸结构数如图3 - 6:图3-6 3.8主轴内孔直径机床用于铣削。我要知道主轴的内孔的直径是要有一定的要求的,它不能太大也不能太小。不过一般来说他的大小一般是和轴后颈的大小息息相关的,后者一般来说是要对前者有限定的作用的,所以我们就要进行以下的分析。我们通过学习材料力学的知识,这里可以知道材料的刚度K成正比于的横截面的惯性矩,它们的联系就可知: =1-()=1- (3-2)根据这个方程:低于0.3时,空心轴和固体部分的刚度接近;= 0.5时,空心轴刚度的90%固体主轴刚度,刚度影响甚微;超过或等于0.7,主轴刚度急剧下降。所以总的来说应该是d 0.7 d。由以上分析可得: d0.7 D=0.765=45.5这种组合机床主轴是铣刀轴,刀杆直径相对较小,因此可能需要小,即= 0.5,即: d0.5 D=0.565=32.5将其规整,d最后取为30mm。3.9主轴前端的悬伸量主轴的前端挂延伸轴的形状和尺寸的确定。我们通过对机床分析计算可以知道,我们可以在符合结构各方面的要求的前提下,悬伸量可以减少,这样我们就可以优化设计使得机床通过这种改变来增加主轴的刚度更好的完成加工任务。 a=(1.242.40)D=(1.242.40)80=99.2192.0 取a=120。3.10分析主轴的支承跨距我们要选取一种比较合理的距离,这样可以取得比较合理的主轴工作时长。我们还可以通过查询知识知道分析可以知道跨度的大小不是越大越好,当然也不是越小越好这里要选取一个合适的距离来保证我们要求的主轴的刚度。相关信息可以用作比较适合设计的跨距。(1) L=(4.04.50)D;(2) L=(3.54.5)a,可以使用在悬伸长的量比较来说要少时;(3) L=(1.02.0)a,我们就可以使用在悬伸长相对来说大时。L是小于等于2.50。这两轴轴承的设计。L2.50a=2.50120=300.0可以得到L=280.0。3.11主轴结构图了解设计计算出主轴的结构如图3-7所示:图3-7 主轴结构图3.12主轴组件的验算我们可以知道主轴在加工过程中要承受很多的力,这就要求他的精度不能有太大的偏移,要主轴达到一定的刚度的要求,通常情况下有主轴刚度有满足要求则它的强度也可以符合我们所要求的值。我们在分析弹性变形的各后,很容易得到静态刚度。计算弹性变形的主轴组件包括:计算的主要轴端挠度和轴的倾向。3.12.1 支承的简化这两个支承的主轴,我们可以理解简支梁,就可以理解为下图图3-8那样所示;我们可以知道如果在前支承有两个火以上滚动轴承的时候,就根据化间的方法认为在他的前面没有弯曲形变的产生,这里我们就能认为这是一个相对固定的没发生变化的端梁,就像下吗3-9图所表达一样:图3-8 组件简化为简支梁图3-9 主轴组件 3.12.2主轴的挠度计算分析我们查找书本材料力学的第188到189页表6.1,图3 - 9可以得知,最大挠度 =- (3-3)这里有, F主轴前端受力。此处,F=F=1213.2N lA和B距离。这里我们通过前面可以知道l=a=12.0cm图3-10 固定端梁在载荷作用下的变形E弹性模量。45号钢的E=2.1010N/cmI这里是主轴截面平均的惯性矩。主轴均直径为D,其孔直径d时, I=。此处,D=133.0 故算最大挠度: =-1.8710 mm3.12.3 主轴倾角主轴的倾向和倾角的主轴的传动装置称为倾向。的主要轴主轴的设计被认为是前倾角的支持。我要把在安放主轴的地方的倾角太大,就会对机床正常工作产生一些影响,减少主轴的正常工作时间。 最大倾角 =- (3-4) 这里有,式中符号意义同上节 I=。 (3-5) 就有,D=133.0这里我们就可以通过技术得出我们想要的主轴倾角: =-2.4010 rad我们查找资料书本文献组合机床设计第669到671页,我们可知道:当 x0.00187L mm -0.024 rad 这个时候我们就可以得出主轴的刚度符合机床加工和设计要求。这里我们由前面文章中可以知道L为主轴的支承跨距。如果在这里我们把知道的、: 到这里我们就可以得到一个相对可以符合的主轴了。沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第四章主轴组件相关部件第四章 主轴组件相关部件4.1主轴轴承的润滑润滑是降低摩擦表面工作,由此产生的能量损失,降低工作表面磨损和热量,改善生活和维护机器的精度和提高机器的工作效率,时间,润滑剂和冲刷污垢,防止表面腐蚀的功能。可以降低操作温度,延长轴承的使用。4.2主轴组件的密封密封装置的选择,考虑到组装后具体工作条件,主要考虑到各种因素,比如性质变化,温度上升下降,材质结构特点主要使用等等。考虑上述因素,尺寸选择时,需用迷宫式,径向不过0.4毫米,轴向不过1.6毫米。机械大爆炸理论43到45页表6-17的迷宫式密封装置的参数如下:图4-1 迷宫式密封装置的结构参数其中,d=60,D=130120,e=54.3轴挡圈两位部件之间所用的挡圈,机械设计课程设计手册表5-1,我们可知道挡圈图:图4-2 轴肩挡圈的结构参数其中, D=85,d=70,H=84.4 挡圈由于两推球之间不是标准间根据设计规定我们选择挡圈径向的尺寸多少要通过依主轴套筒大小的多少来取,为6mm。4.5套筒根据上面的计算套管。结果表明,轴向尺寸是92毫米,径向厚度2.5毫米,处理一端的外螺纹的长度26 M80 x 1.5一端与主轴锁紧固定螺钉,套筒结构如图2 - 14所示,紧固定螺钉结构参数可以发现机械设计课程设计手册43页表3 - 17所示图4-4。轴的参数由机械手册经验实践报告52页表4 - 8,如图4-4所示其中,紧定螺钉的参数有: M81.20,l=15,d=6.0,n=1.5 , t=3图4-3 两推力球轴承内用套筒结构参数 轴上固定螺钉用的孔的参数有: d=7,c=6,h6图4-4 开槽平端紧定螺钉4.6支承的轴承盖前后的计算我们在前,后安装了轴承盖是为了保证其正常运转,故而使防止其他物品进入让时间减少还可以配合主轴配合处的间隙,得设计如4-5、4-6所示:图4-5 前支承用轴承盖其中, d=125,D=159图4-6 后支承用轴承盖其中, d=48,D=150,a=56,b=604.7锁紧部分设计通过计算我就能计算出套筒的参数就同图4-7所示:弹性套筒和螺栓固定在主轴装配箱,弹性套筒结构及其参数如图所示:锁紧螺栓的结构和参数是机械工作人员经验报告第91到98页表4 - 8、M24螺栓图4-7 主轴用套筒的结构及参数结构如下图4-8所示,参数有: l=90,b=5448,c=0.3,d=25.4,d=20,d=35.6,e=35,f=5,k=18,k=12.6,r=1.2,s=28,l=30,l=38图4-8 弹性套结构及参数4.8内花键设计我们通过查找有关花键与外径定心,由金属切削机床手册说明了每天的应用时间,我们将主轴装配和传动装置分别定为可以知道内花键的硬度不高,能保证钻头直径的度。结见图4-10,查询机械切削机床手册第358页表7-1知道:d=36,N=6,D=42,B=6图4-9 锁紧螺栓的结构及参数图4-10 主轴尾部的内花键结构及参数4.9调节机构部件轴向调节机是一对圆锥齿轮丝杠螺母人工调节丝杠螺母支承简图如图4-11所示:4.9.1 螺纹丝杠 螺杆采用梯形螺纹可以加工。检查金属切削机床设计手册第386,螺纹直径30另参数是:图4-11 丝杠螺母支承简图 P=4,d=30,d=36,d=33,l=804.9.2 丝杠轴承的选择螺钉轴向移动的精准和移动速度直接影响螺钉的准确性由梯形螺杆本身。所以轴承精度是. .螺丝使用两个相同的推力球轴承在轴向力,其准确性应该选择共同D级的精密轴承,检查金属切削机床设计简洁的手册365页,选择止推滚珠轴承模型,其结构如图4-12所示,相关参数:d=40,d=39.8,D=68,H=25,D=60,D=59 图4-12 推力球轴承(GB301-84)结构参数及安装尺寸4.9.3 丝杠螺母为了保证调正的精度,把螺母设计成一端有螺纹孔的短螺母,其设计尺寸为,M36,,轴向直径为20并且采取过盈配合。4.9.4 段螺纹设计三角螺纹的设计数据为:直径为M42,螺距P=1.8,轴承挡圈为M421.8,d=48.6,d=42.5,l=15,D=60。4.9.5 内隔套设计 由于螺旋直径为45,所以45套的内径,查询关联结构相关书籍由金属切削机床简明手册368页结构如图4-3所示,参数是:d=50,D=60,l=15 图4-13 内隔套的结构及其参数4.9.6 丝杠上调节用锥齿轮看机械设计206页的相关表11.5中等级范围取89级就可以。据设计好标准8级的选择性最合理。查机械设计通用手册图例19-5可以选择取齿数Z=18,分度圆半径r=30,则有: m=3.33 (4-1)通过翻阅机械切割技术报告第93到96页表12-3,取其相近值2.8,即m=3.6, d=mz=318=54 所有数据都是由机械设计技术应用第117页表12-9:分度圆直径d: d=d=57.6 齿数z: z= z=24 大端模数m: m= d/z= d/z=3.5 齿根角: =arc tg h/R6.4,=arc tg h/R6.4 齿顶角: =arc tg h/R4.89,=arc tg h/R4.89 齿根圆锥角: =-=42.6,=-=42.6 节锥角: =arc tgz/z=30,=90-=30 锥距R: R= d/2sin= d/2sin=39.64.10箱体设计我们知道箱体要保持简洁明了,所以我们要设计成矩形,当我们进行下一步时为了满足,质量与效率还有结构等特点需要做进一步的分析和设计:首先,顶部,以安装、调试和维护的轴向调整机制方便,需要设置一个盒子封面,有四个螺丝连接盒。原理图所示图4-14;为了安装轴向运动机制,箱盖需要备用 图4-14 箱体盖一定的空间,包括空间提供轴向70毫米轴轴向运动的调整机制,这减少了箱体的刚度和强度。为此,箱体的最小处的径向大小也不得不小于15毫米。第二,套筒与套锁的设计我们应该安装在大型箱体里,这样可以由足够的空间使弹性套筒锁紧螺栓外还与箱体连接,在这里为了方便螺栓收紧,盒子应该设计为螺栓操作工具理性的空间。主轴的尾端,花键传动功率,所以盒子还应该与齿轮箱连接,应设计相应的螺纹孔。第三,尾端的主轴花键带动,此箱与齿轮箱连接,应设计相应的螺纹孔。沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 结论结论 组合机床具有自动化程度高,加工质量稳定,操作过程的高度集中,因此,组合机床广泛用于大规模生产和大规模生产。高生产力的机床,基于系列和标准部件,与几个特殊的组件。目前,组合机床的发展效率高、精度高、自动化程度高和灵活性。 这次的毕业设计,在于我结合了实习的经验和老师的指导,懂的了如何更好利用组合机床的性质和结构顺利的完成了此次的论文。我还采用了电脑编制和电脑绘图,更加的熟悉了如何用计算机模拟组合机床。在各部分部件的组装中,缜密的操作与一步一步的实验让我更加深化我的专业知识和对基本课程的巩固然后对工程设计相关的运作有了更多的理解,也更加标砖的使用各项有关的书籍与规范手册。沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 参考文献 参 考 文 献1 大连组合机床研究所.组合机床设计第一册(第一版,机械部分)M.北京:机械工业出版社,19753 组合机床编写组.组合机床讲义(第1版)M.北京:国防工业出版社,19724 谢家瀛.组合机床设计简明手册(第1版)M.北京:机械工业出版社,19947 张展.机械设计通用手册(第1版)M.北京:中国劳动出版社,19848 金属切削机床设计编写组.金属切削机床设计(修订本,第1版)M. 上海:上海科学技术出版社,19859 金属切削机床设计编写组,吉林工业大学,吉林工学院,东北工学院.金属切削机床设计上、下册(第1版).上海:上海科学技术出版社,197910 大连工学院戴曙.金属切削机床设计M.北京:机械工业出版社,198111 范云涨,陈兆年.金属切削机床设计简明手册(第1版)M.北京:机械工业出版社,199412 李洪.机械制造工艺金属切削机床设计指导(第1版)M.沈阳:东北工学院出版社,198913 唐金松.简明机械设计手册(第1版)M.上海:上海科学技术出版社,199214 邱国俊.材料力学I(第1版)M.中国石化出版社出版社,2011沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 致谢致 谢 这个题目是在侯志敏老师的指导下完成。我受益于侯老师严谨的学术态度认真合格的完成论文。她的指导让我学到很多得到了丰富知识和思考问题的能力。在这个竞争的新世纪里我们每个人可能会由于各种因素的作用,工作的性质、内容、生活方式和习惯,在成千上万的方面不同,面对很多困难我们要学会解决,老师教会了我这种能力这是对我的健康成长和人才是决定性因素。此外,我要感谢和我做设计的同学们。在设计中,我们互相帮助,互相学习,共同进步。从这个我觉得团队的智慧和力量。我们相互讨论、相互合作,使我获得了很多的设计灵感。团队合作的能力也将使的我在以后的工作和学习中得到很好的发展。再一次,我衷心的感谢所有帮助指导我的老师和同学们。
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