专用镗削动力头系统设计

河 南 理 工 大 学毕业设计（论文）任务书专业班级 学生姓名 一、题目 二、起止日期 年 月 日至 年 月 日三、主要任务与要求指 导 教 师 职称 学 院 领 导 签字（盖章）年 月 日河 南 理 工 大 学毕业设计（论文）评阅人评语题目 评 阅 人 职称 工作单位 年 月 日河 南 理 工 大 学毕业设计（论文）评定书题目 指 导 教 师 职称 年 月 日河 南 理 工 大 学毕业设计（论文）答辩许可证答辩前向毕业设计答辩委员会（小组）提交了如下资料：1、设计（论文）说明 共 页2、图纸 共 张3、指导教师意见 共 页4、评阅人意见 共 页经审查， 专业 班 同学所提交的毕业设计（论文），符合学校本科生毕业设计（论文）的相关规定，达到毕业设计（论文）任务书的要求，根据学校教学管理的有关规定，同意参加毕业设计（论文）答辩。指导教师 签字（盖章）年 月 日根据审查，准予参加答辩。答辩委员会主席（组长） 签字（盖章）年 月 日河 南 理 工 大 学毕业设计（论文）答辩委员会（小组）决议院（系） 专业 班 同学的毕业设计 （论文）于 年 月 日进行了答辩。根据学生所提供的毕业设计（论文）材料、指导教师和评阅人意见以及在答辩过程中学生回答问题的情况，毕业设计（论文）答辩委员 会（小组）做出如下决议。一、 毕业设计 （论文）的总评语二、毕业设计（论文）的总评成绩： 三、答辩组组长签名：答辩组成员签名：答辩委员会主席： 签字（盖章）年 月 日摘 要一台专用机床的加工精度主要取决于动力头及其主轴组件的精度。现在，很多动力头基本上已经标准化，这为机床的制造，改装带来了很大的方便，但为了提高精度，工作效率，就需要设计出更专用化的动力头部件。镗削动力头有很大的发展空间和广阔的运用前景。它将会降低机床成本，极大的减轻工人的劳动强度，也更容易实现自动化生产。镗削动力头是按系列化、标准化设计的通用部件和按被加工零件的形状及加工工艺要求设计的专用部件组成的专用机床镗削动力头由 50% 60%的通用零、部件组成，大多数零、部件是同类的通用部件，镗削动力头三化（标准化、通用化、系列化）水平高。镗削动力头是高效自动化设备，它在国民经济中占有较重要的地位尤其是汽车 、拖拉机、军工等大批量生产的行业，正面临着产品的更新换代和企业改造任务，这些行业又都是组合机床及自动线的主要用户,它们需要组合机床及自动线的数量较大镗削动力头设计是一次性设计，它根据用户提供的被加工零件的加工特点、精度和技术要求、定位夹压情况以及生产率的要求等制定总体方案，然后进行技术设计和工作设计。本设计主要是对 ZK9350 专用钻床的动力头系统及进给装置进行设计计算，并利用绘图软件 AUTOCAD 对其设计的零部件进行绘制。关键词：镗削动力头，专用机床，进给机构，CAD 技术河南理工大学 2012 届毕业设计说明书（论文）IAbstractA special machine tool processing precision mainly depends on the head and spindle component of the dynamic accuracy. Now, a lot of motivation head basically has standardization, this for machine tools manufacturing, modified bring great convenience, but in order to improve the precision, the work efficiency, need to design more specialty power head piece. Boring cut power head has very big development space and broad prospect of use. It will reduce the cost of machine tools, greatly reduce the labor intensity, are also more likely to realize automation production. Boring power pack is cut by series, of standardized design of general parts and the shape of the parts on the processing and processing technology requirements of the design of the special machine tool special parts. Boring head cut power by 50% 60% of general zero, components, most parts is the same kind of general parts, boring cut power head three (standardization, the generalization and seriation) level is high.Boring cut power pack is high automation equipment, it in the national economy has more important position. Especially automobiles, tractors, war industry and mass production industry, is facing the upgrading of products and enterprise reform task, these industries and combination machine tools and machine tool automatic line major user, they need combination machine tools and the number of automatic line is larger. Boring head cut power design is one-time design, it provided by user is processing parts processing characteristics, precision and technical requirements, positioning and productivity of the clamp pressure requirements overall scheme formulated and technical design and design work. This design is mainly to the ZK9350 special drill press power head system and into the device to design calculation, and use of the drawing software for the design of components AUTOCAD draw.KEY WORD：Boring cut power head, special machine tool, and into the mechanism, CAD technology河南理工大学 2012 届毕业设计说明书（论文）II目录第一章 引言 .11.1 课题的背景和意义 .11.1.1 组合机床和组合机床自动化生产线 11.1.2 高精度镗铣动力头 21.2 镗削动力头的研究现状 .31.3 本设计的主要内容 6第二章 动力头系统设计方案 .82.1 ZK9350 专用机床工作原理 .82.2 动力头传动方案 .92.2.1 动力参数选择 .102.2.2 电动机的选择 122.2.3 传动装置的动力参数计算 .122.3 进给装置方案 15第三章 设计中的有关计算 .173.1 齿轮的设计与计算 173.1.1 选择齿轮材料 173.1.2 齿面接触疲劳强度简化设计公式设计主要参数 .173.1.3 校核齿面接触疲劳强度 213.1.4 齿轮结构设计 .243.2 镗削动力头主轴结构设计和校核 .263.2.1 确定最小直径尺寸 283.2.2 主轴的结构设计 293.2.3 接触疲劳强度的安全系数校核 .313.3 轴承的选择和校核 353.3.1 角接触轴承的校核 .38河南理工大学 2012 届毕业设计说明书（论文）III3.3.2 圆柱滚子轴承的校核 .413.3.3 润滑与密封 .423.4 键的选用与校核 .433.4.1 键的选择 .433.4.2 校核键联接的强度 .433.5 进给装置滚珠丝杆传动设计及校核计算 .443.5.1 螺 旋 副 的 主 要 几 何 参 数 的 计 算 443.5.2 静 载 荷 计 算 .453.5.3 螺 杆 强 度 .463.5.4 寿 命 计 算 .46第四章 镗削动力头系统箱体的设计 484.1 概述 484.2 箱体材料的选择与主要的加工步骤 484.3 箱体附件的结构设计 .494.4 箱体中的润滑与密封 504.4.1 箱体的密封 .504.4.2 箱体中齿轮的润滑 .51结论 52参考文献 53致 谢 54河南理工大学 2012 届毕业设计说明书（论文）1第 一 章 引 言1.1 课 题 的 背 景 和 意 义随着全球汽车工业的不断发展，组合机床行业也得到了飞速的发展，越来越多的汽车零部件需要采用组合机床或组合机床自动化生产线的方式来进行零部件的生产制造，而作为组合机床和组合机床自动化生产线设计制造中的核心通用部件镗铣动力头，其高精度、高强度和高刚度的基本性能是组合机床和组合机床自动化生产线能够生产出高品质、高精度产品的基本保证，也是我们提高生产效率、降低生产成本、保证零部件品质的必要条件。而高精度镗铣动力头是能够保证组合机床等设备或生产线专业化生产、自动化生产和大批量生产的必要保证。对高精度镗铣动力头的结构设计、动静态特性分析，在很大程度上决定了组合机床和组合机床自动化生产线的生产效率、生产能力及使用寿命，也是设备生产高品质、高精度产品的重要原因。其主轴结构的研究和动静态特性的优化，对于进一步提高组合机床和组合机床自动化生产线的工作性能具有十分重要的意义。1.1.1 组合机床和组合机床自动化生产线组合机床（Modular Machine Tool）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专用机床（Special Machine Tool）。它适应于在大批、大量生产中对一种或几种类似零件的一道或几道工序进行加工。这种机床既具有专用机床的结构简单、生产率和自动化程度较高的特点，又具有一定的重新调整能力，以适应工件变化的需要。组合机床可以对工件进行多面、多主轴加工，一般是半自动或全自动的。组合机床自动化生产线是以组合机床为基础的进行某个零件或某个产品的多工序加工的生产线。无论是组合机床，还是组合机床自动化生产线，都是一种专用高效自动化技术的装备，是大批量机械河南理工大学 2012 届毕业设计说明书（论文）2产品实现高效、高质量和经济性生产的关键装备，主要被广泛应用于汽车、拖拉机、内燃机和压缩机等众多工业生产领域。其中，特别是汽车工业，是组合机床和组合机床自动化生产线最大的用户。例如，德国大众汽车公司在Salzgitter 的发动机生产工厂，90 年代初所采用的金属切削机床主要是组合机床自动化生产线（60% ）、组合机床（20%）和加工中心（20%）。显然，在大批量生产的机械制造行业，大量采用的加工设备是组合机床和组合机床自动化生产线。因此，组合机床及其自动化生产线的技术性能和综合自动化水平，在很大程度上决定了这些制造行业产品的生产效率、产品质量和企业生产组织的结构，也在很大程度上决定了企业产品的竞争力。1.1.2 高精度镗铣动力头镗铣动力头是这些专用设备和自动化生产线的重要组成部分，是担负着这些专用设备和自动化生产线加工品质、加工能力和使用寿命的责任；同时，也是这些专用设备和自动化生产线的重要组成部分。在设计这些专用设备和自动化生产线的加工品质、加工能力、加工精度时，必须首要的考虑镗铣动力头是否能够胜任这些加工状态。而且，镗铣动力头在实现机械加工的时候是单个独立存在进行机械加工的，相互之间不会有任何加工工序和工艺要求的影响。专用机床是随着汽车工业的兴起而发展起来的。在专用机床中某些部件因经常性的重复使用，逐步发展为通用部件，因而在此基础上产生了组合机床。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通用部件的互换性，便于用户使用和维修，1953 年美国福特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。通用部件按功能可分为动力部件、支撑部件、输送部件、控制部件和辅助部件五类。动力部件是为组合机床提供主运动和进给运动的部件。主要有动力箱、切削头和动力滑台。我们这里所说的高精度镗铣动力河南理工大学 2012 届毕业设计说明书（论文）3头就属于通用部件的动力部件，包含了动力箱和切削头部分，同时配合了动力滑台后就组成了完整的动力部件，是为组合机床提供主运动和进给运动的部件。1.2 镗 削 动 力 头 的 研 究 现 状镗床主要是用镗刀对工件已有的孔进行镗削的机床，使用不同的刀具和附件还可钻削、铣削、切螺纹及加工外圆和端面等。 1769 年瓦特取得实用蒸汽机专利后，汽缸的加工精度就成了蒸汽机的关键问题。1774 年英国人威尔金森发明炮筒镗床，次年用于加工蒸汽机汽缸体。1776 年他又制造了较为精确的汽缸镗床。1880 年前后，德国开始生产带前后立柱和工作台的卧式镗床。为了能对特大、特重的工件进行加工，20 世纪 30 年代发展了落地镗床。随着铣削工作量的增加，50 年代出现了落地镗铣床。二十世纪初，由于钟表仪器制造业的发展，需要加工孔距误差较小的设备，在瑞士出现了坐标镗床。现在的镗床大多已采用数字控制系统实现坐标定位和加工过程自动化。该机床是专门加工圆柱型深孔工件的设备，如加工机床的主轴孔、盲孔及阶梯孔。机床不但可以承担各种钻削、镗削，而且还可以进行滚压加工，钻削时采用内排屑法或外排屑法。机床床身刚性强，精度保持性好，主轴转速范围广，进给系统由交流伺服电机驱动，能适应各种深孔加工工艺的需要，授油器紧固和工件顶紧采用液压装置，仪表显示，安全可靠。据有关资料报道，在一些工业发达国家里，设备的平均役龄控制在 1020年之间，设备的“技术老化”期已短于 10 年，10 年役龄以内的设备数量能够达到设备总数的 50%左右。由此可见，设备更新速度相当快，一是用技术更为先进的新设备来代替技术性能老化的旧设备；另一是进行有效的技术改造，使旧设备适应新的生产需要。例如，美国和西欧一些工业先进的国家，在钢铁企业中虽然早已经实现了现代化，可是旧设备并没有全部毁弃，而是通过技术改河南理工大学 2012 届毕业设计说明书（论文）4造的方法，使一些旧设备能够达到使用新技术、新工艺的要求，继续生产出具有竞争能力的优质产品。目 前 ， 我 国 的 工 厂 企 业 ， 除 了 新 建 的 单 位 外 ， 大 多 数 都 存 在 设 备 “技术 老 化 ”问 题 ， 设 备 役 龄 在 15 年 以 上 的 ， 所 占 的 比 例 相 当 大 ， 面 对 这 么 多陈 旧 的 设 备 应 该 怎 么 办 ， 这 是 一 个 急 待 解 决 的 大 问 题 。目前镗床已受到其他加工形式的挑战，可以从第七届中国国际机床展览会看出一些迹象。在本届展会上，围绕信息产业需求，各类高精度、超精数控机床颇引人注目，甚至已出现了纳米级、亚纳米级的数控机床。国外近年兴起的硬切削(Hard turning)新工艺，也对镗床产生一定的冲击力。硬切削是指使用CBN 实体刀具、CBN 刀头或陶瓷刀具来加工淬硬的工件，此方法具有切削成本低、加工精度和光洁度高、不需用专用夹具且能一次装夹、生产效率高等优点，并且有利于环保。除硬切削外，面对上述两个方面的挑战，镗削专家认为，硬切削虽好，但不可能取代镗削。因为对陶瓷、高温超级合金之类的新一代材料，镗削是惟一的加工方法。镗削有自己的优势，如可实现在线测量、加工时采用闭合循环等。而对于研镗机和抛光机，在精度和光洁度要求不是十分高的情况下，它们的生产效率比不过平面镗床。为实现工业现代化，我们同样要创造或引进新技术、新工艺、新设备，进行必要的设备更新。另一方面，动员机械制造业的人员，坚持自力更生和勤俭办企业的方针，大搞技术革新，挖掘设备潜力，更具有现实意义。机床改装的效益是多方面的，从提高生产效率来看，假设改装机床 100 万台，每台生产效率平均提高 20%，这就等于多生产 20 万台新机床；反之，如果不对就机床实行技术改造，当前生产的新机床在技术水平上或数量上又不能及时地满足生产需要时，那就势必会影响工业经济的高速发展。因此，机床改装或改造不但是解决设备“技术老化”的重要途径，能够满足生产发展的需要，而且可以获得十分客观的经济效益实践经验表明，由于各工厂的生产性质和设备条件的不同，机床的内容和河南理工大学 2012 届毕业设计说明书（论文）5要求也各有差异，概括起来有如下几方面。使旧型号机床达到新型号机床的性能指标。扩大机床的工艺范围。改变机床的工艺范围。提高机床的自动化程度。改善机床的操作性能和劳动条件。使机床能够适应新技术、新工艺的要求。适合于组成生产流水线。镗床应当进一步完善，拓展它的应用空间，从容应对挑战。为使镗床保持稳定发展的局面，当前专家提出应该从下列几个方面拓展：1、向高精度、超精加工发展。随着 IT 产业迅速发展，对加工的精度提出了更高的要求。因此，研制超精镗床已提上议事日程。在开发超精镗床方面，工业发达国家都予以极大重视，尤其是日本已走在前列。争取早日为 IT 产业等工业部门提供这类设备。 2、跳出镗床只镗削内孔的框框。镗床向成形镗削发展，这是扩展镗削功能的重要手段。国内平镗床中，成形镗床的比重很小，而工业发达国家一些镗削制造厂如德国 BLO H M 公司、ELB 公司，其产品中绝大多数都是能进行成形镗削削。因此，我们应积极推广缓进给成形镗削工艺，开发一些适应多种用途的成形镗床，真正使镗床能加工各种型面、曲面，可直接用坯件成型。逐步提高缓进给成形镗床在镗削中的比重。3、研究用户加工工艺，拓展应用领域。在一些工业部门可能存在盲区，如过去磁钢行业从不使用双端面镗床。经过深入细致地工作，在这个行业推广双端面镗床，现在许多磁钢厂都使用了双端面镗床。4、开发复合机床。适应发展潮流，开发电火花复合镗床等复合机床，以及能镗平面、外圆、内圆等的复合型镗床，拓展使用范围。河南理工大学 2012 届毕业设计说明书（论文）65、开发高效镗床。为提高镗削效率，应发展高速镗床、高效深切镗床、快速短行程镗床以及镗削加工中心等先进的镗削加工设备，以应对硬切削的挑战。 6、 镗 削 加 工 由 原 来 的 恒 转 速 已 经 向 恒 线 速 度 进 行 发 展 并 进 行 拓 展 ， 以提 高 切 削 的 精 度 。1.3本 设 计 的 主 要 内 容目前轴承行业使用的轴承保持架钻孔设备是传统的没有采用数控技术的加工机床，主轴驱动采用普通三相异步电机通过减速箱有级调速的方式，传动不稳定，结构复杂，调速不可实现无级调速。工作台分度采用机械分度机构，结构复杂，分度精度低，夹紧工件时采用手动夹紧，效率低下。钻孔时刀具进给方式为采用液压驱动的滑台结构进给方式，定位精度低，加工精度低，刀具装夹时手动拉紧，自动化程度低，效率较低。另外，传统加工设备没有采用自动排屑机构，以及防护较差，均不利于生产加工，环境保护。ZK9350 数控轴承保持架钻床是为轴承行业开发的一种高效率、高精度、高自动化、数字化机床加工设备，是采用了先进数控技术的机电液一体化产品，液压夹紧工件，数控通孔立式回转工作台伺服驱动进行精确分度，可手动或程序控制加工，可轴向和径向钻、铰、镗孔，且采用全封闭防护结构，自动排屑，清洁环保。本设计主要是对 ZK9350 专用钻床的动力头系统及进给装置进行设计计算，并利用绘图软件 AUTOCAD 对其设计的零部件进行绘制。ZK9350 数控轴承保持架钻床技术参数：1.机床的主要规格:最大工件直径 400mm最大钻孔直径 50mm2.主轴:主轴速度范围(无级) 50-2500r/min主轴最大移动行程 500mm河南理工大学 2012 届毕业设计说明书（论文）7主轴锥孔 BT503.工作台工作台型号 TK13400EL 工作台面直径 400mm 工作台最大移动距离 300 mm 工作台最高转速 10r/min最小分度为 0.001°分度定位精度 20 重复精度 6 最大允许载荷量为 250kg 转台刹紧压力 油压 1.5MPa 工作台底座旋转 100° 4.冷却系统冷却泵型号 MC4180 冷却泵流量 25 L/min冷却箱容量 300L 5润滑系统自动集中润滑装置型号 YESC容 量 2 L6动力系统伺服主轴电机 FANAUC 22/6000ipZ 向电机扭矩 22N.m Z 向进给扭矩 66N.m（1：3 减速器）工作台分度电机型号 FANAUC 12/3000i冷却泵电机 MC41807机床外形尺寸长×宽×高 机床占地 3020×1555×1835河南理工大学 2012 届毕业设计说明书（论文）88机床净重 约 4000kg9机床总容量 45 KVA河南理工大学 2012 届毕业设计说明书（论文）8第 二 章 动 力 头 系 统 设 计 方 案镗削动力头是在通用机床，在生产中广泛应用，它可完成的加工工序种类及工艺方法比较成熟，分期工艺范围的侧重点是在传统工艺基础上尽可能的扩大其工艺范围，在一定范围内实现万能性，比如：镗削动力头的主轴断面采用的莫氏 5 号锥孔，并且可以加卡盘等其它的夹具，实现多种加工的能力。通用程度较高。主轴悬伸量较小，故还能够进行较强力铣削加工，主轴箱前端面积较大，可提供安装较大的镗铣附件进行加工，但不便于接近工件。2.1 ZK9350专 用 机 床 工 作 原 理ZK9350 专用机床的结构示意图如图 2.1 所示。结合图 2.1 介绍一下机床工作原理：在床身 1 上固定着床鞍、滑板 7，滑板在床鞍之上，可沿燕尾导轨横向滑动，通过摇动手柄，利用丝杠螺母副传动可调整滑板在床鞍上的位置。滑板上固定着回转工作台，松开回转盘锁紧螺母后，可使回转工作台在半周内调整至任一位置进行固定，调整时有微调机构。这样可以在工作台面上钻削斜孔。回转工作台为一伺服电机驱动、液压刹紧的精确分度立式工作台，专业生产厂家生产，分度精度 20，重复定位精度 6，刹紧力矩 2000NM。回转工作台上安装有液压油缸，可利用液压夹紧工件。镗削动力头 3 通过支承件固定在可沿床身纵向移动的滚子式滚动直线导轨副上，导轨由进给装置 5 的伺服电机通过丝杠螺母副传动驱动，带动动力头实现进给运动。镗削动力头由专业生产厂家生产，主轴装刀结构为自动拉紧液压松开的 7：24 标准锥度配合刀柄结构，驱动电机为主轴伺服电机，可无级调速。液压站 6 提供必要的液压驱动动力源，排屑机 8 由专业厂家生产，其将切屑自动输送至切屑箱中，冷却箱部分包括冷却液泵及冷却箱等，分几个喷嘴喷出冷却液，冲涮切屑并冷却润滑刀具。电气箱 10 中为电气元件及驱动模块河南理工大学 2012 届毕业设计说明书（论文）9等，机床由数控系统控制，通过操纵箱进行编程或手动操纵进行加工。机床工作时，安装在回转工作台上的圆形轴承保持架在回转油缸的液压压紧情况下牢固地固定在工作台上，工作台按程序进行精确回转分度，镗削动力头安装好刀具后，高速旋转并向前按设定速度进给，钻削后再退出，然后等工件分度后再进行另一次进给加工，如此循环，直至加工完一个工件上所有孔。回转工作台可在半周内调整其在滑板上固定位置，因此既可加工工件上的轴向孔，也可加工件上的径向孔，甚至斜向孔。当工件需要扩孔时，利用工装上的定位销可以对轴向孔进行重复装夹定位，利用径向定位销可对径向孔进行重复装夹定位，方便可靠。机床采用全封闭防护，水枪喷射清扫切屑并自动排屑，操纵箱固定在机床床身支架上，上部操纵面板可自由转动角度，方便操纵，射灯照明，美观大方。2.2 动 力 头 传 动 方 案镗 削 动 力 头 的 工 艺 范 围 比 万 能 型 的 要 窄 一 些 ， 适 用 于 成 批 生 产 的 场 合 。镗 削 动 力 头 主 要 用 于 粗 加 工 的 工 序 要 求 。 因 此 主 轴 设 计 中 只 需 较 大 的 切 削 力 ，精 度 不 高 。 粗 加 工 锯 去 多 余 部 分 、 铣 端 面 打 中 心 孔 和 荒 车 外 圆 等 。 这 个 阶 段的 主 要 目 的 是 ： 用 大 的 切 削 用 量 切 除 大 部 分 余 量 ， 把 毛 坯 加 工 至 接 近 工 件 的最 终 形 状 和 尺 寸 ， 只 留 下 少 量 的 加 工 余 量 。 通 过 这 个 阶 段 还 可 以 及 时 发 现 锻件 裂 缝 等 缺 陷 ， 做 出 相 应 措 施 。镗削动力头属于卧式镗床的切削动力源。机床结构简单维护容易，操纵机构能较多的集中在主轴箱中。主电动机与主轴采用上下平行，无相对移动环节，但主轴箱与减速箱采取相对铸造的方式，安装简易。河南理工大学 2012 届毕业设计说明书（论文）10图(a) 图(b) 图 2-2 镗削动力头传动方案合理的传动方案要满足机械的功能的需要，此外，还要适应工作条件(工作场地、工作制度等)，满足工作可靠、结构简单、尺寸紧凑、传动效率高，使用维护便利、工艺性、经济性合理等要求。在图 2-2 中的(a)、(b)为镗削动力头的两种传动方案，图(a)方案中成本低，但在长期使用过程中寿命低，且传动精度低等，故选择图(b)方案。表 2-1 镗削动力头传动方案比较项目 图(a)方案 图( b)方案结构尺寸传动效率工作寿命成本连续工作性环境适应性大较高短低较好差较大高常中等好较差2.2.1 动力参数选择镗削动力头的主要设计技术指标与参数：加工材料 HT200，硬度 HB160-200；刀具材料，硬质合金 YG8；镗孔直径 50-160mm；主轴转速 50-320rpm；进给量 0.25-0.8m/s；切削速度 35-50 m/s。粗加工时的切削功率 P 为最大，此时的切削速度较小，由资料 查得镗m 1床的切削力 F 5.5kw。如图 2.3 切削力的合力与分力。c河南理工大学 2012 届毕业设计说明书（论文）11图 2.3 切削力的合力与分力消耗在切削过程中的功率称为 P ，且切削功率为切削力 F 和进给力 F 所mcf消耗功率之和，因背向力 F 没有位移，所以不消耗功率，于是切削功率(W)为：p=10 ( + )mP3cv10f式中： 切削力(N)cF切削速度(m/s)v进给力(N)f进给速度(m/s)f一般情况下，F 所消耗功率(约占 P 的 1%)远小于 F 的消耗功率，f mc因此式中可简化为：P =10 F vm3c由上述可知，镗削动力头的最大切削功率为(F 代入镗床最大切削力5.5kw，v 代入最小的切削速度 35m/min,即 583.33mm/s)c=10 mP3cFv=10 5.5 10 583.333河南理工大学 2012 届毕业设计说明书（论文）12=3.208kw要保证镗床的稳定、安全加工，故加入 20%的安全系数= (1+20%)EPm=3.208 (1+20%)=3.8496kw2.2.2 电动机的选择由于镗床动力头无特殊机械要求，如空气中不含易燃、易爆或腐蚀性气体的场所，工作环境不超过+40 ，相对湿度不超过 95%，故选用 Y 系列三相异步电动机( 全封闭自扇冷式笼形三相异步电动机)，额定电压 380V，频率50Hz。根据 2.1 所得结果，查资料 得，功率为 4kw 的 Y 系列三相异步电动机有23 种:、Y112M-2 形三相异步电动机，额定功率为 4kw,满载转速为2890r/min；、Y112M-4 形三相异步电动机，额定功率为 4kw,满载转速为1440r/min；、Y1160M-8 形三相异步电动机，额定功率为 4kw,满载转速为720r/min；Y112M-2 形三相异步电动机，额定转速过高，不适用单级或两级齿轮传动；此外根据市场调查，Y160M-8 形三相异步电动机，为 8 极转子的电动机，价格比同类的 4 极转子电动机的价格高出 800 元左右，与镗床动力头的自身价格相比，选用 Y160M-8 形三相异步电动机会增加镗床动力头的价格，不适于市场竞争。故选用 Y112M-4 形三相异步电动机，额定功率为 4kw,满载转速1440r/min。2.2.3 传动装置的动力参数计算由电动机的满载转速 n 和镗削动力头主轴的转速 n ,可确定传动装置应有mw的齿轮首末传动比：河南理工大学 2012 届毕业设计说明书（论文）13i = = =7.2齿 wmn2014要设计计算传动件，与要知道各轴的转速、转矩或功率，i 为 7.2，显然，齿传动比过大，不适应在 2.1 节中预先设计的如图 2-1(b)的传动方案：采用一级齿轮传动，加一介轮的传动方案。需要对其进行改进，采用两级齿轮传动。结构如图 2-2 所示的传动装置，从电动机到主轴共有 3 根轴，依次为轴、轴、轴，则可按电动机轴到镗削动力头主轴，推算各轴的运动和动力参数。对于此种的两级齿轮传动减速，为使齿轮不发生如图 2-4 所示的，齿轮与齿轮轴发生干涉的现象。故在设计的过程中，选择高速级的传动比 i 和低速级1的传动比 i ,可按下述的方法进行分配。2=(1.11.5) 1i2i已知传动比的计算公式为 = ，且在选择齿轮的传动比的过程中，传齿 2动比不能为整数，因为传动比为整数，会造成两齿轮周期性的相同的两齿的接触，易发生齿面点蚀。首先试选择 =2.3， =3.1 的传动比。1i2i河南理工大学 2012 届毕业设计说明书（论文）14图 2.4 齿轮与齿轮轴发生干涉的现象 各轴转速n =n =1440rpm1mn = = =626.09rpm1i3.240n = n = = =201.96rpm w2i1.96式中：n 、n 、n 从电动机到主轴的轴、轴、轴(主轴)的1各轴转速；n 电动机的满载转速；mi 、i 高低两级齿轮的传动比。12转速的相对误差为： =0.98%5%，因此，此传动比合理。096. 各轴功率= =4kw 1Pd= = =3.8024kw 2198.074= =3.8024 =3.6514kw 13.式中： 电动机输出功率；dP、 、 为轴、轴、轴上的各轴的输入功率；11河南理工大学 2012 届毕业设计说明书（论文）15、 分别为高速级和低速级上齿轮传动的效率；13轴上的一对球轴承的传动效率；2轴(主轴)上的轴承的传动效率。4 各轴的转矩= =9550 =9550 =26.53N 1Tdnp140m= =26.53 =58N 221i 98.73.= =58 =172.66N 343式中： 、 、 为轴、轴、轴上的各轴的输入转矩；1T2为了便于下一阶段设计、计算传动零件，将最后结果列表如下。表 2-2 传动主要数据轴名参数轴 轴 轴转速 n(rpm) 1440rpm 626.09rpm 201.96rpm功率 P/(kw) 4kw 3.8024kw 3.6514kw转矩 T/( N )m26.53N m58N m172.66N m2.3 进 给 装 置 方 案与动力头系统相连接的进给装置是指机床的纵向进给。进给装置设计方案较为简单，其主要主体由伺服电机驱动，伺服电机通过行星减速器作 1：3 减速，通过联轴器与滚珠丝杠直联，滚珠丝杠副带动主轴箱作纵向运动。如图 2-4 所示。河南理工大学 2012 届毕业设计说明书（论文）16图 2-4 进给装置结构图河南理工大学 2012 届毕业设计说明书（论文）17第 三 章 设 计 中 的 有 关 计 算3.1 齿 轮 的 设 计 与 计 算此镗削动力头采用两级圆柱直齿轮传动，已知在高速级中的小齿轮传递的额定功率 P=4kw，小齿轮的转速 =1440rpm,一级齿轮的传动比 =2.3；二级齿dn1i轮减速中的小齿轮传递的额定功率 =3.8024kw，小齿轮的转 =626.09rpm,第Pdn二级齿轮减速的传动比 =3.1；已知单向传递扭矩，满载工作时间 35000h.传1i递比误差不超过 。%53.1.1 选择齿轮材料初步选择两个小齿轮用 40C 钢调质，硬度 241286HBS；两个大齿轮选用r45 号钢正火，硬度为 162217HBS.由资料 ，按 MQ 等级查得：1=720MP =550MPlimHa2limHa=290MP =210MPliFliF3.1.2 齿面接触疲劳强度简化设计公式设计主要参数由设计公式476(u+1)uKTHa213 、两小齿轮传递的转矩= =9550 =9550 =26.531Tdnp140mN= =26.53 =221i 98.73. 05.63、两齿轮的初步传动比河南理工大学 2012 届毕业设计说明书（论文）18=2.3， =3.11i2i、齿宽系数取 =0.3a、载荷系数取 K=1.75、接触疲劳强度，许用应力 H= 取 S =1.1 代入式中得HlimSlim= =655MPa1.720= =500MPa2H.5因为 ，故应以 为计算依据12H将上述各值代入公式，计算所需的中心距：476(2.3+1) =101.42mm1a3.250.6713476(3.1+1) =148.05mm2 823分别取两级齿轮间的中心距为 =102mm、 =150mm12按经验公式选取模数=(0.0070.02) =(0.0070.02) 105=0.7142.04mm1nm1a=(0.0070.02) =(0.0070.02) 150=1.053mm22因此，根据资料 选取标准模数，高速级的一对齿轮的模数选为=2mm；低速级的一对齿轮扭矩大，为了增加齿轮的接触强度选取模数1n=2.5mm。 2m计算主要参数河南理工大学 2012 届毕业设计说明书（论文）19计算齿数Z = = =311)(21iman)13.2(0Z = i Z =2.3 31=722Z = = =293)1(2ian)1.3(50Z = i Z =3.1 29=9043传动比误差：i = i - =2.3- =2.26%2.5%112z7i = i - =2.9- =0.323%2.5%23490传动误差都小于 5%，故齿数合适。计算分度圆直径= =2 31=62mm1dnm1Z= =2 72=144mm22= =2.5 29=72.5mm3n3= =2.5 90=225mm4d24Z计算中心据= = =103mm1D216= = =148.75mm243d5.7计算齿宽b= =0.2 103=21a1Dmb =b+(410)=25 b =b=212mb = =0.2 148.75=30'a2河南理工大学 2012 届毕业设计说明书（论文）20b = b +(410) =34 b = b =303' m4'm故电动机主轴与镗削头主轴的中心距为= =103+148.75=251.75mmD21由资料 查得 Y112-2 型电动机的安装尺寸，并且根据 3.1 节轴的设计推测箱体尺寸，中心距 D=251.75 不合适，需要扩大齿数增加中心距，使得中心距 295mmD300mm.(注: )1H图 3-1 箱体的主要联系尺寸故调整齿数为：421Z9731Z964计算分度圆直径= =2 42=84mm1dnm1= =2 97=194mm22Z= =2.5 31=77.5mm3n3= =2.5 96=240mm4d24计算齿顶圆直径d = d +2h =1a1*namm828d = d +2h =2 1994d = d +2h =3ana* 55.7