X6132万能铣床主轴变速箱三维设计与仿真【说明书+CAD+SOLIDWORKS+仿真】
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X6132万能铣床主轴变速箱三维设计与仿真 摘要:铣床主轴变速箱作为铣床的重要组成部分,为主轴的不同转速进行切削提供了可能。 通过了解X6132万能铣床主轴变速箱相关参数,确定合理的传动方案,并对各级齿轮的强度和疲劳强度进行校核。然后利用CAD绘制轴和齿轮各零件的二维工程图。最后利用Solid Works三维建模并且进行运动仿真。并编写设计说明书。 关键词:X6132铣床;主轴变速箱;CAD;Solid Works;运动仿真X6132 milling machine spindle box 3D design and simulation Abstract: Milling spindle gearbox as an important part of the milling machine for different spindle speed cutting possible. By understanding X6132 milling spindle gearbox parameters, determine a reasonable transmission scheme, and the strength and fatigue strength of the gear at all levels will be checked. Then use the CAD drawing shafts and gears of the parts of the two-dimensional drawing. Finally, three-dimensional modeling Solid Works and motion simulation. And the preparation of design specifications. Keywords: X6132 milling machine;Main shaft transmission ; CAD;Solid Works;Motion simulation目 录摘要Abstract目录1. 概述11.1国内外机床的发展现状11.2 X6132万能铣床11.3 X6132万能铣床主要技术参数22. X6132万能铣床主轴变速箱设计42.1 X6132万能铣床传动系统设计42.2 X6132万能铣床齿轮设计82.3 X6132万能铣床各齿轮参数表123. X6132万能铣床主轴变速箱 CAD绘图133.1 CAD软件简介133.2 X6132万能铣床主轴变速箱图纸绘制133.3 X6132万能铣床主轴变速箱CAD图纸164. X6132万能铣床主轴变速箱三维建模184.1 Solid Works软件介绍184.2 Solid Works绘制传动轴三维建模184.3 Solid Works绘制齿轮三维建模224.4 Solid Works装配图三维建模264.5 Solid Works X6132万能铣床主轴变速箱总图三维建模305. X6132主轴变速箱运动仿真326. 总结37参 考 文 献38致 谢40IV1. 概述1.1 国内外机床的发展现状 从上世纪80 年代起铣床制造业进入了高速的发展时期,90年代中期,我国开始研发自动铣床,并新建了自动化铣床产业基地。所生产的主要是一些中低端的自动铣床。在国内由于价格优势,很快的到了普遍使用,为后来的进军中高端数控自动铣床铺平了道路。目前国产的一些中高端自动铣床和国外的一些先进的产品还是有较大的差距。2我国大部分数控机床产品依据在紧跟国际的步伐。1.2 X6132万能铣床 X6132万能铣床主要构造由床身、工作台,X轴电机,Y轴电机,Z轴电机。减速箱等基本分组成。其外形结构如下图所示。铣床结构图1.3 X6132万能铣床主要技术参数X6132万能铣床主要技术参数主要技术参数X6132工作台面尺寸mm320X1325工作台最大纵(横)向行程(手动|机动)mm700/680、255/240工作台最大垂向行程(手动|机动)mm320/300工作台最大回转角度45主轴中心线至工作台面距离mm30/350主轴转速级数18 steps主轴转速范围301500工作台进给量级数18 steps主电机功率kw7.5进给电机功率kw1.5机床外形尺寸mm2294X1770X1610机床重量(净重)kg2650/2950工作台纵(横)向进给速度mm/min10-1000(21级)工作台垂向进给速度mm/min33-333(21级)工作台纵(横)向快速进给速度mm/min2300工作台垂向快速进给速度mm/min766.6图1-8 铣床实物图2. X6132万能铣床主轴变速箱设计2.1 X6132万能铣床传动系统设计 X6132万能铣床电动机输入功率为7KW,转速为1440r/min。X6132万能铣床主轴传动流程如下图所示: X6132万能铣床主轴变速箱内有两个三联和一个二联的滑动齿轮,共有3*3*2=18种转速,最高转速为1500r/min,最低转速为30r/min。运动转速如下图所示:X6132万能铣床主轴变速箱传动比对应的齿轮数关系。如下图所示:传动比Z1Z2传动比Z1Z226/54265416/39163919/36193622/33223339/26392628/37283718/47184782/38823819/711971X6132万能铣床主轴变速箱在不同传动比下齿轮传递的扭矩计算:1.1440-(26/54)2.1440-26/54-(16/39,19/36,22/33)3.1440-26/54-16/39-(39/26,28/37,18/47)3.1440-26/54-19/36-(39/26,28/37,18/47)4.1440-26/54-22/-(39/26,28/37,18/47)5.1440-26/54-16/39-39/26-(82/38,19/71)6.1440-26/54-16/39-28/37-(82/38,19/71)7.1440-26/54-16/39-18/47-(82/38,19/71)8.1440-26/54-19/36-39/26(82/38,19/71)9.1440-26/54-19/36-28/37(82/38,19/71)10.1440-26/54-19/36-18/47(82/38,19/71)11.1440-26/54-22/33-39/26(82/38,19/71)12.1440-26/54-22/33-28/37(82/38,19/71)13.1440-26/54-22/33-18/47(82/38,19/71)2.2 X6132万能铣床齿轮设计 X6132万能铣床主轴变速箱各齿轮模数和齿宽计算,选用直齿圆柱齿轮,故选用7级精度(GB10095-88),材料选择小齿轮材料为40Cr(调质),硬度为280HBS;大齿轮材料为45钢(调质),硬度为240HBS。两者材料硬度差40HBS。按齿根弯曲强度设计:小齿轮的弯曲疲劳强度极限为;大齿轮的弯曲疲劳强度极限为: 计算弯曲疲劳许用应力,取弯曲疲劳安全系数S=1.4,得: 计算大、小齿轮的,并加以比较:1.取模数,计算齿轮齿宽:所以:Z1=26,模数M=3,齿宽B=40mm。 Z2=54,模数M=3,齿宽B=35mm。2.取模数,计算齿轮齿宽:所以:Z3=16,模数M=5,齿宽B=50mm。 Z4=39,模数M=5,齿宽B=45mm。3.取模数,计算齿轮齿宽所以:Z5=19,模数M=5,齿宽B=50mm。 Z6=36,模数M=5,齿宽B=45mm。4.取模数,计算齿轮齿宽:所以:Z7=22,模数M=5,齿宽B=50mm。 Z8=33,模数M=5,齿宽B=45mm。5.取模数,计算齿轮齿宽:所以:Z9=39,模数M=5,齿宽B=65mm。 Z10=26,模数M=5,齿宽B=60mm。6.取模数,计算齿轮齿宽:所以:Z11=28,模数M=5,齿宽B=70mm。 Z12=37,模数M=5,齿宽B=65mm。7.取模数,计算齿轮齿宽:所以:Z13=18,模数M=5,齿宽B=50mm。 Z14=47,模数M=5,齿宽B=45mm。8.取模数,计算齿轮齿宽:所以:Z15=82,模数M=6,齿宽B=115mm。 Z16=38,模数M=6,齿宽B=120mm。9.取模数,计算齿轮齿宽:所以:Z17=19,模数M=8,齿宽B=80mm。 Z18=71,模数M=8,齿宽B=75mm。2.3 X6132万能铣床各齿轮参数表X6132万能铣床各齿轮参数表ZZMBZ126340Z254335Z316550Z439545Z519550Z636545Z722550Z833545Z939565Z1026560Z1128570Z1237565Z1318550Z1447545Z15826115Z16386120Z1719880Z18718753. X6132万能铣床主轴变速箱 CAD绘图3.1 CAD软件简介 CAD(Computer Aided Drafting)诞生于60年代,目前cad制图软件是计算机辅助设计领域最流行的二维绘图软件。此软件功能强大、使用方便,在国内外广泛应用于机械、建筑等行业。73.2 X6132万能铣床主轴变速箱图纸绘制 第一步:设置绘图图层,图层相当于图纸绘图中使用的重叠图纸,通常情况下,我们会将图纸中的,粗实线,细实线,点画线,剖面线等等。将不同的线段进行分图层放置。具体操作如下图所示: 第二步:图层设置完成后就可以绘制总图了。使用CAD的绘图工具栏,进行图纸的绘制。绘图工具栏如下图所示:第三步:为图纸标注尺寸,打开CAD标注样式管理器设置标注样式。点击修改按钮,就会打开样式编辑的界面,可以对标注的线,符号和箭头,标注文字,标注单位,公差等参数进行设置。如下图所示: 第四步:标注行为公差,形位公差。行为公差的标注样式如下图所示,为了保证零件的加工精度必不可少的一部分。形位公差对话框。 第五步:为图纸标注表面粗糙度。 第六步:为图纸绘制技术参数表格。 第七步:为图纸添加技术要求。 第八步:标注序列号,使用CAD中绘图工具栏里面的序列号标注命令对图纸进行序列号标注。具体操作如下图所示:3.3 X6132万能铣床主轴变速箱CAD图纸(1)X6132万能铣床主轴变速箱三联齿轮(2)X6132万能铣床主轴变速箱输出轴(3)X6132万能铣床主轴变速箱传动总图4. X6132万能铣床主轴变速箱三维建模4.1 Solid Works软件介绍 Solid Works是Solid Works公司开发的三维应用软件,可进行三维建模、装配校验、运动仿真、有限元分析等功能。124.2 Solid Works绘制传动轴三维建模 X6132万能铣床主轴变速箱由一个输入轴和一个输出轴,三个中间轴组成。传动轴的三维模型绘制主要有两种办法一种是从右往左通过拉伸命令一段一段进行创建。另一种是通过旋转命令,先将的轴的截面整体绘制出来,通过一个选转命令一次就可以绘制完成。两种绘制方法无优劣之分,绘制时依据个人习惯即可。下面我们是用第一种方法进行绘制X6132万能铣床主轴变速箱的输入轴。(1)对输入轴进行分析。从下图可以看出输入轴从左到右按照直径的不同,可以分为八部分,可通过八次拉伸命令来创建。轴与齿轮通过平键连接,平键凹槽需要通过拉伸切除命令穿件。轴的最右侧与制动轮相连。缺口部分也需要同过拉伸切除命令穿件。(2)通过拉伸命令首先创建轴最左侧的输入部分,直径为39mm,长度60mm。(2.1)单击拉伸命令,选择草绘平面,进行草图绘制,绘制一个圆,直径为39mm。(2.2)单击完成草图绘制,Solid Work进去拉伸命令操作界面,输入拉伸长度为60mm。然后点击对勾,完成轴的第一段绘制。(3)重复使用拉伸命令,对轴的不同直径部分,从左到右依次进行绘制,直至到达轴的最右端。 通过八次拉伸命令创建完成后的轴的结构如下图所示:(4)轴的主体绘制完成后,同过拉伸切除命令进行键槽和尾部切口的创建。(4.1)单击拉伸切除命令,选择草绘平面,进行键槽的草图绘制。(4.2)单击完成草图绘制,Solid Works进去拉伸切除命令操作界面,输入拉伸切除长度为15mm。然后点击对勾,完成轴的键槽绘制。 同样使用拉伸切除命令多轴的尾部开口进行创建,完成后的结构如下图所示: 输入轴绘制完成后的结构形式如下图所示:4.3 Solid Works绘制齿轮三维建模Solid Works中齿轮的画法主要有两种,一种是是用渐开线准确的绘制齿轮,这种方法绘制的齿轮精准,主要用于齿轮的数控机厂加工。绘制渐开线齿轮,方法复杂要求绘制水平较高。另一种是使用Tool box插件进行齿轮绘制,这种方法简单快捷,常常用于运动模拟分析,不需要以齿轮三维图进行加工的场所。下面使用Tool box插件的方法进行齿轮绘制。(1)以高速输入轴第一个齿轮为例说明使用Tool box插件绘制齿轮的步骤。(2)添加Tool box插件,单击添加Tool box插件按钮,会出现下图中的插件添加界面。选择Tool box插件,在它的前面和后面打上对勾即可。 Tool box插件添加成功后,会在右边的操作面板处出现下图中的Tool box插件标志。 (3)依次展开Tool box插件,选择GB动力传动-齿轮-正齿轮,选中正齿轮,然后单击鼠标右键,选择生成零件。(4)Solid Works会进入Tool box绘制齿轮的截面,在左侧会要求输入齿轮的一些关键参数。我们这里的齿轮参数为:齿数z=26,模数M=3,齿宽 B=40mm,中间轴直径为40mm。将所有参数填写完毕后,单击对勾。(5)通过拉伸切除命令为齿轮创建键槽。键槽的深度可已选择拉伸中的完全贯穿命令,也可以输入一个大于齿轮厚度的一个数值。4.4 Solid Works装配图三维建模当X6132万能铣床主轴变速箱的所有单个零件绘制完成以后,就需要绘制整体装配图了。绘制装配图的目的是将整个零件组装起来,方便进行干涉检查,运行仿真,受力分析。在这里以第二个轴为例子说明Solid Works创建装配图的步骤。第二轴的装配结构形式如下图所示:(1)新建一个装配体。(2)将轴二需要装配的轴,齿轮,轴承,端盖,添加到装配体来。单击添加零件按钮,然后点击预览,找到需要添加的零件。具体操作如下图所示: 将部件一一放到装配体中,Solid Works默认第一个零件是固定的,其余为浮动的。如下图所示:(3)为零部件添加配合。首先添加同心配合。由于轴,齿轮,轴承,端盖他们都是同心放置的。所以将它们一一添加同心的约束。 同心约束添加完成后,样子如下图所示:轴,齿轮,轴承,端盖会处于同心的状态,它们位于同一条直线上。这时若使用Solid Works拖动功能是可以将它们进行左右拖动的,但零件始终处于同心的状态。(4)为了防止齿轮的左右移动,将零件固定到轴上某一位置,这时就需要继续给齿轮添加约束。下面将齿轮与轴的齿轮轴间相贴合。 首先单击添加约束按钮,选中齿轮的一个面,如下图所示,齿轮断面被选中以后,颜色会变为蓝色。 然后选择与齿轮断面相贴合的轴肩面,这是齿轮端面会自动与轴肩面进行贴合。最后单击对勾即可。这时若使用Solid Works拖动功时,齿轮就会紧紧与轴肩贴合,不会左右移动了。(5)重复上述命令,将剩余的约束添加完毕。装配完成后的结构形式如下图所示:4.5 Solid Works X6132万能铣床主轴变速箱总图三维建模 X6132万能铣床主轴变速箱三维模型进行装配完成以后的样的如下图所示:装配体之总图-三维建模装配体之总图-CAD5. X6132主轴变速箱运动仿真(1)打开Solid Works装配体,使用Solid Work进行运动仿真首先新建一个Solid Work运动算例。位置在软件的左下角。如下图所示:(2)打开Solid Work运动算例,操作面板在软件的下方,打开操作面板,如下图所示:(3)为旋转轴添加电机,电机操作面板的电机图标。如下图所示:(4)马达的操作面板如下图所示,可选择马达旋转方向,可输入马达旋转速度。(5)马达的操作面板如下图所示,马达添加完成后,在下方的控制面板会有相应的显示,也可以添加多个马达。(6)单击运算按钮,添加马达的旋转轴,就会按照我们设定的转速和旋转方向进行旋转。 可以通过操作面板的时间指针来控制运动仿真的时间。(7)单击保存按钮,可以将仿真的动画,保存为视频。如下图所示:6. 总结 光阴似箭,日月如梭。 转眼之间,大学4年精彩的生活就要结束了。回首大一,那个时候我们什么都不懂,对什么都充满着好奇。总觉得大学很轻松,不像高中那个时候整天埋头苦干一直学习。其实不然,在大学里我们要学习的也有很多。我们不仅要学习知识,还要学习如何在这个社会上生活。大学就是个小型社会,如果我们在大学里都处处碰壁如何在社会上立足呢?所以我们到了大学要更加努力学习。学习各种各样的知识来充实自己。使得自己在这四年的大学生活不会白白浪费。 毕业设计中的这3个月马上就要结束了。在这几个月的时间中,完成了从开题报告到设计计算及图纸绘制的任务。以前在课堂上所接受的主要是理论知识,实际操作机会少,对知识的理解受到限制。在这次毕业设计中,我实现了理论和实践的结合。毕业设计也接近尾声了,经过这么长的时间我的毕业设计终于完成了。在没接触毕业设计之前我单纯的以为就是把之前四年的知识总结一遍就能完成。可惜是我想的太简单了。毕业设计不仅是对以前知识的总结,还是对现在能力的提升。通过这次毕业设计我明白了许多,我要学习的东西还有很多。学无止境我应该更加的努力。而且通过这次的毕业设计,我和同学的关系更近了。在这个过程中他们给了我很多帮助,我非常感谢他们。并且我也懂得了在以后的生活里,应该多听一下别人的意见集思广益,这样才能做得更完美。 参 考 文 献1郑修本.机械制造工艺学.机械工业出版社,2012,032韩秋实.械制造技术基础.北京:机械工业出版社,2010 3王洪欣,李木,刘秉忠.机械设计工程学M.徐州;中国矿业大学出版社,2001.4唐大放,冯晓宁,杨现卿. 机械设计工程学M.徐州;中国矿业大学出版社,2001.5成大先.机械设计手则M.北京;化学工业出版社,2002.6寿楠椿,弹性薄板夸曲M.北京;高等出版社.1987.7李秀娟主编. Auto CAD绘图2008简明教程.北京:北京艺术与科学电子出版社.20098解璞等编著.AtuoCAD2007中文版电气设计教程.北京: 化学工业出版社,20079辛文彤.Solidworks2012中文版从入门到精通.人民邮电出版社, 2012,0 102008快乐电脑一点通编委会编著.中文版AtuoCAD2008辅助绘图与设计.北京:清华大学出版社.200811全国计算机信息高新技术考试教材编写委员会编写.AtuoCAD2002职业培训教程(中高级绘图员).北京:北京希望电子出版社.200412詹迪维.Solid Works高级应用教程(2012中文版).机械工业出版社,2012,0313 刘超峰,张功学,张淳,陈英.DVG850高速立式加工中心主轴箱灵敏度分析J.组合机床与自动化加工技术.2010(10).14于文景、李富群,现代化煤矿机械设备安装调试、运行监测、故障诊断、维护保养与标准规范全书M.北京:机械工业出版社,2003.15编委会,煤矿机械设备选型安装检修维护技术手册M.北京:机械工业出版社,2001.16秦大同.谢里阳.现代机械设计手册(第1卷).化学工业出版社,2011,0317孙开元.骆素君.常见机构设计及应用图例.化学工业出版社,2010,0718凌云.朱金生.机械设计实用机构运动仿真图解.电子工业出版社,2014,0119杨雪宝.机械制造装备与设计.西北工业大学出版社,2010.20 李国斌.机械设计基础.机械工业出版社出版,201021 吕建法,闫兵,王文芝.镗铣床有限元建模及其瞬态动力学分析J.机械工程师. 2012(12).22 任小星.BFK150/2镗铣床主轴夹紧装置的改造J.制造技术与机床.2016(02).23 刘超峰,张功学,张淳,陈英.DVG850高速立式加工中心主轴箱灵敏度分析J.组合机床与自动化加工技术.2010(10).24 张霄.机床主轴箱的固定联接及其结构方案设计D.大连理工大学2015.25 张乐平.面向重载数控车床的主轴箱结构优化D.南京航空航天大学2014.26 陆畅.重型数控车床主轴箱的分析及优化D.沈阳航空航天大学2014.27 梁东旭.球面车磨床主轴箱及其关键零件的有限元分析与优化D.兰州理工大学 2013.28 韩君.组合机床主轴箱智能设计系统的研究D. 河北农业大学 2012.29 谷玉芳.立式加工中心主轴箱的抗振特性研究和拓扑优化设计D.陕西科技大学 2012.30 徐青山.大型数控落地镗铣加工中心动态特性分析及主轴箱优化D.苏州大学 2013.致 谢毕业设计是我们学生道路上最后一段学习旅程,它要求我们对所学知识进行综合应用并实践了解,这是一种全方面的学习和提高的旅程。这对每一位学生的学习水平和思考能力及工作能力也是一种考验与培养,并且毕业设计的设计水平也映射出大学教育的水准,所以学校非常重视这环节,为此还强化了临近毕业的学生对毕业设计工作的指导和动员。在这大学4年的最后一段道路上只剩下了毕业设计这最后也是最重要的环节,在我看来毕业设计是我们步入社会参与实际工作的展示自我和发挥自我的一次机会,是对我们解决生活中难题的考验。所以在完成毕业设计的同时,我尽可能多的的把毕业设计和实际工作相结合,这样更有利于自己能力的提高。经历了将近三个月的时间我终于完成了我的毕业设计,在完成毕业设计的过程中遇到了许多的困难,都在吴淑芳老师和同学的帮助下完成了我的毕业设计。在这里我非常感谢我的毕业设计指导老师吴淑芳老师,她对我进行了无私的指导和帮助,不厌其烦的帮助我进行论文的修改和改进。并且感谢我的毕业设计中所涉及到的各位学者。40
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