XK100立式數(shù)控銑床主軸部件設(shè)計(jì),xk100,立式,數(shù)控,銑床,主軸,部件,設(shè)計(jì) 南通紡織職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書 年 月 日 學(xué) 生 姓 名 崔德友 專業(yè) 數(shù)控技術(shù)應(yīng)用 班級(jí) 04數(shù)控三 聯(lián)系方式 13615234012 指 導(dǎo) 教 師 施永輝 職稱 副教授 工作 單位 南通紡織職業(yè)技術(shù)學(xué)院 聯(lián)系方式： 電話及E-mail 13615201680 SYHui@nettc.edu.cn 設(shè)計(jì)（論文）題目：XK100立式數(shù)控銑床主軸部件設(shè)計(jì) 任務(wù)、目的與要求： 了解公司原來數(shù)控銑床的結(jié)構(gòu)，在原有的基礎(chǔ)上對(duì)主軸部件進(jìn)行重新設(shè)計(jì)。主軸要達(dá)到的性能：轉(zhuǎn)速為40r/min～4000r/min，換刀時(shí)間為0.6s；根據(jù)典型的切削工藝求得主軸需要的切削功率，根據(jù)切削功率與主運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)鏈的總效率η確定機(jī)床傳動(dòng)的功率Ｐ=5.4 KW，然后，根據(jù)機(jī)床傳遞的功率Ｐ來選擇電機(jī)的類型。為了滿足主軸的轉(zhuǎn)速要求，選擇合適的傳動(dòng)比和軸承。 參考資料： 1 孔凌嘉、王曉力主編. 機(jī)械設(shè)計(jì). 北京理工大學(xué)出版社， 2 文杯興主編.數(shù)控銑床設(shè)計(jì). 化學(xué)工業(yè)出版社，2006 3 王愛玲主編. 現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床.國防工業(yè)出版社，2003 4 王文斌主編. 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)新版第2卷及第三卷.機(jī)械工業(yè)出版社， 5 陳心昭主編．現(xiàn)代適用機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)．機(jī)械出版社,2006 進(jìn)度安排： 自 07 年 2月 28 日起至 07 年 6 月1 日止，共計(jì) 13 周。具體安排如下： 1、調(diào)研、搜集資料，論文提綱或設(shè)計(jì)方案確定 2 月 28 日—— 3 月20日 2、完成論文初稿或初步設(shè)計(jì)，通過第二次檢查 3 月21日——5月10日 3、修改并完善畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文），通過第三次檢查，定稿、裝訂 5月31 日 4、通過畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）審核，準(zhǔn)備答辯 6 月 2 日 教研室審核 教學(xué)系審核 南通紡織職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）過程檢查情況記錄表 學(xué)生姓名：崔德友 學(xué)號(hào)：04273315所在系：機(jī)電系 班級(jí)： 04數(shù)控三 題目：XK100立式數(shù)控銑床主軸部件設(shè)計(jì) 指導(dǎo)老師：施永輝 檢查指導(dǎo)順序 檢查指導(dǎo)內(nèi)容 檢查指導(dǎo)意見 指導(dǎo)教師 簽 名 檢查指導(dǎo) 日 期 第一次 （開題檢查） 檢查學(xué)生的設(shè)計(jì)開題方案或論文提綱，并對(duì)是否同意開題提出意見 第二次 （初稿檢查） 審閱學(xué)生論文初稿或初步設(shè)計(jì)，提出修改意見 第三次 （論文設(shè)計(jì) 完善） 審閱學(xué)生完成的設(shè)計(jì)（論文）對(duì)二稿提出修改、完善意見 第四次 （正稿核定） 審核學(xué)生的設(shè)計(jì)（論文）正稿，提出定稿意見 南通紡織職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)論文開題報(bào)告書 2006—2007學(xué)年 機(jī)電系 數(shù)控技術(shù) 專業(yè) 學(xué) 號(hào) 04273315 姓 名 崔德友 專 業(yè) 數(shù)控技術(shù) 企業(yè)導(dǎo)師 馬海波 學(xué)校導(dǎo)師 施永輝 開題日期 2007.3.9 填表日期 2007年3月9日  畢業(yè)論文題目 XK100立式數(shù)控銑床主軸部件設(shè)計(jì) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的內(nèi)容和要求 數(shù)控機(jī)床集計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子技術(shù)、自動(dòng)控制、傳感測(cè)量、機(jī)械制造、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)于一體，是典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品，他的發(fā)展和運(yùn)用，開創(chuàng)了制造業(yè)的新時(shí)代，數(shù)控技術(shù)水平的高低已成為衡量一個(gè)國家制造業(yè)現(xiàn)代化程度的核心標(biāo)志，他實(shí)現(xiàn)加工機(jī)床及生產(chǎn)過程數(shù)控化，已成為當(dāng)今制造業(yè)的發(fā)展方向。數(shù)控銑床主軸部件是傳動(dòng)系統(tǒng)中最重要的結(jié)構(gòu)。本文根據(jù)公司生產(chǎn)加工需要改裝一臺(tái)銑床,并對(duì)主軸部件進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，要求主軸達(dá)到的技術(shù)要求：轉(zhuǎn)速范圍40r/min—4000r/min，自動(dòng)換刀時(shí)間0.6s，根據(jù)典型的切削工藝可以求得主軸所傳遞的功率為5.4KW。XK100銑床采用無級(jí)加有級(jí)的變速，為了能夠滿足主軸的轉(zhuǎn)速要求選擇合適的傳動(dòng)比和交流調(diào)頻電機(jī)。主軸的變速靠離合器的得電和失電選擇齒輪的嚙合，實(shí)現(xiàn)增速傳動(dòng)或減速傳動(dòng)，最終使得主軸能夠獲得最高轉(zhuǎn)速4000r/min。 內(nèi)容包括 ： 1、電機(jī)的選擇 2、軸類零件的設(shè)計(jì) 3、齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)與計(jì)算 4、軸承的設(shè)計(jì)與計(jì)算 5、圓弧齒同步帶的設(shè)計(jì) 6、碟形彈簧的設(shè)計(jì) 7、拉桿的設(shè)計(jì) 8、拉抓和打刀缸的選擇 論文包括設(shè)計(jì)圖紙、設(shè)計(jì)說明書、電子文檔各一份 課題的研究思路和方法、工作方案 通過對(duì)數(shù)控銑床的拆裝和測(cè)繪，熟悉了數(shù)控銑床傳動(dòng)系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)。查閱相關(guān)資料，了解銑床主軸部件的設(shè)計(jì)方法，對(duì)主軸、軸承、齒輪、帶輪彈簧等部件進(jìn)行了設(shè)計(jì)。 對(duì)設(shè)計(jì)內(nèi)容進(jìn)行歸納、整理，完成圖紙、畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書及相關(guān)文檔。  畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）進(jìn)度計(jì)劃 起訖日期 工作內(nèi)容 備 注 2007.2.27-2007.3.5 2007.3.6-2007.3.9 2007.3.10-2007.3.13 2007.3.14-2007.3.25 2007.3.26-2007.4.10 2007.4.11-2007.4.25 2007.4.26-2007.5.2 2007.5.3-2007.5.22 2007.5.23-2007.5．27 搜集資料，確定論文的題目 確定題目：XK100立式數(shù)控銑床主軸部件的設(shè)計(jì) 完成開題報(bào)告 拆裝和測(cè)繪銑床主軸部件，熟悉銑床傳動(dòng)部件的基本結(jié)構(gòu) 完成電機(jī)的選擇和軸類零件的設(shè)計(jì)，并畫出軸的零件圖． 完成齒輪、帶輪和蝶形彈簧的設(shè)計(jì)，并畫出齒輪的零件圖。 完成打刀缸、拉抓的選擇和傳動(dòng)系統(tǒng)的潤(rùn)滑方式，同時(shí)完成裝配圖。 完成論文的初稿 對(duì)論文的初稿進(jìn)行修改，完善零件的設(shè)計(jì)方案，最終定稿。 完善畢業(yè)論文，準(zhǔn)備答辯  其它 參考文獻(xiàn) 1 孔凌嘉、王曉力主編. 機(jī)械設(shè)計(jì). 北京理工大學(xué)出版社， 2 文杯興主編.數(shù)控銑床設(shè)計(jì). 化學(xué)工業(yè)出版社，2006 3 王愛玲主編. 現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床.國防工業(yè)出版社，2003 4 王文斌主編. 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)新版第2卷及第三卷.機(jī)械工業(yè)出版社， 5 陳心昭主編．現(xiàn)代適用機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)．機(jī)械出版社,2006 二O O七屆南通紡院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 目 錄 第一章 數(shù)控銑床的介紹……………………………………………… 4 1.1 數(shù)控銑床的主要功能…………………………………………… 4 1.2 數(shù)控銑床的主要特點(diǎn)…………………………………………… 5 第二章 總體設(shè)計(jì)方案………………………………………………… 7 第三章 電機(jī)的選擇…………………………………………………… 7 3.1 確定主軸傳動(dòng)功率……………………………………………… 7 3.2 電機(jī)的選擇……………………………………………………… 8 3.3 主軸的變速過程………………………………………………… 9 第四章　軸類零件的設(shè)計(jì)…………………………………………… 10 4.1 軸的設(shè)計(jì)概述………………………………………………… 10 4.2 主軸主要結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定……………………………………… 10 4.3 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)…………………………………………………… 13 4.4 主軸剛度的計(jì)算………………………………………………… 15 第五章 齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)與計(jì)算…………………………………………17 5．1主要參數(shù)的選擇……………………………………………………17 5.2 齒輪的設(shè)計(jì)與計(jì)算…………………………………………………17 第六章 軸承的設(shè)計(jì)與計(jì)算…………………………………………… 20 6.1 軸承當(dāng)量動(dòng)載荷的計(jì)算……………………………………………20 6.2 驗(yàn)算兩軸承的壽命………………………………………………… 22 第七章 圓弧齒同步帶的設(shè)計(jì)……………………………………… 22 7.1 確定圓弧齒同步帶的基本參數(shù)……………………………………22 7.2 確定帶的中心距……………………………………………………23 7.3 選擇帶的類型………………………………………………………24 第八章 碟形彈簧的設(shè)計(jì)……………………………………………… 25 8.1 碟形彈簧的結(jié)構(gòu)尺寸………………………………………………25 8．2 彈簧的許用應(yīng)力和疲勞極限…………………………………… 26 8．3 碟形彈簧的設(shè)計(jì)與計(jì)算………………………………………… 27 8.4 碟形彈簧的校核 ……………………………………………………28 第九章 拉桿的設(shè)計(jì)………………………………………………………30 9.1 確定拉桿的直徑 ……………………………………………………30 9.2 確定拉桿的長(zhǎng)度…………………………………………………… 30 第十章 拉抓和打刀缸的選擇………………………………………… 31 10.1 拉抓的選擇…………………………………………………………31 10.2 打刀缸的選擇…………………………………………………… 31 小結(jié)…………………………………………………………………………… 32 參考文獻(xiàn)………………………………………………………………………33 [摘要］ 本文根據(jù)公司生產(chǎn)加工需要改裝一臺(tái)銑床, 主要用于銑削平面和鉆孔，對(duì)主軸部件進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，但仍要用原來的主軸箱，要求主軸的轉(zhuǎn)速范圍為40r/min—4000r/min，查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)確定典型的切削工藝可以求得主軸的切削功率為4.3KW，根據(jù)切削功率與主運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)鏈的總效率η確定機(jī)床傳動(dòng)的功率Ｐ=5.4 KW，然后，根據(jù)機(jī)床傳遞的功率Ｐ來選擇電機(jī)的類型。為了滿足主軸的轉(zhuǎn)速要求，選擇合適的傳動(dòng)比和軸承。 [關(guān)鍵詞] 銑床 主軸 設(shè)計(jì) 校核 第一章 數(shù)控銑床的介紹 數(shù)控機(jī)床集計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子技術(shù)、自動(dòng)控制、傳感測(cè)量、機(jī)械制造、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)于一體，是典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品，他的發(fā)展和運(yùn)用，開創(chuàng)了制造業(yè)的新時(shí)代，數(shù)控技術(shù)水平的高低已成為衡量一個(gè)國家制造業(yè)現(xiàn)代化程度的核心標(biāo)志，他實(shí)現(xiàn)加工機(jī)床及生產(chǎn)過程數(shù)控化，已成為當(dāng)今制造業(yè)的發(fā)展方向。數(shù)控銑床是一種加工功能很強(qiáng)的數(shù)控機(jī)床，目前迅速發(fā)展起來的加工中心、柔性加工單元都是在數(shù)控銑床、數(shù)控鏜床的基礎(chǔ)上產(chǎn)生的，兩者都離不開銑削方式。由于數(shù)控銑削工藝最復(fù)雜，需要解決的技術(shù)問題也最多，因此人們?cè)谘芯亢烷_發(fā)數(shù)控系統(tǒng)及自動(dòng)編程語言的軟件時(shí)，也一直把銑削加工作為重點(diǎn)。 1.1 數(shù)控銑床的主要功能 數(shù)控銑床可以分為立式、臥式和立臥兩用式數(shù)控銑床，數(shù)控銑床的應(yīng)用越來越廣泛，主要具有下列功能： 1、點(diǎn)位控制功能 利用這一功能，數(shù)控銑床可以進(jìn)行只需要作點(diǎn)位控制的磚孔、擴(kuò)孔、忽孔、鉸孔和鏜孔等加工。 2、連續(xù)輪廓控制功能 數(shù)控銑床通過直線和圓弧插補(bǔ)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)刀具運(yùn)動(dòng)軌跡的連續(xù)輪廓控制，加工出由直線和圓弧兩種幾何要素構(gòu)成的平面輪廓工件。對(duì)非圓曲線（橢圓、拋物線、雙曲線等二次曲線及對(duì)數(shù)螺旋線、阿基米德螺旋線和列表曲線等）構(gòu)成的平面輪廓，在經(jīng)過直線或圓弧逼近后也可以加工。除此之外，還可以加工一些空間曲面。 3、刀具半徑自動(dòng)補(bǔ)償功能 使用這一功能，在編程時(shí)可以很方便地按工件實(shí)際輪廓形狀和尺寸進(jìn)行編程計(jì)算，而加工中可以使刀具中心自動(dòng)偏離工件輪廓一個(gè)刀具半徑，加工出符合要求的輪廓表面。也可以利用該功能，通過改變刀具半徑補(bǔ)償量的方法來彌補(bǔ)銑刀制造的尺寸精度誤差，擴(kuò)大刀具直徑選用范圍及刀具返修刃磨的允許誤差。 4、刀具長(zhǎng)度補(bǔ)償功能 利用該功能可以自動(dòng)改變切削平面高度，同時(shí)可以降低在制造與返修時(shí)對(duì)刀具長(zhǎng)度尺寸的精度要求，還可彌補(bǔ)軸向?qū)Φ墩`差。 5、鏡像加工功能 鏡像加工也稱為軸對(duì)稱加工。對(duì)于一個(gè)軸對(duì)稱形狀的工件來說，利用這一功能，只要編出一半形狀的加工程序就可完成全部加工了。 6、固定循環(huán)功能 利用數(shù)控銑床對(duì)空進(jìn)行鉆、擴(kuò)、鉸、鍃和鏜加工時(shí)，加工的基本動(dòng)作是：刀具無切削快速到達(dá)孔位—慢速切削進(jìn)給—快速退回。對(duì)于這種典型化動(dòng)作，可以專門設(shè)計(jì)一段程序（子程序）在需要的時(shí)候進(jìn)行掉用來實(shí)現(xiàn)上述加工循環(huán)，特別是在加工許多相同的孔時(shí)，應(yīng)用固定循環(huán)功能可以大大簡(jiǎn)化程序。 1.2 數(shù)控銑床的主要特點(diǎn) 1、高柔性及工序復(fù)合化 數(shù)控銑床具有柔性（可變性）高和工序復(fù)合化的特點(diǎn)。所謂“柔性”即靈活、通用和萬能性，可以適應(yīng)加工不同形狀工件的自動(dòng)化機(jī)床。數(shù)控銑床的發(fā)展已經(jīng)模糊了粗、精加工工序的概念，打破了傳統(tǒng)的工序界限和分開加工的工藝規(guī)程，可最大限度地提高設(shè)備利用率。 數(shù)控銑床一般都能完成鉆孔、鏜孔、鉸孔、銑平面、銑斜面、銑槽、銑曲面（凸輪）、攻螺紋等加工。而且，一般情況下，可以在一次裝夾中，完成所需的加工工序。 2、加工精度提高 目前數(shù)控裝置的脈沖當(dāng)量（即每發(fā)出一個(gè)脈沖后滑板的移動(dòng)量）一般為0.001mm。高精度的數(shù)控系統(tǒng)可達(dá)0.0001mm，一般情況下可以保證工件的加工精度。另外，數(shù)控加工可避免工人的操作誤差，一批加工工件的尺寸同一性比較好（包括工件的主要尺寸和倒角等尺寸的同一性），而且還可以利用軟件進(jìn)行精度校正和補(bǔ)償，大大提高了產(chǎn)品質(zhì)量。 3。、生產(chǎn)效率高 零件加工所需要的時(shí)間包括機(jī)動(dòng)時(shí)間和輔助時(shí)間量部分。數(shù)控銑床能夠有效的減少這量部分時(shí)間，因而加工生產(chǎn)率比一般銑床高得多。良好的結(jié)構(gòu)剛性允許數(shù)控銑床大切削用量的強(qiáng)力切削，有效的節(jié)省了機(jī)動(dòng)時(shí)間。數(shù)控銑床移動(dòng)部件的快速移動(dòng)和定位采用了加速和減速措施，因而選用了很高的空行程運(yùn)動(dòng)速度，消耗在快進(jìn)、快退和定位的時(shí)間要比一般銑床少的多。 數(shù)控銑床的主軸轉(zhuǎn)速和進(jìn)給量都是無級(jí)變速的。因此，有利于選擇最佳切削用量。 4、減輕操作者的勞動(dòng)強(qiáng)度 數(shù)控銑床對(duì)零件加工是按事先編好的程序自動(dòng)完成的。操作者除了操作鍵盤、裝卸工件和中間測(cè)量及觀察機(jī)床運(yùn)動(dòng)外，不需要進(jìn)行繁重的重復(fù)性手工操作，可大大減輕勞動(dòng)強(qiáng)度。 由于數(shù)控銑床具有以上獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，因此數(shù)控銑床已成為機(jī)械制造業(yè)的主要設(shè)備。但是，數(shù)控銑床的編程操作比較復(fù)雜，對(duì)編程人員的素質(zhì)要求較高。否則很難發(fā)揮數(shù)控銑床的作用。 本文根據(jù)公司生產(chǎn)加工需要改裝一臺(tái)銑床,主要用于銑削平面和鉆孔，對(duì)主軸部件進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，但仍要用原來的主軸箱，要求主軸的轉(zhuǎn)速范圍為40r/min—4000r/min，查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)確定典型的切削工藝可以求得主軸的切削功率為5.4KW，根據(jù)切削功率與主運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)鏈的總效率η確定機(jī)床傳動(dòng)的功率Ｐ，然后，根據(jù)機(jī)床傳遞的功率Ｐ來選擇電機(jī)的類型。為了滿足主軸的轉(zhuǎn)速要求，選擇合適的傳動(dòng)比和軸承。 第二章 總體設(shè)計(jì)方案 XK100立式數(shù)控銑床要達(dá)到的技術(shù)要求：主軸轉(zhuǎn)速40 r/min～4000r/min，換刀時(shí)間0.6s，換刀的時(shí)間靠打刀缸的性能來保證。工作臺(tái)的行程1000×500，工作臺(tái)所加工零件的類型為鋁件和一些鋼件。主軸采用BT50、的刀柄和拉抓。 XK100立式數(shù)控銑床具有加工中心的特點(diǎn)，能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)換刀，自動(dòng)變速，變速方法采用無級(jí)變速加有級(jí)變速。無級(jí)變速采用交流變頻調(diào)速電機(jī)，實(shí)現(xiàn)兩極變速，變速過程中齒輪的嚙合通過離合器的得電和失電來實(shí)現(xiàn)。為了滿足主軸的轉(zhuǎn)速要求選擇帶輪的傳動(dòng)比為2，減速傳動(dòng)；齒輪的傳動(dòng)比為1.78，兩對(duì)齒輪嚙合，一對(duì)齒輪實(shí)現(xiàn)增速傳動(dòng)，另一對(duì)實(shí)現(xiàn)減速傳動(dòng)。 XK100立式數(shù)控銑床主軸部件的設(shè)計(jì)主要有軸以及軸上零件、拉桿的設(shè)計(jì)，選擇合適的電機(jī)，滿足切削時(shí)的功率要求，選擇電機(jī)時(shí)根據(jù)典型切削工藝求得切削是需要的功率；打刀缸的選擇，首先根據(jù)換刀所要達(dá)到的時(shí)間，其次，根據(jù)碟形彈簧拉緊刀柄的力，打刀缸動(dòng)作是所產(chǎn)生的力應(yīng)稍大于彈簧的拉緊力。 第三章 電機(jī)的選擇 現(xiàn)在的數(shù)控銑床能夠?qū)崿F(xiàn)無級(jí)變速或無級(jí)變速加有級(jí)變速，數(shù)控銑床一般都采用由直流或交流調(diào)速電動(dòng)機(jī)作為驅(qū)動(dòng)的電氣無級(jí)調(diào)速。由于數(shù)控銑床的運(yùn)動(dòng)調(diào)速范圍較大，單靠調(diào)速電機(jī)無法滿足這么大的調(diào)速范圍，另一方面調(diào)速電機(jī)的功率扭矩特性也難于直接與機(jī)床的功率和轉(zhuǎn)矩要求相匹配。因此，數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)變速系統(tǒng)常常在無級(jí)變速電機(jī)之后串聯(lián)機(jī)械有級(jí)變速傳動(dòng)，以滿足機(jī)床要求的調(diào)速范圍和轉(zhuǎn)矩特性。 3.1 確定主軸傳動(dòng)功率 數(shù)控銑床的加工范圍一般都比較大，所傳動(dòng)的額定功率可以根據(jù)典型切削工藝的情況計(jì)算，根據(jù)設(shè)計(jì)的銑床主要的加工范圍，查機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)確定如下典型加工工藝：用高速剛圓柱平刀銑削灰鑄鐵工件平面，刀具直徑D=100mm，刀齒數(shù)為10，工件材料為HT200，硬度190HBS，切削速度=23.5m／min，進(jìn)給速度為160mm／min，背吃刀量＝5mm，切寬為75mm。 由公式 　　　 = 計(jì)算得=1200r／min 則每齒進(jìn)給量　?。剑剑?.013mm 根據(jù)典型切削工藝公式： P切＝2.8×···B··· 式中： t—切削厚度，即被吃刀量（mm） —每齒進(jìn)給量（mm） B—切削寬度（mm） Z—刀齒數(shù) HB—材料硬度 代入數(shù)值得 P切=2.8××5×0.013×75×10×1200× =4300W=4.3KW 主傳動(dòng)的總效率一般可取為η=0.70～0.85,數(shù)控機(jī)床的主傳動(dòng)多用調(diào)速電機(jī)和有限的機(jī)械變速傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)，傳動(dòng)鏈較短，因此效率可取較大值，由此可求得主軸傳遞的功率為 P===5.4kw 3.2 電機(jī)的選擇 現(xiàn)在數(shù)控機(jī)床常用直流電動(dòng)機(jī)和交流調(diào)頻電機(jī)兩種。目前，中小型數(shù)控機(jī)床中，交流調(diào)頻電機(jī)已占優(yōu)勢(shì)，有取代直流電機(jī)之勢(shì)。本文所設(shè)計(jì)的銑床采用交流調(diào)頻電機(jī)調(diào)節(jié)電源頻率來達(dá)到調(diào)速的目的，額定轉(zhuǎn)速常為1500r／min，如圖1-1所示是變速電機(jī)的功率特性。從額定轉(zhuǎn)速到最高轉(zhuǎn)速的區(qū)域Ⅰ為恒功率區(qū)，從最低轉(zhuǎn)速至的區(qū)域Ⅱ?yàn)楹戕D(zhuǎn)矩區(qū)。 圖 3-1 變速電動(dòng)機(jī)的功率特性 在設(shè)計(jì)數(shù)控銑床主傳動(dòng)時(shí)，必須考慮電機(jī)與機(jī)床主軸功率特性匹配問題。由于主軸要求的恒功率變速范圍遠(yuǎn)大于電機(jī)的恒功率變速范圍，所以在電機(jī)與主軸之間要串聯(lián)一個(gè)分級(jí)變速箱，以擴(kuò)大其功率調(diào)速范圍，滿足低速大功率切削時(shí)對(duì)電機(jī)的輸出功率要求。為了簡(jiǎn)化變速箱結(jié)構(gòu)，變速級(jí)數(shù)應(yīng)少些，變速箱公比可取大于電機(jī)的恒功率調(diào)速范圍，即〉。這時(shí)，變速箱每擋內(nèi)有部分低轉(zhuǎn)速只能恒轉(zhuǎn)矩變速，主傳動(dòng)系統(tǒng)功率特性圖中出現(xiàn)“缺口”，稱之功率降低區(qū)。使用“缺口”范圍內(nèi)的轉(zhuǎn)速時(shí)，為限制轉(zhuǎn)矩過大，得不到電動(dòng)機(jī)輸出的全部功率。為保證缺口處的輸出功率，電動(dòng)機(jī)的功率應(yīng)相應(yīng)的增大。為了滿足主軸傳遞5.4kw，最高轉(zhuǎn)速4000r／min的要求，選擇上海富田電機(jī)生產(chǎn)的IAG系列變頻調(diào)速專用感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，其型號(hào)為ＩＡＧ132M—1500—7.5。 其中：IAG—系列代號(hào) 132—極座號(hào)（中心高） M—機(jī)座長(zhǎng)度代號(hào)，有S、M、L三種類型 1500—基本轉(zhuǎn)速（單位：r／min） 7.5—額定功率（單位：kw） 電機(jī)在60—1500r／min內(nèi)，實(shí)現(xiàn)恒扭矩輸出，在1500—4500r／min內(nèi)實(shí)現(xiàn)恒功率輸出；最高轉(zhuǎn)速可以達(dá)到6000r／min，當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到6000 r／min，扭矩特性不好，因此一般情況下轉(zhuǎn)速只達(dá)到4500r／min 3.3 主軸的變速過程 為了實(shí)現(xiàn)數(shù)控銑床的無級(jí)變速，采用交流調(diào)頻電機(jī)，本文所設(shè)計(jì)的銑床所選擇的電機(jī)需要實(shí)現(xiàn)兩級(jí)變速，當(dāng)通電時(shí)離合器脫離，小齒輪和大齒輪嚙合，實(shí)現(xiàn)增速傳動(dòng)；當(dāng)轉(zhuǎn)速下降到電機(jī)的計(jì)算轉(zhuǎn)速時(shí)，離合器吸合，大齒輪和小齒輪嚙合，實(shí)現(xiàn)增速傳動(dòng)。 第四章　軸類零件的設(shè)計(jì) 主軸部件是機(jī)床實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的執(zhí)行件，是機(jī)床上的一個(gè)重要部件。主軸部件由主軸、主軸支承和安裝在主軸上的傳動(dòng)件、密封件等組成，對(duì)于銑床主軸部件還有拉桿和拉抓。 4.1 軸的設(shè)計(jì)概述 軸是主成機(jī)械的一個(gè)重要零件，它支承其它回轉(zhuǎn)件并傳遞轉(zhuǎn)矩，同時(shí)它又通過軸承和支架連接，所有軸上零件都圍繞軸心線做回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，形成一個(gè)以軸為基準(zhǔn)的锝組合體—軸系部件，所以在軸的設(shè)計(jì)中不能只考慮軸的本身，還必須和軸系零件的整個(gè)結(jié)構(gòu)密切聯(lián)系起來。 軸設(shè)計(jì)的特點(diǎn)：在軸系零部件的具體結(jié)構(gòu)未確定之前，軸上力的作用點(diǎn)和支點(diǎn)間的跨距無法精確的確定，故彎距大小和分布情況不能求出，因此在軸的設(shè)計(jì)中必須把軸的強(qiáng)度計(jì)算和軸系零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)交錯(cuò)進(jìn)行，邊畫圖，邊計(jì)算，邊修改。 4.2 主軸主要結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定 　主軸的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)有：主軸前、后軸頸D1和D2，主軸內(nèi)孔直徑d，主軸前端懸伸量a和主軸主要支撐間的跨距L。這些參數(shù)直接影響主軸旋轉(zhuǎn)精度和主軸的剛度。 4.2.1 主軸最小直徑的估算 當(dāng)數(shù)值上時(shí)，可按扭轉(zhuǎn)剛度估算最小軸徑，即： ……………………………………………(1) 式中：d—主軸的最小直徑（cm） P—主軸傳遞的功率(kw)，前面已算出P=5.4kw —主軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速(r/min)，前面已給出=160r/min 代人數(shù)值得：d≥11×=11×0.4=4.4cm 取主軸的最小直徑=45mm，最小直徑本應(yīng)該是后軸頸，但是考慮到軸承的軸向固定采用鎖緊螺母，應(yīng)留鎖緊螺母的位置?？紤]到軸上裝軸承，有配合要求，應(yīng)將后軸頸的直徑圓整到標(biāo)準(zhǔn)直徑，同時(shí)要考慮到選擇軸承的類型，因此選擇后軸頸的直徑=50， 4.2.2 主軸內(nèi)孔直徑d及拉桿直徑的確定 主軸內(nèi)孔直徑與機(jī)床的類型有關(guān)，主要用來通過棒料、拉桿、鏜桿或頂出頂尖等，銑床主要用于通過拉桿和拉抓，確定孔徑的原則是：為減輕主軸重量在滿足上述工藝要求及不削弱主軸剛度的前提下，盡量取較大值，孔徑d對(duì)主軸剛度的影響影響是通過抗彎截面慣性矩而體現(xiàn)的，即主軸本身的剛度正比于抗彎截面慣性矩，其關(guān)系式為 Ｉ空/Ｉ實(shí)＝＝１－ 根據(jù)上式可繪制出主軸孔徑對(duì)主軸剛度影響曲線，如圖4-1 D—主軸平均直徑，d—主軸平均孔徑，—直徑為Ｄ實(shí)心主軸剛度 ， —直徑為Ｄ，孔徑為d的空心軸的剛度。 圖4-1 主軸孔徑對(duì)主軸剛度影響曲線 由圖4-1知：當(dāng)d／Ｄ≤0.5時(shí)，內(nèi)孔d對(duì)主軸剛度幾乎無影響，通常取孔徑d的極限值＜0.7D。此時(shí)Ｉ空＞0.75Ｉ實(shí)，即剛度消弱量小于25%，若孔徑再大主軸剛度急劇下降，一般銑床主軸孔徑d可比刀具拉桿直徑大5～10mm。 由于機(jī)床使用場(chǎng)合多種多樣，為了適應(yīng)加工工藝及刀具特點(diǎn)，機(jī)床工具行業(yè)已經(jīng)開發(fā)了多種軸端結(jié)構(gòu)，并已形成專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，銑床常用的主軸端部結(jié)構(gòu)前端帶有7:24的錐孔.供插入銑刀尾部錐柄定位,，拉桿從主軸后端拉緊刀具，常用的是BT—50刀柄，因此我們采用BT—50的外螺紋拉抓，查資料知BT—50拉抓外螺紋的尺寸為M22×P1.5，所以拉桿前端必須是M22的內(nèi)螺紋，為了滿足拉桿的剛性要求，取拉桿的直徑為φ28mm，根據(jù)拉桿的直徑確定主軸內(nèi)孔的最小直徑為φ32即可. 4.2.3 主軸前端懸伸量的確定 主軸前端懸伸量a是指主軸前端面到前軸承徑向支反力作用中點(diǎn)（或前徑向支承中點(diǎn)）的距離。它主要取決于主軸端部結(jié)構(gòu)、前支承軸承和密封裝置的形式和尺寸，由結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)確定。由于前端懸伸量對(duì)主軸部件的剛度、抗振性影響很大，變形量與a的二次方或三次方成正比例關(guān)系。，因此在滿足結(jié)構(gòu)要求的前提下，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量縮短該懸伸量。 在確定主軸前端懸伸量時(shí)應(yīng)該滿足以下結(jié)構(gòu)要求：主軸前端要留有裝切削液噴頭的位置；軸承的寬度B=27；軸承擋環(huán)的厚度b=8；主軸下支承的安裝位置以及軸肩的寬度。 4.2.4 主軸支承跨距L的確定 合理確定主軸主要支承間的跨距L，是獲得主軸部件最大靜剛度的重要條件之一。支承跨距過小，主軸的彎曲變形固然較小，但因支承變形引起主軸前軸端的位移量增大；反之，支承跨距過大，支承變形引起主軸前軸端的位移量盡管減小了，但主軸的彎曲變形增大，也會(huì)引起主軸前端較大的位移。因此存在一個(gè)最佳跨距，在該跨距時(shí)，因主軸彎曲變形和支承變形引起主軸前軸端的總位移量為最小。一般取=（2～3.5），本文所設(shè)計(jì)的主軸暫取L=2.5a=360，但是實(shí)際結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，由于結(jié)構(gòu)上的原因，以及支承剛度因磨損會(huì)不斷降低，主軸主要支承間的實(shí)際跨距L往往大于最佳跨距。 4.2.5 計(jì)算主軸傳遞的扭矩 根據(jù)電機(jī)的扭矩—功率特性圖知，當(dāng)主軸的轉(zhuǎn)速為基準(zhǔn)轉(zhuǎn)速時(shí)所傳遞的扭矩最大，即n=n=1500r/min，則 =9.55×10=9.55×10=3.438×10N 4.2.6 選擇軸的材料和熱處理方法 選擇軸的材料為40Cr，，經(jīng)調(diào)質(zhì)處理, 其機(jī)械性能有設(shè)計(jì)手冊(cè)查得 =700Mpa，=500Mpa，=185Mpa 查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)得[]=190Mpa 4.2.7 初選軸承 本文所設(shè)計(jì)的銑床主要用于銑削平面和打孔，軸承承受徑向載荷，還承受不大的軸向載荷，故選擇單列圓錐滾子軸承背對(duì)背的組合。根據(jù)工作要求及后軸頸的直徑(為50mm)，由軸承產(chǎn)品目錄中選取型號(hào)為32010的單列圓錐滾子軸承，其尺寸（內(nèi)徑×外徑×寬度）為d×D×b=50×80×20。 4.3 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 4.3.1 擬定軸上零件的裝配方案 `本文所設(shè)計(jì)的主軸要用原有的主軸箱，根據(jù)主軸箱的結(jié)構(gòu)、軸上零件定位、加工要求以及不同的零件裝配方案，，參考軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本要求，得出如圖所示的軸結(jié)構(gòu)。 圖4-2 主軸的結(jié)構(gòu) 如圖4-2中，拉桿與BT50拉刀抓連接，從右側(cè)裝入內(nèi)孔，然后再裝入BT50刀柄；齒輪、軸承、套筒、軸承套以及電磁鐵固定架從左側(cè)裝入，法蘭蓋從右側(cè)裝入，與軸承套用螺釘連接。 4.3.2 確定軸各段的直徑 根據(jù)前面的計(jì)算知：最小直徑D=45mm，小軸承用鎖緊螺母進(jìn)行軸向固定，所以取軸段1外螺紋的直徑M=45mm；根據(jù)軸承的型號(hào)以及與軸的配合關(guān)系，取軸段2的直徑=50mm。 軸段4處裝小齒輪，承受很大的徑向力，同時(shí)主軸是空心的，考慮到主軸的整體剛性，取軸段4的直徑=75mm，小齒輪用鎖緊螺母壓緊，則軸段4的直徑比軸段3的直徑大2～3mm，所以取軸段3處的外螺紋直徑M=72mm。 軸段5上有兩個(gè)軸套，軸套左側(cè)用于定位小齒輪，中間用來壓緊和定位電磁鐵固定架，考慮到拆卸方便，軸段5要比軸段4大2～3mm，同時(shí)要比軸段6小2～3mm因此取軸段5的直徑=78mm，軸段6的直徑=80mm。 大齒輪主要靠軸段7的軸肩來定位的，為了保證定位可靠，軸段7要比軸段6的直徑大5～10mm，但是考慮到主軸前端的內(nèi)孔交大，因此取軸段7的直徑為=92mm。 軸段8是前軸頸，主軸的直徑因與軸承的內(nèi)徑相等，考慮到軸承的型號(hào)以及與主軸的配合關(guān)系，取軸段8的直徑=95mm，軸承的型號(hào)為32109。 主軸前端內(nèi)孔采用7：24的錐度，裝BT50的刀柄，內(nèi)孔較大，取軸段10的外徑=127mm，軸段9主要起定位作用，因比軸段10大5～10mm，因此取軸段9的直徑為=137mm。 4.3.3 確定各軸段的長(zhǎng)度 軸段4和6的長(zhǎng)度要比輪轂寬度（38mm）短2～3mm，故這兩處軸段的長(zhǎng)度取為36mm。其中軸段4不包括退刀槽的長(zhǎng)度。 軸段1和3有外螺紋，裝徑向鎖緊螺母，故軸段1和3的長(zhǎng)度比鎖緊螺母長(zhǎng)2～3mm，取軸段1的長(zhǎng)度為15.7mm，軸段3的長(zhǎng)度為 18.2mm 軸段7主要與軸承套配合，壓緊軸承，為了保證軸承套與大齒輪之間有一定的間隙，取軸段7的長(zhǎng)度為25mm；軸段8是后軸頸，所選軸承的寬度B=32mm，軸承擋環(huán)的寬度T=8mm，故取軸段8的長(zhǎng)度為44mm。 軸段9是一個(gè)軸肩，主要起定位作用，取軸段9的長(zhǎng)度為11即可；主軸的前端面要裝端面鍵，同時(shí)主軸前端要留下裝切削液噴頭的位置，因此取軸段10的長(zhǎng)度為69mm。 主軸內(nèi)孔要裝拉桿、拉刀抓及BT50刀柄，整體裝配起來應(yīng)該讓拉桿不要伸出主軸內(nèi)孔太長(zhǎng)，否則銑床的整體動(dòng)剛度不好，根據(jù)主軸和主動(dòng)軸的整體裝配關(guān)系，取軸段1的長(zhǎng)度為75.4mm，軸段5的長(zhǎng)度為209mm。 綜上所述，主軸的跨距L＝373mm，懸伸量ａ=96mm 4.3.4 軸向零件的周向固定 齒輪、電磁鐵固定架與軸的周向定位均采用半圓鍵聯(lián)接。對(duì)于齒輪，由手冊(cè)查得半圓鍵的截面尺寸寬×高×直徑=10×13×32(GB/T1098-2003)，鍵槽用鍵槽銑刀加工，長(zhǎng)為29。7mm(標(biāo)準(zhǔn)鍵長(zhǎng)見GB1096-79)；對(duì)于電磁鐵固定架，由手冊(cè)查得半圓鍵的截面尺寸寬×高×直徑=6×9×22(GB/T1098-2003)，鍵槽用鍵槽銑刀加工，長(zhǎng)為29.7mm(標(biāo)準(zhǔn)鍵長(zhǎng)見GB1096-79)，軸承與軸的周向定位是采用過盈 配合來保證的。 3.3.5 確定軸上倒角和退刀槽的尺寸 取主軸前端的倒角為4×45°，其余倒角1×45°；所有退刀槽的尺寸為2×1 4.4 主軸剛度的計(jì)算 軸在載荷作用下，將產(chǎn)生彎曲和扭轉(zhuǎn)變形。若變形量超過允許的限度，就會(huì)影響軸上零件的正常工作，甚至?xí)茐你姶驳墓ぷ餍阅堋Ｒ虼嗽谠O(shè)計(jì)重要軸時(shí)，必須檢驗(yàn)軸的變形量，這在軸的設(shè)計(jì)中稱為剛度計(jì)算 剛度計(jì)算包括扭轉(zhuǎn)剛度計(jì)算和彎曲剛度計(jì)算兩種。前者以扭轉(zhuǎn)角ψ來度量；后者以撓度y和截面轉(zhuǎn)角θ來度量。本文以彎曲剛度校核，查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)知：[y]=0.00025L；圓錐滾子軸承處的偏轉(zhuǎn)角[θ]＝0.0016rad。 4.4.1 主軸的簡(jiǎn)化和彎曲剛度的計(jì)算 1、如主軸前后軸承頸之間有數(shù)段組成，則當(dāng)量直徑d d= 式中：、；、；…；、—分別為各段的直徑和長(zhǎng)度 —總長(zhǎng)，=++…+（mm） ==78.6 mm 2、主軸切削力的計(jì)算 根據(jù)公式P=得：=，則當(dāng)線速度最小時(shí),切削力最大 ===0.21m/s ===25.7KN 3、撓度的計(jì)算 主軸的前懸伸部分較粗，剛度較高，其變形可以忽略不計(jì)。后懸伸部分不影響剛度。當(dāng)主軸前端作用一外載，則撓度 y=（mm）=×10（μm） 式中 —典型切削工藝的切削力 　　　—前懸伸，等于載荷作用點(diǎn)至前支承點(diǎn)間的距離（mm） —跨距，等于前后支承之間的距離（mm） 　　　Ｅ—彈性模量，鋼取Ｅ＝2×10（Mpa） I—截面慣性矩，I=0.05（-）（mm） ，—主軸的外徑和孔徑（mm） 將E和I的值待人，可得 y===79μm≤0.0002L=0.09325mm 4、偏轉(zhuǎn)角 主軸切削工件時(shí)承受很大的切削力，主軸前端產(chǎn)生彎曲變形，查機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)得 ＝ 式中 —主軸前端偏轉(zhuǎn)角(rad) 　　　、、、Ｅ、Ｉ與前面相同 代入數(shù)據(jù)得 ＝×(2×373+3×69)＝0.0011 rad 所以　　≤[θ]=0.0016 rad 綜上所述　主軸的剛度滿足條件，不必重新設(shè)計(jì)。 第五章 齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)與計(jì)算 一般，設(shè)計(jì)齒輪傳動(dòng)時(shí)，已知的條件是：傳遞的功率P=5.4KW，轉(zhuǎn)速n=40r／min—4000r／min，傳動(dòng)比暫取i=1.78；預(yù)定的壽命5年，每年工作300天，每天24小時(shí)。 設(shè)計(jì)開始時(shí)，往往不知道齒輪的尺寸和參數(shù)，無法準(zhǔn)確定出某些系數(shù)的數(shù)值，因而不能進(jìn)行精確的計(jì)算。所以通常需要先初步選擇某些參數(shù)，按簡(jiǎn)化計(jì)算方法初步確定出主要尺寸，然后再進(jìn)行精確的校核計(jì)算。當(dāng)主要參數(shù)和幾何尺寸都已經(jīng)合適之后，再進(jìn)行齒輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并繪制零件工作圖。 5．1主要參數(shù)的選擇 1、模數(shù)m 模數(shù)由強(qiáng)度計(jì)算或結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)確定，要求圓整為標(biāo)準(zhǔn)值，傳遞動(dòng)力的齒輪傳動(dòng)m≥2。初步確定模數(shù)時(shí)，對(duì)于軟齒面齒輪(齒面硬度)350HBS）外嚙合傳動(dòng)m=（0.007～0.02）a；載荷平穩(wěn)，中心距過大時(shí)取小值，本文所設(shè)計(jì)的主軸傳動(dòng)采用已有的箱體，可以知道中心距a=150mm，因此取模數(shù)m=0.015a=2.25mm，將模數(shù)圓整到標(biāo)準(zhǔn)值，取m=2.5mm 2、螺旋角β β角太小，將失去斜齒輪的優(yōu)點(diǎn)；但太大將會(huì)引起很大的軸向力。一般取β=8—15，此處取β=13。 3、齒數(shù)z 當(dāng)中心距一定時(shí)，齒數(shù)取多，則重合度增大，改善了傳動(dòng)的平穩(wěn)性。同時(shí)，齒數(shù)多則模數(shù)小、齒頂圓直徑小，并且又能減小金屬切削量，節(jié)省材料，降低加工成本。但是齒數(shù)增多則模數(shù)減小，齒輪的抗彎強(qiáng)度降低，因此，在滿足抗彎強(qiáng)度的條件下，宜取較多的齒數(shù)。 5.2 齒輪的設(shè)計(jì)與計(jì)算 5.2.1、選擇材料 查機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)，小齒輪：20CrMnTi，滲碳淬火，硬度45～55HRC 大齒輪：20CrMnTi，滲碳淬火，硬度45～55HRC 按MQ級(jí)質(zhì)量要求取值，查得=780N/mm，=820N/mm；=620 N/mm，=640 N/mm。 5.2.2 有關(guān)參數(shù)和系數(shù)的確定 最大轉(zhuǎn)矩 =3.438×10N 載荷系數(shù)K 查表取K =1.4 齒寬系數(shù) 查設(shè)計(jì)手冊(cè)取=0.25 5.2.3 中心距及主要參數(shù)的確定 本文根據(jù)原有數(shù)控銑床的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，用原有的主軸箱，根據(jù)主軸箱的結(jié)構(gòu)要求，確定齒輪嚙合時(shí)的中心距a=150mm 按經(jīng)驗(yàn)公式，=(0.007～0.02)a=(0.007～0.02)×150mm=1.05～3 取標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)=2.5mm 初取β=13，cosβ=cos13=0.9744 初取齒數(shù)比μ=1.78 ===42.06 取=42，則=μ=1.78×42=74.76，則取=75 精求螺旋角β cosβ===0.975 即β=arccos0.975=124824，此值與初選β值相差不大，故不必重新計(jì)算。 傳動(dòng)比 ===1.786，此值與初選齒數(shù)比相差不大，故不必重新計(jì)算 5.2.4 許用彎曲應(yīng)力[] 1、當(dāng)量齒數(shù)為： ===45.3 ===80.9 根據(jù)當(dāng)量齒數(shù)查得：齒形系數(shù)=2.37，=2.25 應(yīng)力修正系數(shù)=1.69，=1.77 2、應(yīng)力循環(huán)次數(shù) =60=60×1200×1×（5×330×24）=2.85×10 ==2.85×10×1.786=5×10 根據(jù)、查得：=0.86，=0.88 3、查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)得：安全系數(shù)=1.4 根據(jù)公式[]=得：許用彎曲應(yīng)力 []===393Mpa []===389Mpa 5．2．5、主要尺寸的計(jì)算 分度圓直徑d： ===107.7mm ===192.3mm 齒寬b ==0.25×150=37.5mm 取==38mm 5.2.6 校核齒面接觸疲勞強(qiáng)度 =3.17≤[] 確定有關(guān)系數(shù)和參數(shù) 1、許用接觸應(yīng)力[] 查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)得==850Mpa，安全系數(shù)=1.2 根據(jù)、查得=0.86，=0.88 許用彎曲應(yīng)力 []===609Mpa []===623Mpa 查設(shè)計(jì)手冊(cè)得：彈性系數(shù)=189.8，故 =3.17×189.8=246.7Mpa ＜[]，齒面接觸疲勞強(qiáng)度合格。 5.2.7 驗(yàn)算齒輪圓周速度 ===22.5m/s ===40.25m/s 查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)知選擇6級(jí)精度即可 至此齒輪的設(shè)計(jì)與校核已經(jīng)全部完成，零件圖見附圖XK100—10—205和XK100—10—210。 第六章 軸承的設(shè)計(jì)與計(jì)算 本文所設(shè)計(jì)的數(shù)控銑床主要用于銑削平面和打孔，軸承承受徑向載荷的同時(shí)，還承受不大的軸向載荷，根據(jù)軸承承受載荷的特性，選擇單列圓錐滾子軸承的背對(duì)背的組合方式。 　查軸承手冊(cè)得：32010型軸承基本額定動(dòng)載荷Cr=61KN，e=0.42，Y =1.4。 32109型軸承基本額定動(dòng)載荷Cr=175KN，e=0.44，Y =1.4。 6.1 軸承當(dāng)量動(dòng)載荷的計(jì)算 6.1.1 切削力的計(jì)算 根據(jù)公式P=得：=，根據(jù)典型切削工藝取n=1200r/min ===6.28m/s ===0.86KN 6.1.2 徑向力的確定 單列圓錐滾子軸承背對(duì)背組合，如圖5-1所示，可知： ==×0.86=0.22KN =+=0.22+0.86=1.08KN 圖6-1 軸承受載示意圖 6. 1.3. 計(jì)算兩軸承的派生軸向力s 查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)得，單列圓錐滾子軸承的派生軸向力為S=/(2Y)，則 ===0.08KN ===0.39KN 6.1.4 計(jì)算兩軸承的軸向載荷 軸承外加的軸向力=2KN +=0.39+5=2.39KN＞ 所以軸承Ⅰ被“壓緊”，軸承Ⅱ被“放松”，故 =+=2.39KN ==0.39KN 6.1.5 計(jì)算兩軸承的當(dāng)量動(dòng)載荷P 查機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)得：載荷系數(shù)=1.5 軸承Ⅰ的當(dāng)量動(dòng)載荷P1： ==10.8＞e=0.42 查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)得：=0.4，=1.4 =(+ Y)=1.5×(0.4×0.22+1.4×2.39)=5.2KN 軸承Ⅱ的當(dāng)量動(dòng)載荷P1： ==0.36＜e=0.44 查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)得：=1，=0 ==1.5×1.08=1.62KN 6.2 驗(yàn)算兩軸承的壽命 由于軸承是在正常溫度下工作，t <120℃，查表機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)得=1 圓錐滾子軸承ε=10/3，則軸承I的壽命 =（）=（）=46500 h 軸承Ⅱ的壽命 =（）=（）=9.9×10 h 綜上所述，軸承滿足5年，一年工作300天、每天24小時(shí)的壽命，不必重新選擇 第七章 圓弧齒同步帶的設(shè)計(jì) 7.1 確定圓弧齒同步帶的基本參數(shù) 7.1.1 確定設(shè)計(jì)功率 設(shè)計(jì)功率=．,其中為載荷修正系數(shù) 根據(jù)已知工作條件查表取＝２　則 ＝．＝２×7.5=15KW 7.1.2 選擇帶形和節(jié)距 根據(jù)=15KW和電機(jī)基準(zhǔn)轉(zhuǎn)速查表確定為8M型，節(jié)距＝８ 7.1.3 傳動(dòng)比的選擇 帶傳動(dòng)是一種最常見的機(jī)械傳動(dòng)形式，它的主要用傳遞轉(zhuǎn)矩和改變轉(zhuǎn)速。大部分帶傳動(dòng)是依靠擾性傳動(dòng)與帶輪間的摩擦力來傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的，銑床方面的傳動(dòng)還有電主軸和電機(jī)直連式，我們選擇了帶傳動(dòng)的方式，帶傳動(dòng)簡(jiǎn)單，而且效率高，選擇的傳動(dòng)比=2 7.1.4 小帶輪齒數(shù) 根據(jù)帶型M和小帶輪的轉(zhuǎn)速，由表查得小帶輪的最小齒數(shù)=18，此處取=23。 則大帶輪的齒數(shù)==46 7.1.5 小帶輪的節(jié)圓直徑 ===58.57mm 查表得其外徑=-2δ=58.57-1.37=57.20 其中2δ為節(jié)根距 7.1.6 大帶輪節(jié)圓直徑 ===117.14 查表得其外徑==117.14—1.37=115.77 7.1.7 帶的傳動(dòng)速度 ===4.6m/s 7.2 確定帶的中心距 7.2.1 初定軸間距 查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)知 0.7（+）≤≤2(+) 同時(shí)根據(jù)對(duì)銑床產(chǎn)品的測(cè)繪和設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)初定=160mm 7.2.2 帶長(zhǎng)及其齒數(shù)的確定 =2＋(+)＋ =2×160＋1.57×(58.57＋117.14) ＋（117.14—58.57）／4×160 =320＋275.8647＋0.092 =595.96mm 查表應(yīng)選用帶長(zhǎng)代號(hào)為600的8M型同步帶，其節(jié)線長(zhǎng)度=600mm，節(jié)線長(zhǎng)上的齒數(shù)=75 7.2.3 實(shí)際軸間距，所設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)的軸間距可調(diào)整 M=4—2π（+） =4×600—6.28×（58.57＋117.14） =2400—1103.4588 =1296.5412mm （＋/16 =[1296.5＋]/16 =159.37mm 7.3 選擇帶的類型 1、嚙合齒數(shù)的確定 =ent(0.5—)=ent（0.5—）×23 =ent10.12=10 2、基本額定功率的確定 根據(jù)小帶輪的轉(zhuǎn)速和節(jié)圓直徑查表知=2.5kw 3、所需的帶寬 ≥ 其中：—帶的基本寬度表7-1查得 表7-1 帶型 3M 5M 8M 14M 20M bs0/mm 6 9 20 40 115 —帶長(zhǎng)系數(shù)，查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)知=0.8 當(dāng)＜6時(shí)=1，當(dāng)＜6時(shí)=1—2（6—），此處取=1 則 ≥20×=68.86mm 至此帶輪的設(shè)計(jì)已經(jīng)完成，根據(jù)上面的計(jì)算數(shù)據(jù)，取標(biāo)準(zhǔn)帶寬代號(hào)為70的8M型的帶，其帶寬為70，則帶輪的寬度=72.7。 第八章 碟形彈簧的設(shè)計(jì) 8.1 碟形彈簧的結(jié)構(gòu)尺寸 8.1.1 碟形彈簧的基本概念 碟形彈簧是用鋼板沖壓成形的截錐壓縮彈簧.具有剛度大、變剛度性等特點(diǎn)，蝶形彈簧按其結(jié)構(gòu)型式分為無支承面和有支承面兩種，如圖8—1所示 (a) 無支承面 （b）有支承面 圖8—1 碟形彈簧 圖中：D—彈簧外徑(mm)；d—彈簧內(nèi)經(jīng)（mm）；—彈簧中性徑（mm）為彈簧中性點(diǎn)所在圓直徑，其大小按=計(jì)算。 t—厚度（mm）；—減薄彈簧厚度（mm）；—自由高度（mm）；—無支承面碟簧壓平時(shí)變形量（mm），=—；—有支承面碟簧壓平時(shí)變形量（mm）；=—；b≈D/150；F—載荷（N）；f—變形量（mm） 8.1.2 碟形彈簧的分類 1、碟形彈簧按其厚度分為三類，如表8-1所示 表8-1 碟簧按厚度的分類 類別 碟簧厚度t/mm 支承面和減厚厚度 1 <1.25 無 2 1.25—6.0 無 3 >6.0—14.0 有 2、碟形彈簧按外徑D、壓平時(shí)變形量和厚度t的比值D/t、/t分為三個(gè)系列，如表8—2所示 表8—2 碟簧按外徑D的分類 系列 D/t /t E(Gpa) u f A ≈18 ≈0.4 206 0.3 ≈0.75 B ≈18 ≈0.75 206 0.3 ≈0.75 C ≈28 ≈1.3 206 0.3 ≈0.75 8．2 彈簧的許用應(yīng)力和疲勞極限 8.2.1 碟形彈簧按其載荷性質(zhì)分為兩類： 1、 靜載荷—作用載荷在規(guī)定壽命內(nèi)變化次數(shù)小于1×10次。 2、 變載荷—作用在碟簧上的載荷，在預(yù)知載荷和工作載荷之間，在規(guī)定壽命內(nèi)變化次數(shù)大于1×10次。 （1）、靜載荷作用下碟簧許用應(yīng)力 靜載荷作用下的碟簧，應(yīng)通過校核OM點(diǎn)的應(yīng)力來保證自由高度的穩(wěn)定，在壓平時(shí)的應(yīng)接近彈簧材料的屈服點(diǎn)。 （2）變載荷作用下碟簧的疲勞極限 8.2.2 變載荷作用下碟簧使用壽命可分為兩類 1、有限壽命—可以在持久強(qiáng)度范圍內(nèi)承受1×10—2×10次有限的加載次數(shù)值至破壞 2、無限壽命—可以在持久強(qiáng)度范圍內(nèi)承受2×10次有限的加載次數(shù)值至破壞 8．3 碟形彈簧的設(shè)計(jì)與計(jì)算 碟形彈簧的組合方式有疊合組合、對(duì)合組合和復(fù)合組合，本文設(shè)計(jì)的銑床采用對(duì)合組合方式，這種方式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，對(duì)合片數(shù)少。 主軸采用的是BT50的刀柄，通常BT50的刀柄需要用3.5噸的力才能拉緊，既工作載荷=3500×9.8=34300N，在裝配時(shí)用鎖緊螺母固定彈簧，預(yù)緊力為=2000N，使用過程中要求彈簧的最大變形量為8.5mm，根據(jù)要求設(shè)計(jì)合適的彈簧組合。 1、根據(jù)要求查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，從Ａ、B、C系列中選取一個(gè)規(guī)格，其尺寸和參數(shù)如下表， 碟簧 D/mm d/mm t/mm /mm /mm F=0.75 F/Ｎ f/mm 或 A 100 51 6 2.2 8.2 4800 1.65 1420 B 100 51 3.5 2.8 6.3 13100 2.1 1050 C 100 51 2.7 3.5 6.2 8610 2.63 1240 2、由Ｃ＝＝=1.96查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)得＝0.686，碟簧有支承面時(shí),取=1.6 當(dāng)?shù)蓧浩綍r(shí)碟簧載荷 = 其中：Ｅ—彈性模量（Ｍpa），彈簧鋼取E=2.06×Ｍpa μ—泊松比，彈簧鋼取μ=0.3 帶入數(shù)據(jù)解得=××=1.47×N 3、根據(jù)==0.4和==0.23由查得=0.22 由此變形量=0.22=0.48mm 滿足總變形量=8.5，所需的碟簧片數(shù)為===17.7，取=18片 對(duì)合碟簧組的總自由高度為 ==18×8.2=147.6mm 承受載荷3.5噸時(shí)的高度 =—=147.6—18×0.48=138.96mm 8.4 碟形彈簧的校核 1、由、求、 根據(jù)上面的計(jì)算知：=1.47×N 因此 /==0.03 /==0.23 按照 =0.4，查圖5-1得到/= /=0.22 由此 =0.03=0.03×2.2=0.066mm =0.22=0.22×2.2=0.48mm 3、疲勞破壞的關(guān)鍵部位 由=0.64和C=1.96，查圖8-3得，疲勞強(qiáng)度破壞的關(guān)鍵部位在二點(diǎn) 或 `` 圖8-3 碟簧疲勞破壞的關(guān)鍵部位 4、計(jì)算應(yīng)力并檢驗(yàn)碟簧壽命 當(dāng)=0.066mm時(shí)，由下式得： =-[（-）-] =-××1.6××[1.6×1.2111×(-)-1.362]Mpa=55.34Mpa 當(dāng)=0.22時(shí)，由下式得： =-[（-）-] =-××1.6××[1.6×1.2111×(-)-1.362]Mpa=200.7Mpa 碟簧的計(jì)算應(yīng)力幅為 =—=200.6—55.34=145.26 Mpa 由圖5—2b查得：當(dāng)=55.34 Mpa，壽命2×10時(shí)的=720 Mpa 即疲勞強(qiáng)度應(yīng)力幅為 =—=720—55.34=664.66Mpa 即＜，能夠滿足無限壽命的要求。 至此碟型彈簧的設(shè)計(jì)與校核已全部完成，選用A 型，、支承面、共18片對(duì)合組合的碟型彈簧。 第九章 拉桿的設(shè)計(jì) 在銑床主軸內(nèi)有松卡刀裝置，結(jié)構(gòu)從主軸前端到末端分別是拉抓，拉桿，一組碟形彈簧，鎖緊螺母，打刀缸。其中拉桿，一組碟形彈簧，鎖緊螺母組合在一起，然后與拉抓通過螺紋連接。抓刀時(shí)，打刀缸不工作，靠施加在疊簧上的力拉緊刀具；松刀時(shí)，打刀缸工作推動(dòng)拉桿向前運(yùn)動(dòng)，推動(dòng)拉抓，拉抓從主軸孔前端向前運(yùn)動(dòng)松開，實(shí)現(xiàn)換刀動(dòng)作。 9.1 確定拉桿的直徑 拉桿前端與拉抓通過螺紋連接 ，BT50拉抓前端是M25×1.5的外螺紋，因此拉抓必須是M22×1.5的內(nèi)螺紋，如圖2-1所示，取1處的直徑=28mm， 圖9-1 拉桿結(jié)構(gòu)圖 2處的直徑根據(jù)碟形彈簧的型號(hào)確定，因?yàn)榈螐椈伤惺艿牧痛螅瑸榱藵M足剛性要求取2處的直徑=51mm，碟形彈簧選擇φ51的內(nèi)徑。 3處主要是裝鎖緊螺母和壓板，通過鎖緊螺母預(yù)緊彈簧，為了安裝方便，3處的直徑比2處小2～3mm，故取3處的外螺紋為M48×1.5，4處是當(dāng)打刀缸工作時(shí)，打桿的接觸面，沒有什么特殊的要求，只須外徑比打桿稍大一些，此處取=26mm 9.2 確定拉桿的長(zhǎng)度 2處裝碟形彈簧，有彈簧的設(shè)計(jì)與計(jì)算只，碟簧總自由高度為111.6mm，碟簧要用鎖緊螺母預(yù)緊，因此取2處長(zhǎng)度=110即可；3初的長(zhǎng)度因＞鎖緊螺母的寬度20mm+壓板的寬度10mm，故取3處長(zhǎng)度=38mm；4處的長(zhǎng)度沒有特別的要求，取=6mm；1處的長(zhǎng)度根據(jù)主軸箱的結(jié)構(gòu)要求而定，主軸箱上下兩個(gè)面的距離為550，同時(shí)拉桿前端還與BT50拉抓連接裝入主軸中，因此根據(jù)主軸部件的裝配關(guān)系取=370mm 至此拉桿的主要尺寸已經(jīng)確定完，見零件圖XK100—10—207 第十章 拉抓和打刀缸的選擇 本文設(shè)計(jì)的銑床是針對(duì)公司的生產(chǎn)加工需要，主要是用于銑削平面和鉆孔，所以在設(shè)計(jì)的時(shí)候應(yīng)該參照一般數(shù)控銑床的設(shè)計(jì)要求，選擇合適的外購件，不僅可以節(jié)省費(fèi)用，同時(shí)還減低了設(shè)計(jì)的要求，使得設(shè)計(jì)更簡(jiǎn)單。 10.1 拉抓的選擇 一般的刀柄有BT30、BT40、BT50、ER50等，在眾多的刀柄中，最常用的是BT50的刀。，銑床主軸的結(jié)構(gòu)已經(jīng)形成了一個(gè)設(shè)計(jì)庫，設(shè)計(jì)者可以根據(jù)自己的需要選擇合適的結(jié)構(gòu)，通常一般的銑床內(nèi)孔采用7：24的錐度，便于刀具的定位和換刀，用BT50刀柄和7：24的錐度配合使用，操作方便，同時(shí)也好購買刀具。 銑床在工作狀態(tài)下拉抓拉緊刀柄，與BT50刀柄配合使用的是BT50拉抓，BT50拉抓帶有M22×1.5的外螺紋與拉桿連接，拉緊刀柄，通常需要3.5t的力將刀柄拉緊。 10.2 打刀缸的選擇 打刀缸其實(shí)就是一種增壓缸，將壓縮空氣的壓力能轉(zhuǎn)化高的推力輸出。打刀缸的系列很多，我們公司使用的是“上海健椿機(jī)械有限公司”生產(chǎn)的KTL系列打刀缸，也稱KTL系列增壓缸。 KTL系列增壓缸為一中氣液轉(zhuǎn)換增壓缸。具有增壓比大，動(dòng)作時(shí)間短，動(dòng)力來源取得方便，無油壓系統(tǒng)溫升困擾等優(yōu)點(diǎn)，主要用于數(shù)控銑床、加工中心機(jī)床的松刀系統(tǒng)。 對(duì)于BT50主軸，通常選用KTL450A/KTL600型增壓缸，對(duì)于BT50拉抓需要3.5t的力就可以拉緊，因此選擇KTL450A型增壓缸即可，可以將5公斤的力轉(zhuǎn)換成3815N的力。 對(duì)與一般的銑床選擇BT50刀柄拉抓和適合于BT50的KTL450A型的打刀缸，這樣不僅滿足了要求，同時(shí)在維護(hù)、購買、操作上都非常的方便 小 結(jié) 本文主要設(shè)計(jì)XK100立式數(shù)控銑床主軸部件, 對(duì)在本設(shè)計(jì)過程中的種種因素，方案均作了適當(dāng)?shù)目紤]，同時(shí)采取了相應(yīng)的措施,XK100數(shù)控銑床具有很多優(yōu)點(diǎn)，解決了很多普通銑床不能加工的零件問題，為公司節(jié)省了很多成本，但由于自己所學(xué)知識(shí)不全面，本文所設(shè)計(jì)的銑床還存在缺點(diǎn)，在以后的設(shè)計(jì)中需要改進(jìn)，使得產(chǎn)品的性能夠得到進(jìn)一步的提高，主要缺點(diǎn)有以下幾方面： 1.碟型彈簧在主軸箱外面，轉(zhuǎn)速一高，動(dòng)平衡就不好 2.主軸的軸承選擇不太好，在以后的設(shè)計(jì)中要注意。 3.主軸獲得的變速范圍較小，影響加工范圍 4.XK100立式數(shù)控銑床多用于加工鋁件、一些鋼件 在以后的設(shè)計(jì)中要重新考慮一些參數(shù)，是的銑床的加工范圍更廣、性能更好。 經(jīng)過幾個(gè)月的實(shí)習(xí),畢業(yè)論文終于可以畫上一個(gè)句號(hào)了,回想實(shí)習(xí)的這幾個(gè)月,有苦也有甜,但是在實(shí)習(xí)的幾個(gè)月里,學(xué)到了很多知識(shí),同時(shí)也發(fā)自己知識(shí)面不夠廣,在以后的工作中要進(jìn)一步的學(xué)習(xí)。 剛開始選題的時(shí)候，對(duì)銑床的結(jié)構(gòu)一點(diǎn)都不了解，也曾想過放棄。在實(shí)習(xí)的幾個(gè)月里，我到圖書管、網(wǎng)上查閱資料，以及公司里的資料，經(jīng)過自己努力，師傅的幫助，終于將論文完成了。由于自己還有很多知識(shí)不懂，設(shè)計(jì)過程中考慮不全面，論文中還存在很多問題，但在施老師的幫助和指導(dǎo)下，主軸部件的總體結(jié)構(gòu)和論得到了進(jìn)一步的完善。 畢業(yè)設(shè)計(jì)是對(duì)自己大學(xué)三年所學(xué)知識(shí)的一個(gè)檢驗(yàn)，這次論文的完成多虧企業(yè)指導(dǎo)老師和施老師的指導(dǎo)和幫助，在此衷心的感謝你們的幫助。 參考文獻(xiàn): 1 孔凌嘉、王曉力主編. 機(jī)械設(shè)計(jì). 北京理工大學(xué)出版社，2000 2 文杯興主編.數(shù)控銑床設(shè)計(jì). 化學(xué)工業(yè)出版社，2006 3 王愛玲主編. 現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床.國防工業(yè)出版社，2003 4 王文斌主編. 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)新版第2卷及第3卷.機(jī)械工業(yè)出版社，2005 5 陳心昭主編．現(xiàn)代實(shí)用機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)．機(jī)械出版社,2006 6 陳立得主編．機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)．高等教育出版社．2000 33