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河北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 目 錄 摘 要 .III 關(guān)鍵詞 1 1 總體設(shè)計(jì) .IV 1.1、銑床簡介 .IV 1.2、 XK5040型數(shù)控銑床的總體布局、主要技術(shù)參數(shù)及總傳動系統(tǒng)圖 .IV 1.2.1 XK5040型數(shù)控銑床的總體布局 .IV 1.2.2 XK5040型數(shù)控銑床的主要技術(shù)參數(shù) .V 1.2.3 總傳動系統(tǒng)圖 .VII 2 主運(yùn)動系統(tǒng)設(shè)計(jì) .VIII 2.1 傳動系統(tǒng)設(shè)計(jì) .VIII 2.1.1參數(shù)的擬定 .VIII 2.1.2 傳動結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)網(wǎng)的選擇 .VIII 2.1.3 轉(zhuǎn)速圖擬定 .X 2.1.4齒輪齒數(shù)的確定及傳動系統(tǒng)圖的繪制 .XII . 傳動件的估算與驗(yàn)算 .XVI 2.2.1傳動軸的估算和驗(yàn)算 .XVI . .齒輪模數(shù)的估算 .XIX . 展開圖設(shè)計(jì) .XXIV . .結(jié)構(gòu)實(shí)際的內(nèi)容及技術(shù)要求 .XXIV . . 齒輪塊的設(shè)計(jì) .XXV . . 傳動軸設(shè)計(jì) .XXVIII . . 主軸組件設(shè)計(jì) .XXXI . 制動器設(shè)計(jì) .XXXVII . . 按扭矩選擇 .XXXVII . 截面圖設(shè)計(jì) .XXXVIII . . 軸的空間布置 .XXXVIII 河北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) II . . 操縱機(jī)構(gòu) .XXXIX . . 潤滑 .XXXIX . .箱體設(shè)計(jì)的確有關(guān)問題 .XLI 進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì) .XLI . 總體方案設(shè)計(jì) .XLI . .對進(jìn)給伺服系統(tǒng)的基本要求 .XLI . .進(jìn)給伺服系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求 .XLI . .總體方案 .XLII . 進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械部分設(shè)計(jì) .XLIII . .確定脈沖當(dāng)量,計(jì)算切削力 .XLIII . .滾珠絲桿螺母副的計(jì)算和造型 .XLV . .齒輪傳動比計(jì)算 .LIV . . 步進(jìn)電機(jī)的計(jì)算和選型 .LV . . 進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械部分結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) .LXV 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) .LXVIII 4.1繪制控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 .LXVIII 4.2.選擇中央處理單元( CPU)的類型 .LXIX 4.3存儲器擴(kuò)展電路設(shè)計(jì) .LXIX . .程序存儲器的擴(kuò)展 .LXX . . 數(shù)據(jù)存儲器的擴(kuò)展 .LXXI . I/O接口電路及輔助電路設(shè)計(jì) .LXXI . . I/O接口電路設(shè)計(jì) .LXXI . . 步進(jìn)電機(jī)接口及驅(qū)動電路 .LXXIII 參考文獻(xiàn) .LXXVI 致謝 . 錯誤 !未定義書簽。 總結(jié) . 錯誤 !未定義書簽。 河北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) III 摘 要 數(shù)控機(jī)床即數(shù)字程序控制機(jī)床,是一種自動化機(jī)床 ,數(shù)控技術(shù)是數(shù)控機(jī)床研究的核心,是制造業(yè)實(shí)現(xiàn)自動化、網(wǎng)絡(luò)化、柔性化、集成化的基礎(chǔ)。 隨著制造技術(shù)的發(fā)展,現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床借助現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)、工序集約化和新的功能部件使機(jī)床的加工范圍、動態(tài)性能、加工精度和可靠性有了極大的提高 。 本文主要對 XK5040 數(shù)控立式銑床及控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì),首先分析立式銑床的加工特點(diǎn)和加工要求確定其主參數(shù),包括運(yùn)動和動力參數(shù);根據(jù)主參數(shù)和設(shè)計(jì)要求進(jìn)行主運(yùn)動系統(tǒng)、進(jìn)給系統(tǒng)和控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)。主要進(jìn)行主運(yùn)動系統(tǒng)和進(jìn)給系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及滾 珠絲杠和步進(jìn)電機(jī)的選型和校核;對于控制系統(tǒng)由于這里主要針對經(jīng)濟(jì)型數(shù)控銑床的設(shè)計(jì),這里采用步進(jìn)電機(jī)開環(huán)控制,計(jì)算機(jī)系統(tǒng)采用高性能價格比的 MCS-51系列單片擴(kuò)展系統(tǒng),主要進(jìn)行中央處理單元的選擇、存儲器擴(kuò)展和接口電路設(shè)計(jì)。 由于本文采用 8031 單片機(jī)控制系統(tǒng),因此,設(shè)計(jì)出的立式銑床性能價格比高,滿足經(jīng)濟(jì)性要求??蓪?shí)用于加工精度較高的場合 。 關(guān)鍵詞 : 數(shù)控技術(shù);立式銑床;設(shè)計(jì) 河北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) IV 1 總體設(shè)計(jì) 1.1、銑床簡介 銑床是一種用途廣泛的機(jī)床。它可以加工平面 (水平面、垂直面等 )、溝槽(鍵槽、 T型槽、燕尾槽等)、多齒 零件上齒槽(齒輪、鏈輪、棘輪、花鍵軸等)、螺旋形表面(螺紋和螺旋槽)及各種曲面。此外,它還可以用于加工回轉(zhuǎn)體表面及內(nèi)孔,以及進(jìn)行切斷工作等。 由于銑床使用旋轉(zhuǎn)的多齒刀具加工工件,同時有數(shù)個刀齒參加切削,所以生產(chǎn)效率高,但是,由于銑刀每個刀齒的切削過程是斷續(xù)的,且每一個的切削厚度又是變化的,這就使切削力相應(yīng)地發(fā)生變化,容易引起機(jī)床振動,因此,銑床在結(jié)構(gòu)上要求有較高的剛度和抗振性。 銑床的類型很多,主要類型有:臥式升降臺銑床、立式升降臺銑床、龍門銑床、工具銑床和各種專門化銑床等。 隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步,數(shù)控銑床得 到了越來越廣泛的應(yīng)用,它一般分為立式和臥式兩種,一般數(shù)控銑床是指規(guī)格較小的升降臺數(shù)控銑床,其工作臺寬度多在 400mm 以下,規(guī)格較大的數(shù)控銑床,例如工作臺寬度在 500mm 以上的,其功能已向加工中心靠近,進(jìn)而演變成柔性制造單元。數(shù)控銑床多為三坐標(biāo)、兩軸聯(lián)動的機(jī)床,也稱兩軸半控制,即 X、 Y、 Z 三個坐標(biāo)軸中,任意兩個都可以聯(lián)動。一般情況下,在數(shù)控銑床上只能用來加工平面曲線的輪廓。對于有特殊要求的數(shù)控銑床,還可以加進(jìn)一個回轉(zhuǎn)的 A 坐標(biāo)或C 坐標(biāo),即增加一個數(shù)控分度頭或數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺,這是機(jī)床的數(shù)控系統(tǒng)為四坐 標(biāo)的數(shù)控系 統(tǒng),它可用來加工旋轉(zhuǎn)槽、葉片等立體曲面零件。 我們本次設(shè)計(jì)過程中要接觸到的為 XK5040 數(shù)控立式銑床。它的工作臺寬度為400mm。 1.2、 XK5040 型數(shù)控銑床的總體布局、主要技術(shù)參數(shù)及總傳動系統(tǒng)圖 1.2.1 XK5040 型數(shù)控銑床的總體布局 圖 1.1 所示為 XK5040 型數(shù)控銑床的布局圖,床身 6 固定在底座 1 上,用于安裝與支承機(jī)床各部件。操縱臺 10 上有 CT 顯示器、機(jī)床操作按鈕和各種開關(guān)及指示燈。縱向工作臺 16、橫向溜板 12 安裝在升降臺 15 上,通過縱向進(jìn)給伺服電動機(jī) 13、橫向進(jìn)給伺服電動機(jī) 14 和垂直升降 進(jìn)給服電動機(jī) 4 的驅(qū)動,完成 X、 Y、 Z 坐標(biāo)進(jìn)給。強(qiáng)電柜 2中裝有機(jī)床電器部分的接觸器、繼電器等。變壓器器箱 3 安裝在床身立柱的后面。數(shù)控河北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) V 柜 7 內(nèi)裝有機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)。保護(hù)開關(guān) 8、 11 可控制縱向行程硬限位;擋鐵 9 為縱向參考點(diǎn)設(shè)定擋鐵。主軸變速手柄和按鈕板 5 用于手動控制主軸的正、反轉(zhuǎn)、停止及切削液開停等。 圖 1.1 XK5040 銑床外觀圖 1.2.2 XK5040 型數(shù)控銑床的主要技術(shù)參數(shù) 機(jī)床設(shè)計(jì)的初使,首先需確定有關(guān)參數(shù),它們是傳動設(shè)計(jì)和就億個度微 設(shè)計(jì)的依據(jù),影響到產(chǎn)品是否能滿足所需要的功能要求,因此,參數(shù)擬定 是機(jī)床設(shè)計(jì)中的重要問題。 機(jī)床參數(shù)有主參數(shù)和基本參數(shù)。主參數(shù)是最重要的,它直接反映機(jī)床的加工能力、特性、決定和影響其他基本參數(shù)的數(shù)值。如銑床的工作臺寬度等?;緟?shù)是一些與加工工件尺寸、機(jī)床結(jié)構(gòu)、運(yùn)動和動力特性有關(guān)的參數(shù)??蓺w納為:尺寸參數(shù)、運(yùn)動參數(shù)河北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) VI 和動力參數(shù)。 XK5040 型數(shù)控銑床的主要技術(shù)參數(shù)如下: 工作臺: 工作臺尺寸(長寬) 1600 400mm 工作臺最大縱向行程 900mm 工作臺最大橫向行程 375mm 工作臺最大垂直行程 400mm 工作臺 T 型槽數(shù) 3 工作臺 T 型槽寬 18mm 工作臺 T 型間距 100mm 主軸: 主軸錐度 50#( 7: 24) 主軸孔徑 27mm 刀桿直徑 32mm 或 50mm 主軸前軸承直徑 90mm 主軸軸向移動距離 70mm 部件間主要尺寸: 立銑頭最大回轉(zhuǎn)角度 45 主軸端面到工作臺面的距離 50 400mm 主軸中心線至床身垂直導(dǎo)軌距離 430mm 工作臺側(cè)面至床身垂直導(dǎo)軌距離 30 405mm 機(jī)動性能: 主軸轉(zhuǎn)速級數(shù) 18 主軸轉(zhuǎn)速范圍 30 1500r/min 動力外形: 主電機(jī)功率 7.5KW 主電機(jī)轉(zhuǎn)速 1450r/min 工作臺進(jìn)給量: 縱向 10 1500mm/min 橫向 10 1500mm/min 河北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) VII 垂直 10 600mm/min 定位精度 ISO 標(biāo)準(zhǔn) X 0.07mm Y 0.05mm Z 0.06mm 重復(fù)定位精度 ISO 標(biāo)準(zhǔn) 0.03mm 工作臺最大承載 200kg 機(jī) 床外形尺寸(長寬高) 2495mm 2100mm 2170mm 機(jī)床重量 約 2700kg 1.2.3 總傳動系統(tǒng)圖 XK5040 立式銑床的總的傳動系統(tǒng)圖如圖 1.2 所示。 圖 1.2 XK5040 總傳動系統(tǒng)圖 河北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) VIII 2 主運(yùn)動系統(tǒng)設(shè) 2.1 傳動系統(tǒng)設(shè)計(jì) 2.1.1 參數(shù)的擬定 選定公比,確定各級傳送機(jī)床常用的公比 為 1.26 或 1.41,考慮適當(dāng)減少相對速度損失,這里 取公比為 =1.26,根據(jù)給出的條件:主運(yùn)動部分 Z=18 級,根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)列表,確定各級轉(zhuǎn)速為:( 30, 37.5, 47.5, 60, 75, 95, 118, 150, 190, 235, 300, 375, 475,600, 750, 950, 1180, 1500R/min) . 2.1.2 傳動結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)網(wǎng)的選擇 1 確定變數(shù)組數(shù)目和各變數(shù)組中傳動副的數(shù)目 該機(jī)床的變數(shù)范圍較大,必須經(jīng)過較長的傳動鏈減速才能把電機(jī)的轉(zhuǎn)速降到主軸所需的轉(zhuǎn)速。級數(shù)為 Z 的傳動系統(tǒng)由若干個傳動副組成,各傳動組分別有1z.2z .3z個傳動副,即 Z=1 2 3zz z1。傳動副數(shù)由于結(jié)構(gòu)的限制,通常采用 P=2 或 3,即變速 Z應(yīng)為 2 或 3 的因子: Z=2a x2b 因此,這里 18=3x3x2,共需三個變速組。 2 傳動組傳動順序的安排 18 級轉(zhuǎn)速傳動系統(tǒng)的傳動 組,可以排成: 3x3x2,或 3x2x3。 選擇傳動組安排方式時,要考慮到機(jī)床主軸變速率的具體結(jié)構(gòu),裝置和性能。 I 軸如果安置制動的電磁離和器時,為減少軸向尺寸。第一傳動組的傳動副數(shù)不能多,以 2為宜,有時甚至用一個定比傳動副;主軸對加工精度,表面粗糙度的影響很大,因此主軸上齒輪少些為好,最后一個傳動組的傳動副選用 2 ,或一個定比傳動副。 這里,根據(jù)前多后少的原則,選擇 18=3x3x2 方案。 3 傳動系統(tǒng)的擴(kuò)大順序安排 對于 18=3x3x2的傳動,有 3! =6種可能安排,亦即有 6種機(jī)構(gòu)副和對應(yīng)的結(jié)構(gòu)網(wǎng),傳 動方案中,擴(kuò)大順序與傳動順序可以一致,結(jié)構(gòu)式 18=13x3x92的傳動中,擴(kuò)大順序與傳動順序一致,稱為順序擴(kuò)大傳動,而, 18=3x13x92的傳動順序不一致,根據(jù)“前密后疏”的原則,選擇 18=13x3x92的結(jié)構(gòu)式。 4 驗(yàn)算變速組的變速范圍 河北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) IX 齒輪的最小傳動minU 1/4,最大傳動比maxU 2,決定了一個傳動組的最大變速范圍maxY=maxU/minU 因此,可按下表,確定傳動方案: 根據(jù)傳動比及指數(shù) x, x 的值 公比 極限值傳動比指數(shù) 1.26 x 值 : minU=1/ x =1/4 6 x 值 : maxU = x =2 3 ( x+ x )值:minr= xx =8 9 因此,可選擇 18=13x3x92的傳動方案。 5 最后擴(kuò)大傳動組的 選擇 正常連續(xù)順序擴(kuò)大傳動(串聯(lián)式)的傳動式為: Z=1z 1*2z 1z 3z 12zz 最后擴(kuò)大傳動組的變速范圍為: r= 1 2 3( 1)z z z 11= ( /2)zz 因此,傳動方案 18=3*3*2 符合上述條件,其結(jié)構(gòu)網(wǎng)如下圖 2.1: 河北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) X 圖 2.1 結(jié)構(gòu)網(wǎng)圖 2.1.3 轉(zhuǎn)速圖擬定 運(yùn)動參數(shù)確定后,主軸各級轉(zhuǎn)速就已知,切削耗能確定電機(jī)功率。在此基礎(chǔ)上,選擇電機(jī)的型號,分配個變速組的最小傳動比;擬定轉(zhuǎn)速圖,確定各中間軸的轉(zhuǎn)速。 1 主電機(jī)的選擇 中型機(jī)床上,一般都采用交流異步電動機(jī)為動力源,可在下列中選用,在選擇電機(jī)型號時,應(yīng)注意: ( 1)電機(jī)的 N: 根據(jù)機(jī)床切削能力的要求確定電機(jī)功率,但電機(jī)產(chǎn)品的功率已標(biāo)準(zhǔn)化,因此,按要求應(yīng)選取相近的標(biāo)準(zhǔn)值。 ( 2) 電機(jī)的轉(zhuǎn)速dn 異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)速有: 3000, 1500, 1000, 750, r/min,這取決于電動機(jī)的極對數(shù) P dn=60f/p=60x50/p ( r/min) 機(jī)床中最常用的是 1500 r/min 和 3000r/min 兩種,選用是要使電機(jī)轉(zhuǎn)速與主軸最高速度maxn和工軸轉(zhuǎn)速相近為宜,以免采用過大或過小的降速傳動。 根據(jù)以上要求,我們選擇功率為 7.5KW,轉(zhuǎn)速為 1500r/min 的電機(jī),查表,其型號為 Y132M-4,其主要性能如下表 電機(jī)型號 額定功率 KW 荷載轉(zhuǎn)速 r/min 同步轉(zhuǎn)速 r/min Y132M-4 7.5KW 1440 1500 2 分配最小傳動比,擬定轉(zhuǎn)速圖 ( 1) 軸的轉(zhuǎn)速: 軸從電機(jī)得到運(yùn)動,經(jīng)傳動系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為主軸各級轉(zhuǎn)速,電機(jī)轉(zhuǎn)速和主軸最小轉(zhuǎn)速應(yīng)相近,顯然,從動件在高速運(yùn)轉(zhuǎn)下功率工作時所受扭矩最小來考 慮, 軸轉(zhuǎn)速不宜將電機(jī)轉(zhuǎn)速降得太低。弱軸上裝有離合器等零件時,高速下摩檫損耗,發(fā)熱都將成河北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) XI 為突出矛盾,因此, 軸轉(zhuǎn)速也不宜也太高, 軸轉(zhuǎn)速一般取 7001000r/min 左右較合適。 因此,使中間變速組降速緩慢。以減少結(jié)構(gòu)的徑向尺寸,在電機(jī)軸 I 到主傳動系統(tǒng)前端軸 增加一對 26/54 的降速齒輪副 ,這樣,也有利于變型機(jī)床的設(shè)計(jì),改變降速齒輪傳動副的傳動比,就可以將主軸 18 級轉(zhuǎn)速一起提高或降低。 ( 2)中間軸的轉(zhuǎn)速 對于中間傳動軸的轉(zhuǎn)速的考慮原則是:妥善解決結(jié)構(gòu)尺寸大小和噪音,振動等性能要求之間的矛盾。 中間傳動軸轉(zhuǎn)速較高時,中間傳動軸和齒輪承受扭矩小,可以使軸徑和齒輪模數(shù)小些: d 4M , m 3M 從而可使結(jié)構(gòu)緊湊。但這樣引起空載功率pL和噪音加大: N空 =1/ 610 (3.5 n da +cd主 n)KW 式中: C 系數(shù),兩支承滾動軸承和滑動軸承 C=8.5,三支承滾動軸承 C=10; da 所有中間軸軸徑的平均值; d主 主軸前后軸徑的平均值 n 中間傳動軸的轉(zhuǎn)速之和 n 主軸轉(zhuǎn)速( r/min) pL=20lg 611 0 l g ( ) 4 . 5 ( 1 t a n ) ( )anc m z q m z n 主 主-K 式中:( ()amz 所有中間傳動齒輪的分度圓直徑的平均值 mm, ;()mz主 主軸上齒輪分度圓直徑的平均值 mm, ;q 傳到主軸上所經(jīng)過的齒輪對數(shù) , 主軸齒輪螺旋角 ,1c,K 系數(shù),根據(jù)機(jī)床類型及制造水平選取,我國中型車床,銑床1c=3.5,車床 K=54,銑床 K=50.5 從上述經(jīng)驗(yàn)公式可知,主軸 n和中間傳動軸的轉(zhuǎn)速和 對機(jī)床噪音和發(fā)熱的關(guān)系,確定中間軸轉(zhuǎn)速 時,應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況做相應(yīng)的修正。 a,對高速輕載或精密機(jī)床,中間軸轉(zhuǎn)速宜取低些 b,控制齒輪圓周速度 v8m/s(可用級齒輪精度 ),在此條件下,可適當(dāng)選用較高的中間軸轉(zhuǎn)速。 ( 3),齒輪傳動比的限制 機(jī)床主傳動系統(tǒng)中,齒輪副的極限傳動比: 河北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) XII a, 升速傳動中,最大傳動比 maxU 2 ,過大,容易引起振動的噪音。 b, 降速傳動中,最小傳動比 minU 1/4。過小,則主動齒輪與被動齒輪的直徑相差太大將導(dǎo)致結(jié)構(gòu)龐大。 ( 4)分配最小傳動比 a,決定軸 V-VI 和 VI-V 的傳動比,根據(jù)臺式銑床的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),及對同類車床的比較,為使傳動平穩(wěn)取其傳動比為 1, b,決定各變速組的傳動比; 由前面 2 軸的轉(zhuǎn)速及中間軸轉(zhuǎn)速的分析,及齒輪傳動比的現(xiàn)在,根據(jù)“前緩后急”的原則,取軸 IV-V 的最小降速比為極限值的 1/4, =1.26, 61.26 =4,軸 III-IV 和軸 II-III均取minU=1/ 4 ( 5)擬定轉(zhuǎn)速圖: 根據(jù)結(jié)構(gòu)圖及結(jié)構(gòu)網(wǎng)圖及傳動比的分配,擬定轉(zhuǎn)速圖,如下圖 2.2 所示: 圖 2.2 傳動系統(tǒng)圖 2.1.4 齒輪齒數(shù)的確定及傳動系統(tǒng)圖的繪制 河北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) XIII 1 齒輪齒數(shù)的確定的要求 可用計(jì)算法或查表確定齒輪齒數(shù),后者更為簡便,根據(jù)要求的傳動比 u 和初步定出的傳動副齒數(shù)和ZS,查表即可求出小齒輪齒數(shù): 選擇是應(yīng)考慮: a,傳動組小齒輪不應(yīng)小于允許的最小齒數(shù),即: min minZZ 推薦: 對軸齒輪 minZ=12,特殊情況下 minZ=11, 對套裝在軸上的齒輪, minZ=16,特殊情況下 minZ=14, 對套裝在滾動軸承上的 空套齒輪, minZ=20; 當(dāng)齒數(shù)少于不發(fā)生根切的最小齒數(shù)時(壓力角a=20 的直齒標(biāo)準(zhǔn),minZ=17),一般需對齒輪進(jìn) 行正變位修正。 b,保證強(qiáng)度和防止熱處理變形過大,齒輪齒根 圓到鍵槽的壁厚 2m ,一般取 5mm 則m in 26 .5 Tz m,如圖 2.3 所示。 c、同一傳動組的個齒輪副的中心矩應(yīng)相 等。若摸數(shù)相等時,則齒數(shù)和亦相等,但由于傳動比要求,尤其是在傳動中使用了公用齒輪后,常常滿足不了上述要求,機(jī)床上可用修正齒輪,在一定范圍內(nèi)調(diào)整中心矩使其相等但修正量不能太大,一般齒數(shù)差不能夠超過 34 個齒。 2 變速傳動組中齒輪齒數(shù)的確定 為了減少齒輪數(shù)目和縮短變速箱的軸向尺寸,這里采用了公用齒輪。但由于公用齒輪的采用,使兩個傳動組間的傳動比互相牽制,不能獨(dú)立地按照最緊湊的原則決定傳動件的尺寸,因此,徑向尺寸一般較大,此外,公用齒輪的兩側(cè)齒面同時嚙合會影響其磨損和壽命。這里我們采用查表法來確定齒 輪的齒數(shù)。查機(jī)床設(shè)計(jì)手冊確定個齒輪齒數(shù)如下: 軸 II-III 間變速齒輪齒數(shù)的確定: 河北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) XIV 由于公比 =1.26,傳動比為1U=1/4= 41.26 ,2U=1/ 3 = 31.26 ,3U=1/ 21.26 設(shè):傳動組中最小齒輪齒數(shù)1Z=16,查機(jī)床設(shè)計(jì)手冊表 7.3-14 可查得:1U=16/39 ( 0.1%),2 U=19/36 ( 0.9%),3 U=22/33 ( -0.3%) 齒數(shù) 和為zS=55 公用齒輪選為 1Z=39 軸 III-IV 間變速組齒輪齒數(shù)的確定:傳動比為1U=1/4 2U=1/ 3 3U= 2 根據(jù)3U= 21.26 ,主動輪齒數(shù)為 39,從表 7.3-14 可查得:1U=18/47 ( -0.1%),2 U=28/37 ( 0.9%),3 U=39/26 ( -0.3%) 齒數(shù)和為:zS=65 軸 IV-V 間變速組齒輪齒數(shù)的確定: 由于變數(shù)組齒輪傳動比和各傳動副上受力差別較大齒輪副的速度變化,受力差別較大,為了得到合理的結(jié)構(gòu)尺寸,可采用不同模數(shù)的齒輪副。 軸 IV-V 間的兩對齒輪,其傳動比為1U=1/4, 2U=2 分別取1m,2m則 1ZS2ZS2e1e 取,1ZS x3=90, 2ZS=30x4=120 按傳動比將齒數(shù)分配如下: 1U=1/4=18/72 19/71 ,2U=2=80/40 82/38 軸 V-VI 及 VI-VII 間齒數(shù)確定,由于這兩個傳動組只是改變傳動方向,不起便速度作用,只需考慮其結(jié)構(gòu)尺寸及磨損振動和噪音等因素。,取 V-VI 軸間錐材料齒輪齒數(shù)為, I-VII 軸間齒輪齒數(shù)為 67。 3 主軸轉(zhuǎn)速系列的驗(yàn)算 主軸轉(zhuǎn)速在使用上并要求十分準(zhǔn)確,轉(zhuǎn)速稍高或稍低并無太大影響,但標(biāo)牌上標(biāo)準(zhǔn)數(shù)列的數(shù)值一般也不允許與實(shí)際轉(zhuǎn)速相差太大。 由確定的齒輪齒數(shù)所得的實(shí)際轉(zhuǎn)速與傳動設(shè)計(jì)理論值難以 完全相符,需要驗(yàn)算主軸各級轉(zhuǎn)速,最大誤差不得超過 10 1 %( ) 即 河北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) XV nnnn 理 論實(shí) 際理 論 10 1( ) % 主軸的各級實(shí)際轉(zhuǎn)速分別為: 29.4, 37.8, 47.7, 58, 74.6, 94.3, 115, 148, 187, 236.7,304.5, 384.6, 468, 602, 760, 927, 1192.6, 1526.5 r/min nnnn 理 論實(shí) 際理 論= 29.4 3030=2% 而 10 1( ) %=2.6%故符合條件 同理:經(jīng)驗(yàn)算,其他各級轉(zhuǎn)速也滿足要求。 4 傳動系統(tǒng)圖的繪制 轉(zhuǎn)速圖和齒輪齒數(shù)確定后,變速箱的結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度也基本確定了(如齒輪個數(shù),軸數(shù),支承軸,為使變速箱的結(jié)構(gòu)緊湊,合理布置齒輪是一個重要的問題,因?yàn)樗苯佑绊懽兯傧涞某叽?,變速操作的方便性和結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的可行性問題,在考慮主軸適當(dāng)?shù)闹С芯嗪蜕釛l件下,一般應(yīng)盡可能減少變速箱尺寸 。這里為使變速操作的方便,提高效率采用電磁離合器操縱方式。根據(jù)計(jì)算結(jié)果,繪制出傳動系統(tǒng)圖,如圖 2.4 所示 圖 2.4 主傳動系統(tǒng)圖 主運(yùn)動傳動鏈的傳動路線表達(dá)式如下: 河北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) XVI 電動機(jī) I 2625 II163919362233 III184728373926 IV19218238=V 2929 VI 6767 VIII(主軸) . 傳動件的估算與驗(yàn)算 2.2.1 傳動軸的估算和驗(yàn)算 傳動軸除應(yīng)滿足強(qiáng)度要求外,還應(yīng)滿足剛度要求。強(qiáng)度要求保證軸在反復(fù)載荷和扭轉(zhuǎn)載荷作用下不發(fā)生疲勞破壞。機(jī)床主傳動系統(tǒng)精度要求高,不允許有較大的變形因此,疲勞強(qiáng)度一般不是主要矛盾,除載荷很大的情況下,可以不必驗(yàn)算軸的強(qiáng)度。剛度要求保證軸在載荷下不致產(chǎn)生過大的變形(彎曲,失穩(wěn),轉(zhuǎn)角)。若剛度不足,軸上的零件如齒輪,軸承等將由于軸的變形過 大而不能正常工作,或產(chǎn)生振動和噪聲,發(fā)熱,過早磨損而失效。因此,必須保證傳動軸有足夠的剛度。可以先扭轉(zhuǎn)剛度估算軸的直徑,畫出草圖后,再根據(jù)受力情況,結(jié)構(gòu)布置和有關(guān)尺寸,驗(yàn)算彎曲剛度。 1 傳動軸直徑的估算 傳動軸直徑按扭轉(zhuǎn)剛度用下列公式估算傳動軸直徑: d=91 4 jNn mm 式中: N 該傳動軸的輸入功率 N Ny KW N 電機(jī)額定功率 y 從電機(jī)到該傳動軸之間傳動件的傳動效率的乘積(不計(jì)該軸軸承上的效率)。 jn 該傳動軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速; 計(jì)算轉(zhuǎn)速jn是傳動件能傳遞全部功率的最低轉(zhuǎn)速,各傳動件的計(jì)算轉(zhuǎn)速可以從轉(zhuǎn)速圖上,按主軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速和相應(yīng)的傳動關(guān)系而確定,而中型車,銑床主軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速為: 河北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) XVII jn(主) = 2 13minn 每米長度上允許的扭轉(zhuǎn)角( deg/m) ;可根據(jù)傳動軸的要求選取。 對傳動軸剛度要求 允許扭轉(zhuǎn)角 主軸 一般傳動軸 較低的軸 ( deg/m) 0.5-1 1-1.5 1.5-2 估算時應(yīng)注意: ( 1) 值為每米長度上允許的扭轉(zhuǎn)角,而估算的傳動軸的長度往往不足 1m,因此,在計(jì)算 時應(yīng)按軸的實(shí)際長度計(jì)算和修正,如軸為 500mm,取 =1deg/m 則 d=91 4 1000 1500jNn mm ( 2) 效率 y 對估算軸徑 d 影響不大,可以忽略 ( 3) 如使用花鍵是可根據(jù)估算的軸徑 d 選取相近的標(biāo)準(zhǔn)花鍵軸的規(guī)格,主軸總軸徑可參考統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)確定; 1.5-2.8 2.8-4 4.5-7.5 5.5-7.5 7.5-11 車床 60-80 70-90 70-105 95-130 110-145 升降臺銑 床 50-90 60-90 60-95 75-100 90-105 各軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速: 8 13m i n 6vjjjn n n n n 從主=95 r/min IVjn=118 m/min IIIjn=300 r/min IIjn=750 r./min Ijn=1450 r/min 軸徑的估算 : Id=91x4 7.51450 1=24.4 河北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) XVIII IId=91x4 7.5750 1=28.78 IIId=91x4 7.5300 1=36.18 IVd=91x4 7.5118 1 =45.69 Vd=91x4 7.595 1=48.24 2 傳動軸剛度的驗(yàn)算 ( 1)軸的彎曲變形的條件和允許值 機(jī)床的主傳動軸的彎曲剛度驗(yàn)算,主要驗(yàn)算軸上裝齒輪和軸承出的撓度 y 和傾角 。各類軸的撓度 y,裝齒輪和軸承處的傾角 ,應(yīng)小于彎曲剛度的許用值 y 和 ,即 yy 。 軸的彎曲變形的允許值: 軸的類型 允許撓度 變形部位 允許傾角 一般傳動軸 ( 0.00030.0005) 裝軸承處,裝齒輪處 0.0025 0.0001 剛度要求較高的軸 0.00021 裝單列圓錐磙子軸承 0.0006 安裝齒輪的軸 ( 0.010.03) 裝滑動軸承處 0.001 安裝蝸輪的軸 ( 0.020.05) 裝單列徑向圓錐磙子軸承處 0.001 ( 2)軸的彎曲復(fù)形計(jì)算公式: 計(jì)算花鍵軸的剛度時可采用平均直徑1d或當(dāng)量直徑2d 計(jì)算公式:矩形花鍵軸:平均直徑1d=( D+d) /2 當(dāng)量直徑2d=4 64I 慣性矩: I= 426 ( ) ( )64d z D d D d 確定矩形花鍵軸的平均直徑 d1, 當(dāng)量直徑 d 2和慣性 In,慣性 In查機(jī)床設(shè)計(jì)指導(dǎo) 35河北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) XIX 頁表可定: 花鍵軸尺寸 Z D d b ( GB1144-74) 平均直徑 1d mm 當(dāng)量直徑 2d mm 極慣性矩 n 4mm 慣性矩 n 4mm 軸 :6 36 42 10 39 39.26 233341 116671 軸 :6 42 48 12 45 45.3 414840 207420 軸 IV:6 50 55 14 52.5 52.7 758297 379148 軸 V:6 50 55 14 52.5 52.7 758297 379148 . .齒輪模數(shù)的估算 1 估算 按接觸疲勞和彎曲強(qiáng)度計(jì)算次論模數(shù)比較復(fù)雜,而且有些系數(shù)只有在齒輪各參數(shù)都已知的情況先才能確定,所以只在草圖畫完之后校核用。在畫草圖之前,先估算,再選用標(biāo)準(zhǔn)齒輪模數(shù)。 齒輪彎曲疲勞強(qiáng)度的估算: wm 332njNZ mm 齒面點(diǎn)蝕的估算: A3370jNn mm 其中 jn為大齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)速, A 為齒輪中心矩,由中心矩 A 及齒數(shù)1z,2z求出模數(shù) jm=2A/12()zz mm 根據(jù)估算所得wm和jm中較大的值,選擇相近的標(biāo)準(zhǔn)模數(shù), 各齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)數(shù)為: 26zjn=1450r/min 22zjn=695r/min 18zjn=300r/min 38zjn235r/min 河北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) XX 71zjn=95r/min 36zjn=273r/min 37zjn=235r/min 54zjn=695r/min 33zjn=475r/min 47zjn=118r/min 19zjn=695r/min 16zjn=695r/min 39zjn=300r/min 28zjn=300r/min 82zjn=118r/min 軸 I II 間傳動組齒輪模數(shù)的估算 齒輪彎曲疲勞估算:wm 332njNZ=323 7.554 695=1.87 齒輪點(diǎn)蝕的估算 : A3370jNn=370x 3 7.5695=81.76 mm jm=2A/12()zz=2x81.76/(26+54)=2.04 mm 所以模數(shù)為 m=3. 軸 II III 傳動組齒輪模數(shù)的估算 齒輪彎曲疲勞估算:wm 332njNZ=323 7.539 300=2.759 齒面點(diǎn)蝕估算: A3370jNn=370x 3 7.5300=108.18 jm=2A/12()zz=2x108.18/(16+39)=3.93 mm 取標(biāo)準(zhǔn)模數(shù) m=4 軸 III IV 間傳動組齒輪模數(shù)的估算 齒輪彎曲疲勞估算:wm 332njNZ=32x3 7.537 235=3.046 齒面點(diǎn)蝕估算: A3370jNn=370x 3 7.5235=117.3 jm=2A/12()zz=2x147.3/(28+37)=3.61 所以取標(biāo)準(zhǔn)模數(shù) m=4mm。 河北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) XXI 軸 V VI 間傳動組齒輪模數(shù)的估算: 齒輪彎曲疲勞 計(jì)算, 332wnjNMZ37 .5322 9 9 54.46 齒面點(diǎn)蝕估算: A33 7 0 3 7 0jNnx3 7.5 0.98595=153.4 jm=2A/12()zz=2x153.4/(29+29)=5.29 取標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)值 m=5,軸 VI VII 間齒輪模數(shù)的確定: 齒輪彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算, 332wnjNMZ37 . 53 2 3 . 3 76 7 9 5 齒面電蝕估算 A33 7 0 3 7 0jNnx 3 7.595=158.7 jm=2A/12()zz=2x158.7/(67+67)=2.37 取模數(shù)值為 m=4。 2 計(jì)算(驗(yàn)算) 結(jié)構(gòu)確定后,齒輪的工作條件:空間安排,材料和精度等級都已經(jīng) 確定,才可以核驗(yàn)齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度和彎曲疲勞強(qiáng)度值是否滿足要求。 根據(jù)接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算齒輪模數(shù)的公式:jm= 1 2 33 221( 1 ) smji k k k k NZ i n mm 根據(jù)彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算齒輪模數(shù),公式wm= 1 2 33 1 sm j wk k k k NZ Y n mm 式中: N 計(jì)算齒輪傳遞的額定功率 N=dN KW jn 計(jì)算齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)速 r/min m 齒寬系數(shù)m=b/m, m常取 6-10; 1Z 大齒輪與小齒輪齒數(shù),一般取傳動中最小齒輪的齒數(shù) 河北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) XXII i 大齒輪與小齒輪的傳動比, i=2Z/1Z 1; “+”用于外嚙合,“ -”用于內(nèi)嚙合 sk 壽命系數(shù),sk=rk nk qk, tk 工作期限 系數(shù),tk=060m ntC 齒輪等傳動件在接觸和彎曲交變載荷下的指數(shù) m 和基準(zhǔn)循環(huán)次數(shù)0C n 齒輪的最低轉(zhuǎn)速 r/min T 預(yù)先的齒輪工作期限,中型機(jī)床推薦: T=1500020000h; nk 轉(zhuǎn)速變化系數(shù) nk 功率利用系數(shù) qk 材料強(qiáng)化系數(shù),幅值低的交變載荷可使金屬材料的晶粒邊界強(qiáng)化,起阻止疲勞的刃縫擴(kuò)大的作用 1k 工作情況系數(shù),中等沖擊的主運(yùn)動,1k=1.21.6; 2k 動載荷系數(shù) 3k 齒向載荷分布系數(shù) Y 齒形系數(shù) w j 許用彎曲,接觸應(yīng)力 MPa; ( 1) 軸 I-II 間齒輪模數(shù)的計(jì)算 (驗(yàn)算 ) a 按接觸疲勞計(jì)算齒輪模數(shù) : N=y Nd =0.98 7.5=7.35W min/1450 rn J m=8 261 Z 河北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) XXIII 0769.2265412 ZZi qNnTs KKKKK 查表 : 取 ,99.0nK ,58.0NK 64.0qK 18.510 160014506060 3 70 mT C nTK 則 90.164.058.099.018.5 qNnTS KKKKK 取 ,4.11 K 線速度 smmzV /83.111032660 2145 01060 2145 0 33 查表 : 取 4.12K 3 0 7 6.0826111 md z 查表 取 13 K 查表取 M P a650 . 因此 : 76.31 4 5 06 5 00 7 6 9.226835.79.114.14.1)10 7 6 9.2(1 6 3 0 0 322 jm b 根據(jù)彎曲疲勞 計(jì)算 42 7 5 1 321 wj sw mnYZNKKKKm 查表取 : ,4.11 K ,4.12K ,13K .qNnTs KKKKK 而 382.11021600014506060 680 mT CnTK 查表取 85.0,78.0,99.0 qNn KKK. Y=0.43, MPaw 275 91.085.078.099.03 8 2.1 sK 河北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) XXIV 因此 : 167.02751 4 5 0843.02635.791.014.14.1275 wm。 由以上計(jì)算結(jié)果知,齒輪模數(shù)合格。 ()其它齒輪模數(shù)的驗(yàn)算 其它齒輪的驗(yàn)算過程與上面相同,將有關(guān)數(shù)值代入上式,經(jīng)計(jì)算均滿足要求; . 展開圖設(shè)計(jì) . .結(jié)構(gòu)實(shí)際的內(nèi)容及技術(shù)要求 1 設(shè)計(jì)內(nèi)容 設(shè)計(jì)主軸變速箱的結(jié)構(gòu)包括傳動件(傳動軸,軸承,齒輪,離合器和制動器等),主軸組件,操縱機(jī)構(gòu),潤滑密封系統(tǒng)和箱體及其連接件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與布置,用一張展開圖和若干張橫截面圖表 示。 2 技術(shù)要求 主軸變速箱是指機(jī)床的主要部分,設(shè)計(jì)時除考慮一般機(jī)械傳動的有關(guān)要求外,著重考慮以下幾個方面的問題: ( 1)精度 立式銑床主軸部分要求比較高的精度主軸的徑向跳動, 0.01mm;主軸軸向串動 0.01mm。 ( 2)剛度和抗振性 綜合剛度(主軸刀架之間的力與相對變形之比); 綜合剛度 3400 3D N/m 主軸與刀架之間的相對振幅的要求 等級 I II III 振幅( 0.001mm) 1 2 3 (3),傳動效率要求 河北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) XXV 等級 I II III 效率 0.85 0.8 0.75 ( 4)主軸總軸承處溫升和溫升應(yīng)控制在以下范圍: 條件 溫度 溫升 用滾動軸承 70 C 40 C 用滑動軸承 60 C 30 C ()噪聲要控制在以下范圍: 等級 I II III dB 78 80 83 噪音pL pL=20log1 ( ) 4 . 5 ( 1 t a n ( )anc m z q m z n k 主 主 式中: ()amz 所有中間傳動齒輪分度圓直徑的平均值 mm ()mz主 主軸上齒輪的分度圓直徑的平均值 mm q 傳到主軸所經(jīng)過的齒輪對數(shù) 1c,k 系數(shù),根據(jù)個類型及制造水平選取。我國中型車床,銑床1c=3.5,車床 K254,銑床 K50.5 ()結(jié)構(gòu)簡單,緊湊,加工和裝配工藝性好,便于維修和調(diào)整 ()操作方便,安全可靠 ()遵循標(biāo)準(zhǔn)化和通用化的原則 . . 齒輪塊的設(shè)計(jì) 1 特點(diǎn) 齒輪是變速箱中的重要元件,齒輪同時嚙合的齒數(shù)是周期性變化的,也就是說,作用在一個齒上的載荷是變化的。同時由 于齒輪制造及安裝誤差,不可避免要產(chǎn)生動載荷河北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) XXVI 而引起振動和噪音,常常成為變速箱的主要噪聲源,并影響主軸回轉(zhuǎn)均勻性,在設(shè)計(jì)齒輪時,應(yīng)充分考慮這些問題。 2 精度等級的選擇 變速箱中齒輪用于傳遞動力和運(yùn)動。它的精度選擇主要取決于周圍速度。采用同一精度時,周圍速度越高,振動和噪聲越大,根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果,周圍速度增加一倍,噪音約增加 6dB。工作平穩(wěn)性和接觸誤差對振動和噪音的影響比運(yùn)動誤差更大。所以這兩項(xiàng)精度應(yīng)選高一級,為了控制噪音,機(jī)床上主傳動齒輪都選用較高的精度,大都用 7-6-6,這里主運(yùn)動齒輪的精度選為 7-6-6。 3 結(jié)構(gòu)與加工方法 不同精度等級的齒輪,要采用不同的加工方法,對結(jié)構(gòu)要求也有不同。 8 級精度齒輪,一般滾齒或插齒就可以達(dá)到。 7 級精度齒輪,用較高精度滾齒機(jī)或插齒機(jī)可以達(dá)到。但淬火后,由于變形,精度下降,因此,需淬火的 7 級齒輪一般滾(插)后要剃齒,使精度高于 7 級或淬火和衍齒才能達(dá)到 6 級。機(jī)床主軸變速箱中齒輪一般都需要淬火。多聯(lián)齒輪塊的結(jié)構(gòu)形式如下圖2.5 所示,各部分的尺寸推薦如下: ( 1)、空刀槽kb, 插齒時: 模數(shù) 1 2mm, kb 5mm; 模數(shù) 2.5 4mm, kb 6mm。 剃齒時: 采用公式:kb=4.5+k(1.1+0.0381d-0.032d)mm 及計(jì)算。 試中, k 為與剃齒刀傾斜角 有關(guān)的系數(shù)。 若齒面要高頻淬火,為避免互相影響,kb應(yīng)大于 8。 由于這里采用的齒輪的精度為 7-6-6,需要剃齒或珩 圖 2.5 齒,需齒面淬火,所以kb 8,取kb=8。 ()、齒寬 b 齒寬影響齒的強(qiáng)度。但如果太寬,由于齒輪誤差和軸的變形,可能接觸不均勻,反河北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) XXVII 而容易引起振動和噪音。一般取 =(610)m 齒輪模數(shù) m 小,裝在軸的中部或單片齒輪,取大值齒輪模數(shù) m 大,裝在靠近支承處或多聯(lián)齒輪,取小值。薄的大齒輪容易產(chǎn)生板振動,成為噪音發(fā)射體,因此,齒輪基體 不宜太薄,設(shè)計(jì)單片齒輪時要注意 這里均是單片齒輪,取齒寬( m 為模數(shù))。 ( 3)、其他問題 滑移齒輪進(jìn)出嚙合的一端要圓齒,有規(guī)定的形狀和尺寸(見圖 2.6),圓齒和倒角性質(zhì)不同,加工方法和畫法也不一樣, 圖 2.6 1bh部分 (圖(一)用于安裝撥動齒輪的滑塊,1bh= 10 5 或 12 6 ,這里我們選一般取126。 選折齒輪 塊的結(jié)構(gòu)時要考慮毛坯形式(棒料、自由鍛或模鍛)和機(jī)械加工時的安裝和定位基面,盡可能做到省工,省料又容易保證精度。 4 組合齒輪 齒輪磨齒時,要求有叫大的空刀(砂輪)距離,因此,多聯(lián)齒輪不便作成一整體一般都作成組合的齒輪塊。有時為了縮短軸向尺寸,也采用組合齒輪。 這里軸 的三聯(lián)滑移齒輪可做成浮動連接的組合齒輪,其結(jié)構(gòu)如下圖 2.7 圖 2.7 說明:齒輪 3 的左邊挖一圓溝槽,端面上有若干個徑向缺口,齒輪 1 的右側(cè)有 2 個河北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) XXVIII 銷子 2,安裝時將銷子 2 對證齒輪端面的缺口,把齒輪 1 和齒輪 3 拼裝后,相對轉(zhuǎn)過一個角度,一起裝在花鍵軸上。 這種結(jié)構(gòu),連接后的兩個齒輪成為一體,但連接是浮動的,不影響兩個齒輪在花鍵軸上的定心。 5 齒輪的軸向定位 要保證正確嚙合,齒輪在軸上的位置應(yīng)該可靠,空套齒輪和固定在軸上的齒輪的軸向定位可采用隔套定位。 . . 傳動軸設(shè)計(jì) 1 特點(diǎn) 機(jī)床傳動軸,廣泛采用滾動軸承作支承。軸上要安裝齒輪,離合器和制動器等。傳動軸應(yīng)保證這些傳動件或機(jī)構(gòu)能正常工作 首先,傳動軸應(yīng)有足夠的強(qiáng)度和剛度,如撓度和傾角過大,將使齒輪嚙合不良,軸承工作條件惡化,使振動,噪音、空載功率、磨損和發(fā)熱增大。 兩軸中心距誤差和軸心線間的平行度等裝配及加工誤差也會引起上述問題。 2 軸的結(jié)構(gòu) 傳動軸可以是光軸也可以是化鍵軸,成批生產(chǎn)中,有專門加工花鍵軸的洗床和磨床,工藝上并無困難。所以一般都采用化鍵軸,花鍵軸承載能力高,加工如轉(zhuǎn)盤也比但單鍵的光軸方便。 這里 I 軸與電機(jī)軸相連, I 軸上只裝有一個齒輪,可選光軸 II、 III、 IV、 V 軸采用花鍵軸, VI 軸采用光軸。 3 軸承的選擇 機(jī)床 傳動軸常用的滾動軸承有球軸承和滾錐軸承。在溫升??蛰d功率和噪音等方面,球軸承都比滾錐軸承優(yōu)越。而且滾錐軸承對軸的剛度、支承孔的加工精度要求都比較高,異常球軸承用得更多。但滾錐軸承的內(nèi)外圈可以公開。裝配方便,間隙容易調(diào)整。所以有時在沒有軸向力時,也常采用這種軸承。選擇軸承的型式和尺寸,首先取決于承載能力,但也要考慮其它結(jié)構(gòu)條件。 即要滿足承載能力要求,又要符合孔的加工工藝,可以用輕、中、或重系列的軸承來達(dá)到支承孔直徑的安排要求 花鍵軸兩端裝軸承的軸頸尺寸至少有一個應(yīng)小于花鍵的內(nèi)徑,一般傳動軸上軸承選用 G河北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) XXIX 級精度 。 ( 1)滾動軸承的選擇計(jì)算 a,壽命計(jì)算公式: 滾動軸承的壽命計(jì)算公式如下: L= cp 試中: L 額定壽命( x 610 )轉(zhuǎn) C 額定動載荷( Kgf) P 當(dāng)量負(fù)載荷( Kgf) 壽命指數(shù),對球軸承 =3 對滾子軸承 =10/3 在實(shí)際計(jì)算中,一 般采用工作小時數(shù)表示軸承的額定壽命,這時上試可變?yōu)椋?hL= 61060n 試中:hL 額定壽命( h) n 軸承的計(jì)算轉(zhuǎn)速( r/min) 當(dāng)量動載荷 P=XrF+YaF 試中:rF 徑向負(fù)荷( Kgf) aF 軸向負(fù)荷( Kgf) X 徑向系數(shù) Y 軸向系數(shù) ( 2)按照負(fù)載荷選擇軸承 按額定靜負(fù)載選擇軸承的基本公式如下: 0C= 0S 0P 試中:0P 當(dāng)量靜負(fù)荷( kgf) 按下列兩式計(jì)算,取大值 0 0 0rap x F Y F 0 rpF 0C 額定靜負(fù)荷( kgf) 河北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) XXX 0S 安全系數(shù) ( 3)軸承的選擇 I 軸兩端軸承的選擇,根據(jù)前面估算的直徑及該軸的結(jié)構(gòu)和受力情況,選擇單列向心球軸承( GB276 64)軸承型號為 7000308(左軸承)右軸承 7000307 II 軸兩端軸承的選擇 左軸承: 7000307 右軸承: 7000306 III 軸:左, 7000309 右, 7000308 IV 軸:左, 7000310,右 7000409 V 軸軸承的選擇,由于軸 V 右端懸伸部分與錐齒輪不相連,承受一定的軸向負(fù)荷及徑向負(fù)荷,因此,可選用圓錐磙子軸承左端型號: 27310( GB298 64) 右端: 27610 VI 軸垂直布置,下端軸承承受到大的軸向力,可選用向心推力球軸承,型號為 36107,上端軸承可選用向心球軸承 7000309 4 軸的軸向定位 傳動軸必須在箱體內(nèi)保持準(zhǔn)確的位置,相對保證安裝在軸上各傳動件的位置正確性,不論軸是否轉(zhuǎn)動,是否受軸向力,都必須有軸的定位。對受軸向力的軸,其軸向定位更重要。 回轉(zhuǎn)軸的軸向包括軸承在軸上的定位和 在箱體孔中定位)在選擇定位方式時應(yīng)注意: 1,軸的長度,長度要考慮熱伸長的問題,宜有一端定位。 2,軸承的間隙是否需要調(diào)整。 3,整個軸的軸向位置是否需要調(diào)整 4,在有軸向載荷的情況下不宜采用彈簧卡圈 5,加工和裝配的工藝性等 根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和收里情況, I, II, III, IV, V 軸均采用彈簧卡圈定位或壓蓋和軸肩定位。 傳遞軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ()、 軸 I 的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) : 1) ,選聯(lián)軸器 軸 I 與電機(jī)軸用聯(lián)軸器相連 ,需同時選取連軸器 .軸 I 上的轉(zhuǎn)矩 T 為 : 河北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) XXXI .9 0 2 6.481 4 5 099.05.79 5 5 09 5 5 0 mNnpNTj 聯(lián)軸器的計(jì)算轉(zhuǎn)矩 ,TKTAca 查表取 5.1AK 則 ,根據(jù)工作需要 ,選用彈性柱銷連軸器 ,型號為 HL3,聯(lián)軸器的許用轉(zhuǎn)矩為 : mNT 630 , 聯(lián)軸器的軸孔直徑d=38mm, 半聯(lián)軸器的長度為 L=82mm, 聯(lián)軸器標(biāo)記為 : HL3 聯(lián)軸器 38 82 GB501485. 2) ,按軸向定位要求確定軸的各段直徑和長度 . . . 主軸組件設(shè)計(jì) 主軸組件 結(jié)構(gòu)復(fù)雜 ,技術(shù)要求高 ,安裝工件 (車床 )或者刀具 (銑床 ,鉆床 )的主軸參予切削成形運(yùn)動 ,因此它的精度和性能直接影響加工質(zhì)量 (加工精度和表面粗糙度 ),設(shè)計(jì)時主要圍繞著保證精度 ,剛度和抗振性 ,減小溫度和熱變形等幾個方面考 慮 對主軸部件的基本要求 主軸組件是機(jī)床主要部件之一 . 它的性能對整機(jī)性能影響很大 . 主軸直接承受切削力 ,轉(zhuǎn)速范圍又很大 ,所以對主軸組件的主要性能基本要求如下 : ( 1) 回轉(zhuǎn)精度 . 主軸組件的回轉(zhuǎn)精度是指主軸的回轉(zhuǎn)精度 .造成主軸回轉(zhuǎn)誤差的原因是主要是由于主軸的結(jié)構(gòu)及其加工精度 ,主軸軸承的選用及 剛度等 ,而主軸及其回轉(zhuǎn)零件的不平衡 ,在回轉(zhuǎn)時引起的激振力也會造成主軸的回轉(zhuǎn)誤差 . ( 2) 剛度 . 主軸組件的剛度指受外力作用時 ,主軸組件抵抗變形的能力 . 主軸部件的剛度與主軸結(jié)構(gòu)尺寸 ,支承跨距 ,所選用的軸承類型及配置形式 ,軸承間隙的調(diào)整 ,主軸上傳動元件的位置等有關(guān) . ( 3) 抗振性 : 主軸組件的抗振性是指切削加工時 ,主軸保持平衡運(yùn)轉(zhuǎn)而不發(fā)生振動的能力 ,提高主軸抗振性 ,必須提高主軸組件的靜剛度 ,采用較大阻尼比的前軸承 ,以及在必要時安裝阻尼 (消振 )器 ,另外 ,使主軸的固有頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于激振力的頻率 . ( 4) 溫 度 . 主軸組件在運(yùn)轉(zhuǎn)時 ,溫度過高會引起很多不良結(jié)果 ,數(shù)控機(jī)床在解決溫度問題時 ,一般采用注溫主軸箱 . ( 5) 耐磨性 , 主軸組件必須有足夠的耐磨性 ,以便能長期保持精度 . 主軸部件的傳動方式和布置形式 . ( 1)傳動方式 河北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) XXXII 主軸旋轉(zhuǎn)運(yùn)動傳動方式的選擇 ,決定于主軸轉(zhuǎn)速的高低 ,所傳遞扭矩的大小 ,對遠(yuǎn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)性的要求及結(jié)構(gòu)緊湊 ,裝卸維修方便 .這里我們選擇齒輪傳動 ,這樣結(jié)構(gòu)簡單 ,緊湊和能傳遞較大的扭矩 . ( 2)傳動件位置的合理布置 . 對于傳動件直接裝在主軸上的主軸部件 ,工作時主要承受傳動力 Q.切削力 P 和支承反力 . 合理布置傳動件的軸向位置 ,可以改善主軸的受力情況 ,減少主軸的變形 ,改善傳動件的軸承工作條件 ,減少軸承的受力 ,提高主軸部件的抗振性等 . 合理布置的原則 傳動力 Q 引起的主軸彎曲變形小 ,且能部分抵消切削力 P 引起的主軸彎曲變形 . 傳動力 Q 引起的支承反力能部分抵消切削力引起的支承反力 . 傳動力 Q 引起的主軸端位移小 ,并且盡可能部分地抵消切削力引起的端位移 ,尤其在影響加工精度的敏感方向上 . 結(jié)構(gòu)緊湊 ,主軸箱尺寸小 ,裝配維修方便 . 綜合所上述原則 ,選擇傳動件的軸向布置形式如下圖 2.8: 圖 2.8 主軸部件軸承的選擇 ( 1) 主軸軸承的選擇 主軸部件上的軸承應(yīng)具有旋轉(zhuǎn)精度高 ,剛度高 ,承載能力強(qiáng) ,抗振性好 ,極限轉(zhuǎn)速高 ,適應(yīng)變速范圍大 ,摩擦功耗小 ,噪音低 ,壽命長的性能 ,同時應(yīng)滿足制造簡單 ,使用維修方便 ,成本低 ,結(jié)構(gòu)尺寸小等要求。滾動軸承已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化 ,并有專門工程批量生產(chǎn) ,而且它在旋轉(zhuǎn)精度高 ,剛度 ,承載能力 ,轉(zhuǎn)速 ,發(fā)熱等主要性能上能滿足大多數(shù)主軸部件的要求 ,特別是它具有能在轉(zhuǎn)速和載荷變動范圍很大的的條件下穩(wěn)定工作的的優(yōu)點(diǎn)。這里前支承選用河北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) XXXIII -3182100 型 ,可承受徑向力 ,反支承選用一對推力球軸承 ,承受徑向和軸軸向載荷 ,使主軸軸向定位 . ( 2) 軸承的配置 大多數(shù)機(jī)床主軸采用兩個支承 ,結(jié)構(gòu)簡單 ,制造方便 ,在配置軸承時 ,應(yīng)注意以下幾點(diǎn) : 沒個支承點(diǎn)都要能承受徑向回力 每個方向的軸向力應(yīng)分別有相應(yīng)的軸承承受 徑向力和兩個方向的軸向力都應(yīng)傳遞到箱體上 ,即負(fù)載都由機(jī)床支承件承受 軸承配置簡圖 2.9 如下 : 圖 2.9 軸承配置簡圖 ( 3)軸承的精度配合 主軸 軸承的精度要求比一般傳動高 ,前軸承的誤差對主軸前端的影響最大 ,所以前軸承的精度一般比后軸承的選擇要高一級。普通精度級機(jī)床的主軸 ,前軸承選 C 或 D 級 ,后軸承選 D 或 E 級 .精密或高精級機(jī)床 , 前軸承選 B 或 C 級 , 后軸承選 C 或 D 級。這里前軸承選 C 精度 , 后軸承選 D 級精度軸承與軸和軸承與箱體孔之間 ,一般都采用過渡配合 ,采用比一般軸要松一些 .如 :j5, js5, j6, js6. 另外 ,軸承內(nèi)外環(huán)都是薄壁件 ,軸的孔和形狀誤差都會反映到軸承滾道上去 ,如果配合精度選得過低 ,會降低軸承的回轉(zhuǎn)精度 ,所以 , 軸承孔的精度應(yīng)與軸承精 度相匹配 . 內(nèi)圓選,1gd 外圓選.1Gd 主軸支承結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 支承中的軸承應(yīng)定位可靠 ,精度保證性好 .安裝調(diào)整方便 . 支承中各零部件的加工和裝配工藝性好 ,維修更換方便 . 1, 軸承 (3182118 型 )內(nèi)圈的軸向定位 雙列短圓柱滾子軸承內(nèi)圈相對外圈可以移動 ,當(dāng)內(nèi)圈向大端移動時 ,由于 1:12 的內(nèi)錐孔 .內(nèi)圈將脹大消除間隙。 主軸端部的結(jié)構(gòu)型式 主軸端部的型式取決于機(jī)床的類型和安裝夾具或刀具的型式 . 主軸端部的結(jié)構(gòu) ,應(yīng)保證河北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) XXXIV 夾具頂尖或 刀具可靠 ,定位準(zhǔn)確 ,高的聯(lián)結(jié)剛度以傳遞足夠的扭矩 ,并盡量縮短主軸懸伸長度 ,以及裝卸方便等 . 通用銑床主軸端部結(jié)構(gòu)型式如下圖 2.10: 圖 2.10 主軸端部結(jié)構(gòu) 7:24 錐孔作定位面 ,供安裝銑刀或銑刀心軸的尾錐 ,再用拉桿從主軸后端拉緊四個螺孔供安裝銑刀用 ,兩個長槽供安裝端面鍵以傳遞扭矩 . 主軸主要參數(shù)的確定 主軸的主要參數(shù)是指 :主軸平均直徑 D(主軸前軸頸直徑 D1);主軸內(nèi)孔直徑 d,;主軸懸伸量 a 和主軸 支承跨距 L。這些參數(shù)直接影響主軸的工作性能 .但為簡化問題 ,主要從靜剛度條件出發(fā)來確定這些參數(shù) . 即選擇 D,d,a,L 使主軸獲得最大的靜剛度 ,也就是使主軸軸端位移最小 ,同時兼顧其他的要求 ,如高速性 ,抗振性能等。 ( 1) 主軸軸頸直徑 1D 的確定 主軸軸頸直徑 1D 對主軸部件剛度影響最大 . 加大直徑 1D ,可減少主軸本身彎曲變形引起的主軸軸端位移和軸承彈性變形所引起的軸端位移 ,從而提高主軸部 件剛度 . 但加大直徑受到軸承nD值的限制 ,同時造成相配零件尺寸加大 ,制造困難 ,結(jié)構(gòu)龐大和重量增加等 . 因此在滿足剛度要求下應(yīng)取小值。查 取 1D =90mm,后軸頸mmD 852 平均軸頸 .5.872 21 mmDDD 取 d=27mm. ( 2) 主軸內(nèi)孔直徑 d 的確定 主軸內(nèi)孔主要用于通過棒料夾緊刀具或工件的控桿 ,冷卻管等 ,大型 ,重型機(jī)床的空心主軸還可以減輕重量 . 確定孔徑 d 的原則是在滿足對空心主軸孔徑的要求和最小壁厚要河北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) XXXV 求以及不削弱主軸剛度的要求下盡量去大些。由材料力學(xué)知 ,軸剛度 K 與抗彎截面慣性矩 I 成正比 ,與直徑之間有下列關(guān)系 : 41 ( )KI dK I D 空 空實(shí) 實(shí) 由上式可知 ,當(dāng) / 0 .5 0 .6dD時 ,空心主軸的剛度 K空與實(shí)心主軸的剛度 K實(shí)相差甚小 ,即內(nèi)孔對主軸剛度降 低的影響很小 , 當(dāng) / 0.7dD 時 ,剛度降低約 25%.因此 ,為了不至于過分地削弱主軸剛度 ,一般應(yīng)使 / 0.7dD 另外 ,還應(yīng)考慮主軸的頸外壁厚是否足夠 . 推薦 : 銑床 ,d= 拉 桿 直 徑 +(5-10)mm. 根 據(jù) 銑 床 XK5040 的 主 參 數(shù) , 取 d=29mm. 則 / 2 7 / 9 0 0 .3dD 22。滿足要求 . ( 3) 主軸懸伸量 a 的確定 主軸懸伸量 a 是指主軸前端大炮前支承徑向反力作用中點(diǎn) (一般為前徑向支承中點(diǎn) )的距離 ,它主要取決于主軸端部結(jié)構(gòu)型式和尺寸 (大多都有軸端標(biāo)準(zhǔn) ),前支承的軸承配置和密封裝置等 . 有的還與機(jī)床其它結(jié)構(gòu)參數(shù)有關(guān) ,如工作臺的行程等 . 因此主要由結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)確定。參考同類機(jī)床和 ,取1/ 0.7,aD則懸伸量 a=63mm。 4, 主軸跨距 l 的確定 根據(jù) , 計(jì) 算 前 支 承 剛 度1 . 4 1 . 4 511 7 0 0 1 7 0 0 9 0 9 . 2 5 5 1 0 /AK D N m m . 計(jì)算綜合變量 =3AEIKa 此處取彈性橫量 52 1 0E M P a . (鋼的 52 1 0E M P a ) 主軸的截面慣性距 4 4 4 4 6 4( ) ( 9 0 2 7 ) 3 . 1 9 3 1 66 4 6 4I D d m m 則 : 56532 1 0 3 . 1 9 3 1 0 2 . 7 5 9 59 . 2 5 5 1 0 6 3 由主軸跨距計(jì)算線圖 ,得 :0 / 4.8la, 所以0 302.4l . 合理跨距范圍 為 : ( 0 . 7 5 1 . 5 ) 2 2 6 . 8 4 5 3 . 6ll 0合 理 之 間, 為提高剛度 ,應(yīng)盡量縮短主軸外延伸長度 a,選擇適當(dāng)?shù)目缇?l ,一般推薦 取 l/a=3-5。跨距 l 小時 ,軸承變形對軸端變形影響大 ,所以軸承剛度小時 , l/a取大值 ,軸河北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) XXXVI 承剛性差時 ,則取小值。這里取 l=4a=4 63=252(mm). 主軸的材料 ,熱處理及技術(shù)要求 . ( 1) 主軸的材料及熱處理 . 主要為提高強(qiáng)度和韌性 ,可選用 45 和 40rC,進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理 .或調(diào)質(zhì)后局部淬硬處理 . 主要為得到很高的表面硬度 ,增加耐磨性 ,可選用 20rC滲碳后淬硬 ;若他 要求也較高時 .可選用 GrC15 調(diào)質(zhì)后表淬硬處 理 . 精密機(jī)床主軸 ,要求精度保持性好 ,應(yīng)選用熱處理后殘余應(yīng)力小的材料 ,如40rC,65Mn ,進(jìn)行調(diào)質(zhì)后局部淬硬處理 . 由于數(shù)控立式銑床主軸支承為滾動軸承 ,輕 ,中載荷 ,低轉(zhuǎn)速 ,精度要求較高 , 可選用 40rC調(diào)質(zhì) (T235),軸頸部分表面淬硬 (G48). ( 2) 主軸的技術(shù)要求 : 主軸部件的密封 主軸部件密封裝置的作用是防止?jié)櫥瑒牟考鞒?,和防止冷卻 液 ,濕氣 ,灰塵 ,切削液及雜質(zhì)侵入部件內(nèi) ,導(dǎo)致主軸 ,軸承和傳動件等腐蝕及磨損過快 ,影響主軸部件的工作性能 . ( 1) 對主軸部件密封裝置的要求 適應(yīng)轉(zhuǎn)速要求 ,在一定的壓力和溫度范圍內(nèi)具有良好的密封性能 . 在密封部位引起的摩擦力盡量小 ,摩擦系數(shù)盡量穩(wěn)定 . 適應(yīng)工作環(huán)境的要求 ,密封性好 ,耐腐蝕性 ,磨損小 ,工作壽命長 .磨損后 ,在一定程度上能自動補(bǔ)償 . 結(jié)構(gòu)盡可能緊湊 ,特別是主軸前支承處的密封裝置 ,軸向尺寸應(yīng)盡量小 ,以減小主軸前端部分懸伸量 ,提高主軸部件剛度 .同時力求結(jié)構(gòu)簡單 ,裝卸方便 . ( 2) 主軸部件密封裝置 類型的確定 根據(jù)主軸轉(zhuǎn)速 ,主軸軸承的潤滑方式 ,工作溫度 ,工作狀況和軸端結(jié)構(gòu)特點(diǎn)來選擇密封裝置的型式立式銑床的主軸是垂直安裝的 . 屬立式主軸 ,可選用曲路密封 (迷宮式密封 ),這裝置密封 ,墊圈和曲路相結(jié)合的密封 . 墊圈甩開油液使其集中于端蓋中引回 ,曲路密封河北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) XXXVII 還可以防止外界雜質(zhì)侵入 . . 制動器設(shè)計(jì) 對制動器的要求是 :制動迅速 ,平穩(wěn) ,結(jié)構(gòu)簡單 ,緊湊 ,維修調(diào)整方便等 .制動方式有兩類 :電機(jī)制動和機(jī)械制動。 在數(shù)控銑床上,通常根據(jù)刀具與工藝要求需進(jìn)行主軸轉(zhuǎn)速的變換及制動,這制動裝置常用離合器來實(shí)現(xiàn), 而電磁離合器是應(yīng)用電磁效應(yīng)接通或切斷運(yùn)動的元件。由于它便于實(shí)現(xiàn)自動操作,并有現(xiàn)成的系列產(chǎn)品可供選擇,因而它已成為自動裝置中常用的元件。這里我們采用機(jī)械制動 ,采用電磁離合器制動。 按照要求,根據(jù)電磁離合器所能傳遞的靜扭矩jM和動扭矩dM選擇各類電磁離合器的規(guī)格,型號,從而確定其尺寸。 . . 按扭矩選擇 一般應(yīng)使選用和設(shè)計(jì)的離合器的額定靜扭矩jM和額定動扭矩dM滿足工作要求。 額定靜扭矩: jM ynNKKMjn 9 5 5 0 mN 式中:jM 離合器的額定靜力矩( Kgm) K 安全系數(shù) maxM 運(yùn)轉(zhuǎn)時的最大負(fù)載力矩 對于需要在負(fù)載下啟動和變速,或啟動時間有特殊要求時,應(yīng)按動扭矩設(shè)計(jì),查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊 表 4-430,取 K=2 取 y=0.99 則 jM KmaxM= Kx9550jnyn=2x9550x7.5/1450x0.99=97.8 Nm 額定動扭矩: dM mNMta nGDKMMK fa )5.37 ()( 020 式中, 河北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) XXXVIII aM 加速扭矩; fGD 2 所有被離合器帶動的零件折算到離合器軸上的當(dāng)量飛輪矩2mkg ; 2222211222 )()()()()( nnGDnnGDGDGDzf .3 6 0)()( 222AVGnnGD ii ; fGD 2 安裝軸 (轉(zhuǎn)速為 n)及軸上零件的非輪矩之和 ; 2212 )(,)( GDGD 分別為 離合器帶動的其他各軸 (轉(zhuǎn)速為 n1 ,n ,1 n2in)上零件的飛輪矩之和 ; at加速時間 ,中型車床取 1-3s,位行用 0.010.02s; 0M空轉(zhuǎn)扭矩。濕式多片式離合器一般為jM的 12%,油量小,精度高,水平安裝是取小值; 。,r、n mi n/被動側(cè)的相對轉(zhuǎn)速離合器的主 通過計(jì)算,這里選用銑床專用離合器,型號為: DLMOZ-5B。 . 截面圖設(shè)計(jì) 截面圖設(shè)計(jì)主要考慮以下四個方面的問題 : 1, 個軸的位置安排 :包括主軸 ,I 軸和中間各傳動軸的合理安排和確定 ; 2, 箱體結(jié)構(gòu)和外形 :變整箱體結(jié)構(gòu) ,與床身的連接方式 ,外觀造型等 ; 3, 操縱機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)和選擇 ; 4, 潤滑系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和潤滑元件的選擇 . . . 軸的空間布置 軸系布置一般程序是 :先確定主軸在變速箱 體中的位置 ,再確定傳動主軸的軸及與主河北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) XXXIX 軸軸齒輪有嚙合關(guān)系的軸 .第三部確定電動機(jī)軸或運(yùn)動輸入軸 (I 軸 )的位置 .最后確定其他各傳動軸的位置 . 1 主軸和傳動主軸的軸 立式銑床的主軸是垂直布置的 ,XKSV40 的主軸可上下移動,裝在套筒內(nèi),傳動主軸的軸與主軸之間用一對 1: 1 的齒輪出動,該軸也是垂直分布的。 2 軸入軸的裝置 ( 1) I 軸上裝有電磁離合器制動,該部件的位置安排應(yīng)便于調(diào)整; ( 2)電磁離合器,需要考慮便于冷卻和潤滑,離主軸部件部件要遠(yuǎn)一些,以減少摩擦發(fā)熱對主軸熱變形的影響。 ( 3)綜上所述,銑床 I 軸一般安排 在變速箱后避處; 3 中間各傳動軸 主軸和各傳動軸位置確定后,中間各傳動軸位置即可按轉(zhuǎn)動順序進(jìn)行安排,應(yīng)考慮滿足以下要求: ( 1)裝有離合器的軸:要便于裝調(diào)、維修和潤滑 ( 2)裝有制動器裝置的軸:要便于裝調(diào)、維修,該軸應(yīng)布置在靠近箱蓋或箱壁處,同時考慮與起、停裝置的互鎖。 ( 3)裝有潤滑油泵的軸:要有足夠的空間安裝潤滑油泵,其高度要便于油泵吸油和排油,并便于裝卸和調(diào)整油泵,裝有濺油輪或?yàn)R油齒輪的軸應(yīng)注意圓周速度和侵入油面的深度。 ( 4)其他:使箱體截面尺寸緊湊,比例協(xié)調(diào),各操縱機(jī)構(gòu)安排得當(dāng)?shù)鹊?. . 操縱機(jī)構(gòu) 操縱機(jī)構(gòu)是用來移動滑齒輪以達(dá)到變換運(yùn)動速度的要求,它可以控制運(yùn)動的啟停、換向和其他輔助運(yùn)動,它的選擇和設(shè)計(jì)對機(jī)床的結(jié)構(gòu)和性能的發(fā)揮有著直接影響。 . . 潤滑 主軸變速箱常用的潤滑方式有飛潤滑和壓力循環(huán)潤滑,飛潤滑適用于潤滑點(diǎn)比較集中,要求不很高的變速箱,這里我們采用壓力循環(huán)潤滑,壓力循環(huán)潤滑分箱內(nèi)循環(huán)潤滑和箱外循環(huán)潤滑,前者結(jié)構(gòu)簡單,布置緊湊,后者冷卻潤滑效果好。 1 壓力循環(huán)潤滑系統(tǒng)的計(jì)算 ( 1)潤滑油量 河北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) XL 油量1 2 1 25 . 7 4 . 5 ( 1 )Q Q Q N N 油量粗算: 1 .6 5 (1 )QN /minl 式中: N 額定功率 機(jī)床效率 也可用如下公式計(jì)算各潤滑部位的需油量; 3 5 ( 1 ) /Q N t 式中: t 允許循環(huán)油溫升, 通常為 45-500C 1 . 6 5 ( 1 ) 1 . 6 5 7 . 5 ( 1 0 . 8 5 ) 1 . 8 6 / m i nQ N l ( 2)油池容量: (3 7 )VQ (升) ( 3 7 ) 1 . 8 6 5 . 5 8 1 3 . 0 2V (升) 油池容積應(yīng)超過 V 的 30%,即為: 7.254-16.93 (升) ( 3)油管的選擇與計(jì)算 油管的內(nèi)徑計(jì)算: 4 .6 3 Qd m mV 式中: Q -流量 ( l/min) V -管內(nèi)油的流速 取主軸管內(nèi)油的流速為 4 / m in ,Vl主支油管: V支=1 l/min,外徑 x 壁厚為: 4x0.5;回油管: 0 .8 / m inVl回,外徑 x 壁厚為: 12x1。 2 柱塞泵的油量計(jì)算、結(jié)構(gòu)和規(guī)格尺寸 供油量 26( ) / 4 1 0Q d s n u l/min 式中: d-柱塞直徑 n-柱塞每分鐘往復(fù)次數(shù), 次 /分 maxn以 300-700 次 /分為宜, 400-520 次 /分為佳。 s-柱塞行程。 -效率, =0.750.9。 河北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) XLI . .箱體設(shè)計(jì)的確有關(guān)問題 箱體材料 以中等強(qiáng)度的灰鑄鐵 HT15-33 和 HT20-40 用得最廣泛。需時效處理。 砂型鑄造時,箱體鑄件的最小壁厚: 尺寸(長 x 寬 x 高) mm 壁厚 mm 大于 800x800x500 約 25 3 箱體壁孔對剛度的影響和補(bǔ)償 箱體軸承孔面積點(diǎn)總側(cè)壁面積 30%左右時候,與未開孔的箱體比較,扭轉(zhuǎn)剛度下降20-30%,彎曲剛度下降更大,為彌補(bǔ)因開孔而削弱的剛度,常用凸緣和加工筋。加強(qiáng)筋:厚度為: 0.7b,筋高:( 45) b。 進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì) . 總體方案設(shè)計(jì) . .對進(jìn)給伺服系統(tǒng)的基本要求 帶有數(shù)字調(diào)節(jié)的進(jìn)給驅(qū)動系統(tǒng)都屬于伺服系統(tǒng),進(jìn)給伺服系統(tǒng)不僅是數(shù)控機(jī)床的一個重要組成部分,也是數(shù)控機(jī)床區(qū)別于一般機(jī)床的一個特殊部分。數(shù)控機(jī)床對進(jìn)給伺服系統(tǒng)的性能指標(biāo)可歸納為:定位精度要高;跟蹤指令信號響應(yīng)要快;系統(tǒng)的穩(wěn)定性要好。 . .進(jìn)給伺服系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求 機(jī)床的位置調(diào)節(jié)對進(jìn)給伺服系統(tǒng)提出了很高的要求,其中在靜態(tài)設(shè)計(jì)方面: ( 1)能夠克服摩擦力和負(fù)載,當(dāng)加工中最大切削力為 20000N 30000N 時,電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)矩需要 10N.m 40N.m; ( 2)很小的進(jìn)給移動量。目前 最小分辨率為 0.1 m ; ( 3)高的靜態(tài)扭轉(zhuǎn)剛度; ( 4)足夠的調(diào)速范圍; ( 5)進(jìn)給速度均勻,在速度很低是無爬行現(xiàn)象。 在動態(tài)設(shè)計(jì)方面有: ( 1)具有足夠的加速和制動裝矩,以便快速的完成啟動和制動; ( 2)具有良好的動態(tài)傳遞性能,以保證在加工中獲得高的軌跡精度和滿意的表面質(zhì)量; ( 3)負(fù)載引起的軌跡誤差盡可能小。 河北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) XLII 對數(shù)控機(jī)床機(jī)械傳動部件則有以下要求: ( 1)被加速的運(yùn)動部件具有較高的慣量; ( 2)高的剛度和良好的阻尼; ( 3)傳動部件在拉壓剛度、扭轉(zhuǎn)剛度、摩擦阻 尼特性和間隙等方面具有盡可能小的非線性。 . .總體方案 進(jìn)給伺服系統(tǒng)總體方框圖如下圖 .所示。 微機(jī)光電隔離光電隔離光電隔離功率放大功率放大功率放大步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)電機(jī)向向向圖 3.1 進(jìn)給伺服系統(tǒng)總體方框圖 河北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) XLIII . 進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械部分設(shè)計(jì) 進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械部分的計(jì)算與選型內(nèi)容包括:確定脈沖當(dāng)量,計(jì)算切削力,滾珠絲桿螺母副的設(shè)計(jì)、計(jì)算與選型,齒輪傳動計(jì)算,步進(jìn)電機(jī)的計(jì)算和選型等。 . .確定脈沖當(dāng)量,計(jì)算切削力 確定系統(tǒng)的脈沖當(dāng)量 脈沖當(dāng)量是指一個進(jìn)給脈沖使機(jī)床執(zhí)行部件產(chǎn)生的進(jìn)給量,它是衡量數(shù)控機(jī) 床加工精度的一個重要參數(shù),因此。脈沖當(dāng)量應(yīng)根據(jù)機(jī)床精度的要求來確定。對經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床來說,常采用脈沖當(dāng)量為 0.01mm/脈沖 0.005mm/脈沖。在 XK5040 的主要技術(shù)參數(shù)中要求橫向、縱向脈沖當(dāng)量為 0.01mm。 切削力計(jì)算 在進(jìn)行進(jìn)給系統(tǒng)的傳動計(jì)算 ,選用步進(jìn)電機(jī)時 ,都要用到切削力 (機(jī)床的主要負(fù)載 ). ( 1)銑削抗刀分析 銑削運(yùn)動的特征是主運(yùn)動為銑刀繞自身軸線高速回轉(zhuǎn),進(jìn)給運(yùn)動為工作臺帶動工件在垂直于銑刀軸線方向緩慢進(jìn)給(鍵槽銑刀可沿軸線進(jìn)給)。銑刀的類型很多,但以圓柱銑刀和端面銑刀為基本形線。圓 柱銑和端面銑刀的切削部分都可看做車刀刀頭的演變,銑刀的每一個齒相當(dāng)于一把車刀,它的切削基本規(guī)律與車削相似。 通常假定銑削時,銑刀的銑削抗力作用在刀齒上,如下圖 2-6 所示:設(shè)刀齒上受到的銑削抗力的合力為 F,將 F 沿銑刀軸線徑向和切向進(jìn)給分解,則分別為軸向銑削力XF和徑向銑削力yF。切向銑削力zF是沿銑刀主運(yùn)動方向的分力,它消耗的銑床主電機(jī)功率最多。因此,切向銑削力 可以按切削功率mP( kw)或主電機(jī)功率EP( kw)計(jì)算,也可以按切削用量進(jìn)行計(jì)算。 331 0 1 0 ( )m EZZP PmF F NVV 或 式中: V 主軸傳遞全部功率時的最低切削速度, m/s; m 機(jī)床主傳動系統(tǒng)的效率。 這里按切削用 量進(jìn)行計(jì)算。 0 . 8 6 0 . 7 2 0 . 8 609 . 8 1 2 2 . 6Z e f zF a a d a Z 式中:ea 銑削接觸深度,( mm) ; 河北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) XLIV fa 每齒進(jìn)給量,( mm/齒); 0d 銑刀直徑,( mm); pa 銑削深度,( mm); Z 銑刀齒數(shù) 。 圖 3.2 銑削力及工作臺上的載荷 取ea=2mm,pa=8mm,fa=0.1mm/齒,0d=8mm, Z=4。 則, 0 . 8 6 0 . 7 2 0 . 8 609 . 8 1 2 2 . 6z e f pF a a d a Z 0 . 8 6 0 . 7 2 0 . 8 69 . 8 1 2 2 . 6 2 0 . 1 8 8 4 4 1 0 . 3 5 1 3 2 N ( 2)進(jìn)給工作臺工作載荷的計(jì)算 作用在進(jìn)給工作臺上的合力 F 與銑刀刀齒的銑削抗力的余力 F 大小相同方向相反,如圖 2-6 所示,合力 F 就是設(shè)計(jì)和校核工作臺進(jìn)給系統(tǒng)的時要考慮的工作載荷,它可以沿著銑床工作臺運(yùn)動方向分解為三個力:工作臺的縱向進(jìn)給 方向載荷LF,工作臺橫向進(jìn)給方向載荷CF和工 作臺垂直進(jìn)給方向載荷VF。工作臺工作載荷LF、CF和VF與銑刀的切向銑削力ZF之間有一定的經(jīng)驗(yàn)筆直比值(可查機(jī)電綜合指導(dǎo)表 2-1),因此,求出ZF后,即可計(jì)算出工作臺工作載荷LF、CF和VF。即 : / 1 . 2 , / 0 . 8 , / 0 . 4L Z V Z C ZF F F F F F 則: LF=492.42 N, 河北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) XLV VF=328.28 N, CF=164.14 N. . .滾珠絲桿螺母副的計(jì)算和造型 1 縱向進(jìn)給絲桿 ( 1) 計(jì)算進(jìn)給牽引力mF( N) 縱向進(jìn)給為燕尾形導(dǎo)軌。 ( 2 )m L V CF K F f F F G 式中:,L V CF F F 分別為工作臺縱向進(jìn)給方向載荷,垂直載荷和橫向載荷; K 考慮顛復(fù)力矩影響的實(shí)驗(yàn)系數(shù); G 移動部件的重量; f 導(dǎo)軌道上摩擦系數(shù)。 這里?。?K =1.4, f =0.2. 而 397 . 8 1 0 1 6 0 0 4 0 0 1 0 0 1 0 9 . 8 4 8 9 2 . 1 6G m g v g N 1 . 4 4 9 2 . 4 2 0 . 2 ( 3 2 8 . 2 8 2 1 6 4 . 1 4 4 8 9 2 . 1 6 )mF =1799.134 (N) (2) 計(jì)算最大動載荷 C 3wmC L f F 66010nTL 01000SVn L 式中 L 壽命,以 610 為一單位, n 絲桿轉(zhuǎn)速( r/min), sV 為最大切削力條件下的進(jìn)給速度( m/min),可取最高進(jìn)給河北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) XLVI 速度的 1/2 1/3, 0L 絲桿導(dǎo)程 ( mm), T 為使用壽命( h),對于數(shù)控機(jī)床取 15000h, wf 運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù),一般運(yùn)轉(zhuǎn)取 1.2 1.5, 初選0 6L mm 01000 1 0 0 0 1 . 5 1 2 5 / m i n .62SVnrL 666 0 6 0 1 2 5 1 5 0 0 0 1 1 2 . 51 0 1 0nTL 3 3 1 1 2 . 5 1 . 2 1 7 9 9 . 2 3 4 1 0 4 2 2 . 2 7 1wmC L f F N ( 3)滾珠絲桿螺母副的選型 查表,可采用 NL4006 內(nèi)循環(huán)螺紋調(diào)整預(yù)緊的雙螺母滾珠絲杠副。 1 圈 2列,其額定負(fù)載為 16000N,精度等級為 3級(大致相當(dāng)于老標(biāo)準(zhǔn) E級)。 ( 4)傳動效率計(jì)算 ta nta n ( )rr 式中: r 螺旋升角, NL4006 02 44r , 摩擦角取 110 滾動摩擦系數(shù) 0.002 0.004, 00t a n t a n 2 4 4 0 . 9 4 ,t a n ( ) t a n ( 2
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