【JX15-23】10kN电子万能试验机的设计——机械部分（CAD+论文）
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JX15-23
【JX15-23】10kN电子万能试验机的设计——机械部分CAD+论文
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【JX15-23】10kN电子万能试验机的设计——机械部分（CAD+论文）,JX15-23,【JX15-23】10kN电子万能试验机的设计——机械部分CAD+论文
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摘 要电子试验机是在各种条件、环境下测定金属材料、非金属材料、机械零件、工程结构等的机械性能、工艺性能、内部缺陷和校验旋转零部件动态不平衡量的精密测试仪器，可以对材料进行拉伸、压缩、弯曲、剪切、扭转、冲击、疲劳、蠕变、持久、松弛、磨损、硬度等试验。近年来，电子试验机行业技术突飞猛进。电子试验机向着两个方向即超微外力检测与超大外力检测发展。高检测精度、高灵敏度、运动平稳、易于操纵是目前试验机的主要发展方向。本文首先概述了试验机的基本定义、分类与国内外一些重要生产商的成果。第二部分论述了所想到的四种方案并对这些方案优缺点作了分析和对比。前三种方案均为利用滚珠丝杠，最后一种则利用液压。在彼此比较后决定选第一种方案。第三部分则是说明了试电子试验机的主要机械传动部分的设计以及对它们的校核过程。电子试验机的传动部分主要由蜗轮蜗杆、锥齿轮、滚珠丝杠三部分组成。经过校核后所有设计均符合要求。用CAD画出了整个试验机的二维装配图和蜗轮蜗杆、锥齿轮、轴等二维零件图。在文章的最后简明的介绍了做本次毕业设计的一些心得体会。 关键词：电子试验机,蜗轮蜗杆,锥齿轮,滚珠丝杆 IIIAbstractTesting machine is under various conditions， environment determination of metal materials， non-metallic materials， machinery parts， engineering structure， mechanical properties， process performance， internal defects and checking dynamic rotating parts unbalance of precision testing instrument， can carry on to the material tensile， compression， bending， torsion， shear， impact， fatigue， creep， lasting， relaxation， wear， hardness test. In recent years， make a spurt of progress testing machine industry technology. Testing machine two directions i.e. ultramicro force detection and large external detection. High detection accuracy， high sensitivity， stable movement， easy manipulation is the main development direction of testing machine.This paper first introduces the basic definition， the classification of the test machine and some important domestic and foreign manufacturers results. The second part discusses four kinds of scheme of thought and made analysis and comparison of the advantages and disadvantages of these schemes. The first three programs are the use of ball screw， the last one using hydraulic. Decided to choose the first scheme in comparison with each other. The third part is the description of the design of the main part of the mechanical transmission test machine and the process of checking them. The transmission part of the testing machine is mainly composed of a ball screw worm gear， bevel gear， three parts. After checking all the design requirements are in line with. Using CAD to draw 2D assembly drawing and the worm gear， bevel gear， shaft and other 2D part drawing of the whole testing machine. Do some experience in the graduation design in the end concisely introduces the experience. Key Words: TestMachine，WormGear&Worm，TaperGear，BallScrews目 录摘 要IAbstractII目 录III第1章 绪论11.1材料试验机概述11.2国内外试验机研究现状11.3 设计参数5第2章 设计方案62.1方案简述62.1.1方案一：锥齿轮传动62.1.2方案二：链轮传动62.1.3方案三：丝杆传动72.1.4方案三：液压传动72.2方案比较8第3章 运动动力设计和相关计算103.1电机选择103.2传动装置总传动比设计103.3蜗轮蜗杆系设计与校核113.3.1 蜗轮蜗杆材料选择113.3.2 蜗杆传动类型选择113.3.3蜗杆与蜗轮的主要参数与几何尺寸123.3.4校核齿根弯曲疲劳强度143.3.5验算效率153.3.6精度等级公差和表面粗糙度的确定153.4锥齿轮传动设计153.4.1选材及热处理153.4.2按接触强度计算163.4.3校核173.4.4根据齿根弯曲强度校核183.4.5几何尺寸计算193.5工作主轴的设计与校核203.5.1计算工作主轴203.5.2主轴校核223.6滚珠丝杆传动的设计与校核243.6.1工作压强计算243.6.2静载荷计算253.6.3螺杆强度计算253.6.4寿命计算26第4章 主轴加工工艺设计284.1零件工艺分析284.2选择毛坯、确定毛坯尺寸、设计毛坯图304.3选择主轴加工方法，制定工艺路线314.4 机床的选用354.5工序加工余量的确定，工序尺寸及公差的计算354.6确定工序的切削用量39结论41参考文献42致 谢44 第1章 绪论第1章 绪论1.1材料试验机概述材料试验机是在各种条件、环境下测定金属材料、非金属材料、机械零件、工程结构等的机械性能、工艺性能、内部缺陷和校验旋转零部件动态不平衡量的精密测试仪器，可以对材料进行拉伸、压缩、弯曲、剪切、扭转、冲击、疲劳、蠕变、持久、松弛、磨损、硬度等试验。在研究探索新材料、新工艺、新技术和新结构的过程中，试验机是一种不可缺少的重要测试仪器。广泛应用于机械、冶金、石油、化工、建材、建工、航空航天、造船、交通运输、等工业部门以及大专院校、科研院所的相关实验室。对有效使用材料、改进工艺、提高产品质量、降低成本、保证产品安全可靠等都具有重要作用。材料试验机的种类很多，有多种不同的分类方法。按加荷方法分类：静负荷试验机(静态)和动负荷试验机(动态)。其中静态试验机一个主要组成部分万能试验机又可分为液压万能试验机、电液伺服万能试验机和电子万能试验机。1.2国内外试验机研究现状中国材料试验机的现状验机制造行业在旧中国是空白，中华民共和国成立后，党和政府十分重视我国计量检测事业的历史悠久，但试计量检测技术的发展，采取了许多重要措来发展仪器仪表工业。经过五十多年的努力，我国材料试验机的制造，从无到有从小到大，从单参数到多参数，从静态到动态，逐步发展成初具规模，具有能生产静负荷试验机（如拉、压万能试验机、扭转试验机、松弛试验机、持久强渡试验机、蠕变试验机、复合应力试验机等）和动负荷试验机（如冲击试验机和疲劳试验机等）的能力，有效地促进了国民经济建设和国防建设的发展。我国万能材料试验机市场已形成一定规模，试验机产品的发展日趋大型化、智能化、动静态功能复合化，有的试验机产品已出口到国外，远销到亚洲和欧美市场，具有一定的竞争能力。图1-1 WE-B系列数显式液压万能试验机主要用于金属材料的拉伸、压缩、弯曲等力学性能试验，增加简单的附件后可对水泥、混凝土、砖、瓦、橡胶及其制品进行检测。图1-1 数显式液压万能试验机本机由双立柱双丝杠油缸下置式主机及琴式油源控制柜组成。拉伸空间位于主机上方，压缩、弯曲试验位于主机下方即中横梁和工作台之间。试验空间的调整通过移动中横梁来实现，中横梁升降采用链条传动。手动调整送油阀进油量来实现材料的拉伸、压缩、弯曲等试验。试验完成后自动求取材料的最大力、抗拉强度等试验结果。WE-B系液压万能试验机性能特点：(1)特制超厚钳口座在钳口夹持试样时、使钳口完全包容在钳口座体内，使试样夹持更加可靠，杜绝了因钳口座浅而呈喇叭状变形损坏的可能，大大提高了设备的使用寿命。(2)在钳口座和钳口卡板之间增加了耐磨衬板，杜绝金属拉伸过程中氧化皮掉入，致使钳口座斜面划伤的现象，使夹持过程更顺滑，加成更牢靠。(3)测控系统运行速度快、界面温和、具有多种试样信息输入模式，可满足不同材料的测试。对于相同条件的试样一次输入多个自动生成。(4)试验力显示全程分辨率不变，以确保实验数据测量的准确性。(5)试验数据（试验力、加载速率）和试验曲线随试验过程动态实时屏幕显示。(6)实验结束后实验数据自动分析、自动存储和打印。(7)当负荷超过慢量程的2%-100%是自动过载保护停机。(8)分解试验日期可自动查询相关历史记录。(9)软件预留数据接口，方便于试验室间隔局域联网，便于试验数据管理。图1-2液压伺服万能试验机 WAW-600C微机控制电液伺服万能试验机1主要用于金属材料的拉伸、压缩、弯曲、剪切等试验，增加简单的附件和装置，还能对木材、水泥、混凝土、橡胶及其制品进行试验。WAW-600C微机控制电液伺服万能试验机主要参数：最大试验力(KN)：600试验力示值相对误差：示值+1试验力测量范围：最大试验力的2%100%等速应力控制范围：(N/mm2S-1) 260应力速率误差：5%等速应变控制范围：0.00025/s0.0025/s应变速率误差：5%等速位移控制范围(mm/min)： 0.550位移速度相对误差：5%夹紧方式：液压夹紧圆试样夹持直径范围（mm）：1340扁试样夹持厚度范围（mm ）：030扁试样夹持宽度（mm ）：80最大拉伸试验空间（mm）：600最大压缩试验空间（mm） ：500控制柜外形尺寸（mm） ：600480960主机外形尺寸（mm） ：11807502633电机功率（KW）：4.1主机质量（KG）：3000电子万能材料试验机(落地式)主要用于金属、非金属材料的拉伸、压缩、弯曲等力学性能测试和分析研究。广泛应用于航天航空、石油化工、机械制造、塑料橡胶、陶瓷建材、金属材料、建筑工程等行业，以及高等院校、科研机构、技术监督、质检站所等部门。可根据GB/ISO/ASTM/JIS/DIN等标准进行拉伸、压缩、弯曲、剪切及各种高低温试验，可检测材料的屈服强度、抗拉（压、弯）强度、延伸率、非比例强度、弹性模量等参数。图1-3电子万能试验机电子万能试验机(落地式)性能特点：电子万能试验机(落地式) 采用双空间落地式结构，上空间拉伸，下空间压缩、弯曲。主机部分由四立柱、上横梁、中横梁、工作台组成落地式框架，调速系统安装在工作台下部，由调速精度高、范围宽、性能稳定的交流伺服电机通过同步齿形带减速系统带动滚珠丝杠旋转，滚珠丝杠副驱动中横梁，带动拉伸附具（或压缩、弯曲附具）上下移动，实现试样的加荷和卸载。该结构具有高刚度、高效率、传动稳定。本主机采用先进的DSCC-1全数字闭环控制系统进行控制及测量，采用计算机进行试验过程及试验曲线的动态显示，并进行数据处理，试验结束后可通过图形处理模块对曲线放大进行数据再分析编辑，产品性能达到国际先进水平。1.3 设计参数容量选择： 10KN（1000Kg）；测力范围：0.2%100%F.S横梁设计速度为160mm/min；最大行程：1000mm。5附 录第2章 设计方案2.1方案简述需要完整图纸及论文，请联系QQ545675353，另接定做毕业设计摘 要电子试验机是在各种条件、环境下测定金属材料、非金属材料、机械零件、工程结构等的机械性能、工艺性能、内部缺陷和校验旋转零部件动态不平衡量的精密测试仪器，可以对材料进行拉伸、压缩、弯曲、剪切、扭转、冲击、疲劳、蠕变、持久、松弛、磨损、硬度等试验。近年来，电子试验机行业技术突飞猛进。电子试验机向着两个方向即超微外力检测与超大外力检测发展。高检测精度、高灵敏度、运动平稳、易于操纵是目前试验机的主要发展方向。本文首先概述了试验机的基本定义、分类与国内外一些重要生产商的成果。第二部分论述了所想到的四种方案并对这些方案优缺点作了分析和对比。前三种方案均为利用滚珠丝杠，最后一种则利用液压。在彼此比较后决定选第一种方案。第三部分则是说明了试电子试验机的主要机械传动部分的设计以及对它们的校核过程。电子试验机的传动部分主要由蜗轮蜗杆、锥齿轮、滚珠丝杠三部分组成。经过校核后所有设计均符合要求。用CAD画出了整个试验机的二维装配图和蜗轮蜗杆、锥齿轮、轴等二维零件图。在文章的最后简明的介绍了做本次毕业设计的一些心得体会。 关键词：电子试验机,蜗轮蜗杆,锥齿轮,滚珠丝杆 IIIAbstractTesting machine is under various conditions， environment determination of metal materials， non-metallic materials， machinery parts， engineering structure， mechanical properties， process performance， internal defects and checking dynamic rotating parts unbalance of precision testing instrument， can carry on to the material tensile， compression， bending， torsion， shear， impact， fatigue， creep， lasting， relaxation， wear， hardness test. In recent years， make a spurt of progress testing machine industry technology. Testing machine two directions i.e. ultramicro force detection and large external detection. High detection accuracy， high sensitivity， stable movement， easy manipulation is the main development direction of testing machine.This paper first introduces the basic definition， the classification of the test machine and some important domestic and foreign manufacturers results. The second part discusses four kinds of scheme of thought and made analysis and comparison of the advantages and disadvantages of these schemes. The first three programs are the use of ball screw， the last one using hydraulic. Decided to choose the first scheme in comparison with each other. The third part is the description of the design of the main part of the mechanical transmission test machine and the process of checking them. The transmission part of the testing machine is mainly composed of a ball screw worm gear， bevel gear， three parts. After checking all the design requirements are in line with. Using CAD to draw 2D assembly drawing and the worm gear， bevel gear， shaft and other 2D part drawing of the whole testing machine. Do some experience in the graduation design in the end concisely introduces the experience. Key Words: TestMachine，WormGear&Worm，TaperGear，BallScrews目 录摘 要IAbstractII目 录III第1章 绪论11.1材料试验机概述11.2国内外试验机研究现状11.3 设计参数5第2章 设计方案62.1方案简述62.1.1方案一：锥齿轮传动62.1.2方案二：链轮传动62.1.3方案三：丝杆传动72.1.4方案三：液压传动72.2方案比较8第3章 运动动力设计和相关计算103.1电机选择103.2传动装置总传动比设计103.3蜗轮蜗杆系设计与校核113.3.1 蜗轮蜗杆材料选择113.3.2 蜗杆传动类型选择113.3.3蜗杆与蜗轮的主要参数与几何尺寸123.3.4校核齿根弯曲疲劳强度143.3.5验算效率153.3.6精度等级公差和表面粗糙度的确定153.4锥齿轮传动设计153.4.1选材及热处理153.4.2按接触强度计算163.4.3校核173.4.4根据齿根弯曲强度校核183.4.5几何尺寸计算193.5工作主轴的设计与校核203.5.1计算工作主轴203.5.2主轴校核223.6滚珠丝杆传动的设计与校核243.6.1工作压强计算243.6.2静载荷计算253.6.3螺杆强度计算253.6.4寿命计算26第4章 主轴加工工艺设计284.1零件工艺分析284.2选择毛坯、确定毛坯尺寸、设计毛坯图304.3选择主轴加工方法，制定工艺路线314.4 机床的选用354.5工序加工余量的确定，工序尺寸及公差的计算354.6确定工序的切削用量39结论41参考文献42致 谢44 第1章 绪论第1章 绪论1.1材料试验机概述材料试验机是在各种条件、环境下测定金属材料、非金属材料、机械零件、工程结构等的机械性能、工艺性能、内部缺陷和校验旋转零部件动态不平衡量的精密测试仪器，可以对材料进行拉伸、压缩、弯曲、剪切、扭转、冲击、疲劳、蠕变、持久、松弛、磨损、硬度等试验。在研究探索新材料、新工艺、新技术和新结构的过程中，试验机是一种不可缺少的重要测试仪器。广泛应用于机械、冶金、石油、化工、建材、建工、航空航天、造船、交通运输、等工业部门以及大专院校、科研院所的相关实验室。对有效使用材料、改进工艺、提高产品质量、降低成本、保证产品安全可靠等都具有重要作用。材料试验机的种类很多，有多种不同的分类方法。按加荷方法分类：静负荷试验机(静态)和动负荷试验机(动态)。其中静态试验机一个主要组成部分万能试验机又可分为液压万能试验机、电液伺服万能试验机和电子万能试验机。1.2国内外试验机研究现状中国材料试验机的现状验机制造行业在旧中国是空白，中华民共和国成立后，党和政府十分重视我国计量检测事业的历史悠久，但试计量检测技术的发展，采取了许多重要措来发展仪器仪表工业。经过五十多年的努力，我国材料试验机的制造，从无到有从小到大，从单参数到多参数，从静态到动态，逐步发展成初具规模，具有能生产静负荷试验机（如拉、压万能试验机、扭转试验机、松弛试验机、持久强渡试验机、蠕变试验机、复合应力试验机等）和动负荷试验机（如冲击试验机和疲劳试验机等）的能力，有效地促进了国民经济建设和国防建设的发展。我国万能材料试验机市场已形成一定规模，试验机产品的发展日趋大型化、智能化、动静态功能复合化，有的试验机产品已出口到国外，远销到亚洲和欧美市场，具有一定的竞争能力。图1-1 WE-B系列数显式液压万能试验机主要用于金属材料的拉伸、压缩、弯曲等力学性能试验，增加简单的附件后可对水泥、混凝土、砖、瓦、橡胶及其制品进行检测。图1-1 数显式液压万能试验机本机由双立柱双丝杠油缸下置式主机及琴式油源控制柜组成。拉伸空间位于主机上方，压缩、弯曲试验位于主机下方即中横梁和工作台之间。试验空间的调整通过移动中横梁来实现，中横梁升降采用链条传动。手动调整送油阀进油量来实现材料的拉伸、压缩、弯曲等试验。试验完成后自动求取材料的最大力、抗拉强度等试验结果。WE-B系液压万能试验机性能特点：(1)特制超厚钳口座在钳口夹持试样时、使钳口完全包容在钳口座体内，使试样夹持更加可靠，杜绝了因钳口座浅而呈喇叭状变形损坏的可能，大大提高了设备的使用寿命。(2)在钳口座和钳口卡板之间增加了耐磨衬板，杜绝金属拉伸过程中氧化皮掉入，致使钳口座斜面划伤的现象，使夹持过程更顺滑，加成更牢靠。(3)测控系统运行速度快、界面温和、具有多种试样信息输入模式，可满足不同材料的测试。对于相同条件的试样一次输入多个自动生成。(4)试验力显示全程分辨率不变，以确保实验数据测量的准确性。(5)试验数据（试验力、加载速率）和试验曲线随试验过程动态实时屏幕显示。(6)实验结束后实验数据自动分析、自动存储和打印。(7)当负荷超过慢量程的2%-100%是自动过载保护停机。(8)分解试验日期可自动查询相关历史记录。(9)软件预留数据接口，方便于试验室间隔局域联网，便于试验数据管理。图1-2液压伺服万能试验机 WAW-600C微机控制电液伺服万能试验机1主要用于金属材料的拉伸、压缩、弯曲、剪切等试验，增加简单的附件和装置，还能对木材、水泥、混凝土、橡胶及其制品进行试验。WAW-600C微机控制电液伺服万能试验机主要参数：最大试验力(KN)：600试验力示值相对误差：示值+1试验力测量范围：最大试验力的2%100%等速应力控制范围：(N/mm2S-1) 260应力速率误差：5%等速应变控制范围：0.00025/s0.0025/s应变速率误差：5%等速位移控制范围(mm/min)： 0.550位移速度相对误差：5%夹紧方式：液压夹紧圆试样夹持直径范围（mm）：1340扁试样夹持厚度范围（mm ）：030扁试样夹持宽度（mm ）：80最大拉伸试验空间（mm）：600最大压缩试验空间（mm） ：500控制柜外形尺寸（mm） ：600480960主机外形尺寸（mm） ：11807502633电机功率（KW）：4.1主机质量（KG）：3000电子万能材料试验机(落地式)主要用于金属、非金属材料的拉伸、压缩、弯曲等力学性能测试和分析研究。广泛应用于航天航空、石油化工、机械制造、塑料橡胶、陶瓷建材、金属材料、建筑工程等行业，以及高等院校、科研机构、技术监督、质检站所等部门。可根据GB/ISO/ASTM/JIS/DIN等标准进行拉伸、压缩、弯曲、剪切及各种高低温试验，可检测材料的屈服强度、抗拉（压、弯）强度、延伸率、非比例强度、弹性模量等参数。图1-3电子万能试验机电子万能试验机(落地式)性能特点：电子万能试验机(落地式) 采用双空间落地式结构，上空间拉伸，下空间压缩、弯曲。主机部分由四立柱、上横梁、中横梁、工作台组成落地式框架，调速系统安装在工作台下部，由调速精度高、范围宽、性能稳定的交流伺服电机通过同步齿形带减速系统带动滚珠丝杠旋转，滚珠丝杠副驱动中横梁，带动拉伸附具（或压缩、弯曲附具）上下移动，实现试样的加荷和卸载。该结构具有高刚度、高效率、传动稳定。本主机采用先进的DSCC-1全数字闭环控制系统进行控制及测量，采用计算机进行试验过程及试验曲线的动态显示，并进行数据处理，试验结束后可通过图形处理模块对曲线放大进行数据再分析编辑，产品性能达到国际先进水平。1.3 设计参数容量选择： 10KN（1000Kg）；测力范围：0.2%100%F.S横梁设计速度为160mm/min；最大行程：1000mm。45第2章 设计方案第2章 设计方案2.1方案简述2.1.1方案一：锥齿轮传动电动机产生动力通过减速箱，经过蜗轮蜗杆的传动，带动圆锥齿轮运动，再由圆锥齿轮的转动带动丝杆转动。同时，与丝杆配合的丝杆螺母带动上横梁上下运动。下夹具固定在试验台上，至此完成试验。图2-1 方案一2.1.2方案二：链轮传动电动机产生动力输出到减速器，然后进入蜗轮蜗杆传动系统，进一步减速幷改变运动旋转方向后，通过链传动系统传递到丝杆。由链轮的传动带动丝杆传动。同时与丝杆配合的丝杆螺母带动横梁上下运动，而下夹具固定在试验台上，至此完成试验。图2-2 方案二2.1.3方案三：丝杆传动电动机产生动力后输出到减速器，然后由涡轮带动丝杆传动。丝杆转动同时两个丝杆螺母同步背向或相向运动，两个连杆同时远离或靠近。这就是下夹具所在试验台向上或向下运动。上面横梁可以固定，也可以在液压，丝杆等外力驱动下上下运动，至此完成试验。图2-3 方案三2.1.4方案三：液压传动本方案与上述两种文件有所不同，本方案是由油泵驱动油缸里的活塞提供外部试验力。油泵输出油经进油管达到液压缸，然后经回油管路流回回油缸再次利用。液压系统带动上横梁上下运动。下夹具通过离合器与减速箱电动机连在一起产生扭转运动，而上夹具则固定在上横梁上。此方案要求液压系统要有较精确的控制阀配合才能实现试验目的。图2-4方案四2.2方案比较方案一：滚珠丝杠-螺母传动机构是在丝杠和螺母之间放入滚珠作为中间件，是丝杠与螺母的滑动摩擦传动变为滚动摩擦传动。滚珠丝杠-螺母传动机构具有下述优点：（1）传动精度高，运动平稳，无爬行现象滚动丝杠传动基本上是滚动摩擦，摩擦阻力小，摩擦阻力的大小几乎与运动速度完全无关，这样就可以保证运动的平稳性，且不会出现爬行现象（其静摩擦系数与动摩擦系数相差极小）。（2）有可逆性滚珠丝杠摩擦损失小，可以从旋转运动转换为直线运动，也可以从直线运动转换为旋转运动。（3）采用滚珠丝杆传动，并且蜗杆传动带有自锁作用，可以实现丝杆自锁；蜗杆传动有两个输出轴，并且转向相同，所以丝杆螺纹旋向要相反，才能使丝杆螺母运动方向一致。（4）成本高滚珠丝杠和螺母等元件的加工精度要求较高，光洁度要求也较高，故制造成本高。方案二：虽然链传动的制造与安装精度要求较低，成本也低。远距离传动时，其结构比齿轮传动轻便得多。但是只能实现平行轴间链轮的同向传动；运转时不能保持恒定的瞬时传动比；磨损后易发生调齿；工作是有噪声、振动冲击。方案三：（1）丝杠水平放置利于自锁。水平状态下不受自重惯性力，故运动停止较为容易。（2）采用涡轮驱动丝杠，由于涡轮尤其是单头涡轮传动效率低，传动精确度也较差。同时涡轮一般采用较为贵重的减摩材料（如青铜）制造，从而增加了制造成本。（3）工作台有两个连杆驱动所承受力较小。在较大试验力时，连杆安全性降低，必须增大连杆尺寸，这就使得试验机所需较大的外功率来驱动。方案四：由于采用了液压驱动，故有以下特点：液压传动能够实现无级变速，工作平稳；同功率时液压装置体积小、质量轻；液体为工作介质易泄露，造成污染；油液可压缩故传动比不准确；传动过程中损失较大，效率较低；液压传动对油温和负载变化极为敏感，对外部环境要求较高；液压元件精度高，造价高；液压传动一旦出现故障时不易追查原因，不易迅速排除。综合上述四种方案的优缺点以及目前市场上主流试验机形式，最后决定选择第一种方案为本设计所采取的最终方案。第3章 运动动力设计和相关计算第3章 运动动力设计和相关计算3.1电机选择由设计要求已知条件可知，试验机横梁设计速度为160mm/min。试验机所施加的外力为10KN。故：式中：F试验机输出力，N；V丝杆速度，m/s。电动机功率在传递过程中必然有一定的损失。参考机械工程手册可知，丝杆与丝杆螺母间传动效率为0.9（0.850.95，在这里取0.9）锥齿轮之间传动效率为0.94(8级精度，一般齿轮传动)，涡轮蜗杆间传动效率为0.8，其他连接件传动效率为0.9，其他联接件传动效率为0.9。故所以式中：P试验机有效功率；试验机总效率。查阅电机手册结合实际情况选择合适型号为Y802-4，它的额定功率为0.75KW、满载转速为930r/min。3.2传动装置总传动比设计已知横梁速度以此求得丝杠转速。式中；V丝杆速度，m/s； P丝杆螺距，mm。电动机选定后，按照电动机的满载转速及试验机工作部分转速，可计算出传动装置的总传动比。再按照常用传动机构性能及适用范围，初步选择各个出动部分传动比如下：=1.5 =20。3.3蜗轮蜗杆系设计与校核由设计要求可以知，涡轮输入功率：蜗轮输入转速：传动比：预期寿命：15000h。3.3.1 蜗轮蜗杆材料选择考虑到蜗杆速度不大，选择蜗杆材料为45钢，幷将其淬火至4555HRC，保证效率高且耐磨性好，涡轮材料为制造锡青铜（ZcuSn10P1），金属膜铸造。3.3.2 蜗杆传动类型选择根据GB/T100851998，决定采用渐开线蜗杆（ZI蜗杆）。按齿面接触疲劳强度进行设计，根据闭式蜗杆传动的设计准则，先按齿面接触疲劳强度设计，再校核齿根弯曲疲劳强度。查机械设计，得到按涡轮接触疲劳强度条件设计计算的公式为： (1)确定作用在蜗轮上的转矩 (2)确定载荷系数K，其中为使用系数，在表11-5选取使用系数=1.15，因工作载荷较稳定，载荷分布不均现象将由于工作表面良好的磨合而得到改善，故取齿向载荷分布系数：由于转速不高，传动较平稳，冲击不大，可取动载系数，则 (3)确定弹性影响系数因选用的是铸锡青铜蜗轮和钢蜗杆相配，故(4)确定接触系数先假设蜗杆分度圆直径和传动中心距的比值，从图11-18中可查得接触系数=3.1(5)确定许用接触应力根据蜗轮材料为采用ZCuSn10P1，金属模铸造，蜗杆采用45钢淬火，齿面硬度大于45HRC，可从表11-7查得蜗轮的基本许用应力。应力循环次数 其中j为涡轮每转一转每个轮齿啮合的次数，为涡轮转速，为工作寿命。则接触强度的寿命系数则(6)计算中心距根据表11-2，取中心距，因，按，故从表11-2中取模数，蜗杆分度圆直径。则，从图11-18中可查询接触系数，因为，因此以上计算结果可用。3.3.3蜗杆与蜗轮的主要参数与几何尺寸(1)蜗杆轴向齿距：直径系数：齿顶圆直径：齿根圆直径：分度圆导程角：蜗杆轴向齿厚：完成的蜗杆图纸如下：(2)蜗轮蜗轮齿数：变位系数：验算传动比：这时传动比误差为 是允许的。蜗轮分度圆直径：蜗轮喉圆直径：蜗轮齿根圆直径：蜗轮咽喉母圆半径：涡轮齿顶圆直径：，取。，取。涡轮齿宽：，取。完成的蜗轮图纸如下：3.3.4校核齿根弯曲疲劳强度当量齿数：根据 ，从图11-19中可查得齿形系数。螺旋角系数：许用弯曲应力：从表11-8中查得由ZCuSn10P1制造的蜗轮的基本许用弯曲应力寿命系数：弯曲强度是满足的。3.3.5验算效率已知，与相对滑动速度有关。从表11-18中用插值法查得，代入式中得。大于原估计值，因此不用重算。3.3.6精度等级公差和表面粗糙度的确定从GB/T 10089-1988-圆柱蜗杆、蜗轮精度中选择8级精度，侧隙种类为f，标注为8f，GB/T 10089-1988-。然后由有关手册查得要求的公差项目及表面粗糙度。由于蜗杆滑动速度较低，产生热量较少，故可以不进行温度验算。试验机利用频率较低，故可以不润滑，或者偶尔喷油润滑即可。3.4锥齿轮传动设计由设计要求可以知，锥齿轮输入功率：锥齿轮输入转速：传动比： 预期寿命：说明锥齿轮的传动设计的这部分全参照实用机械设计，下面涉及的就不再说明了。3.4.1选材及热处理(1)注意事项1)大小齿轮选材，热处理不同，小齿轮比大齿轮齿面硬度高3050HBSHBSg；2)一般用锻钢毛坯，尺寸太大可用铸钢；(3软尺面适用中载中速；3)尽可能用优质碳素钢；4)热处理后切齿，精度可达8-9级左右；(2)由机械设计表10-1，表10-4可查得：小齿轮45钢，调质217HBS-255HBS，取中间值236HBS，大齿轮45钢，正火，163HBS-217HBS，取中间值190HBS，8级精度。(3)确定齿数z，校核计算公式为：由于是闭式传动，小齿轮数在20-40之间，为了保证不使同一对轮齿固定啮合，小齿轮齿数尽量为奇数所以选小圆锥齿轮齿数1)选取2)计算3)3.4.2按接触强度计算由设计计算公式进行试算，即确定公式内的各计算数值(1)计算(2)计算 计算公式为：其中为使用系数，为动载系数，为齿间载和分配系数，为齿向载荷分配系数。1)由表4-8选取使用系数=1.02)动载系数跟制造精度及圆周速度有关，试选动载系数记试选=1.1 3)齿间载荷分配系数1可选取为1 4)查机械设计手册表10-9得轴承系数，则齿向载荷分布系数： 5)计算：（3）由机械设计表10-6查得材料的弹性影响系数（4）节点系数由最新中外齿轮强度标准文集查得（5）由机械设计图10-21按齿面硬度查得小齿轮，大齿轮的接触疲劳强度极限，（6）计算应力循环次数（7）由机械设计图10-19取接触疲劳寿命系数（8）计算接触疲劳许用应力取失效概率为1%，安全系数s=1，得：（9）选齿宽系数值，（一般），值，则（10）试试算小齿轮分度圆直径，代入中较小的值3.4.3校核因试选，可能与实际不符 （1）模数取标准值，取 （2）按几何关系计算， （3）圆周速度，由机械设计图10-8查得 （4）校核与相差不大，无需重算。3.4.4根据齿根弯曲强度校核（1）计算公式确定上式各参数值（2）计算当量齿数1），2）， （3）当量齿数由机械设计表10-5查得齿形系数，根据表4-56查得齿根应力校正系数 （4）确定m1）由机械设计图10-20C查得小齿轮，大齿轮的弯曲疲劳强度极限，2）由机械设计图10-18取弯曲疲劳寿命系数3）计算弯曲疲劳许用应力取弯曲疲劳安全系数，得4）比较与值小齿轮：大齿轮：故将大齿轮代入计算说明符合齿根弯曲疲劳强度条件。（5）校核弯曲强度而按接触强度计算的，故取大者为模数m=3。3.4.5几何尺寸计算（1）分度圆直径d（2）节锥角（3）节锥距（4）齿宽 取整（5）齿顶高（6）齿根高（7）齿顶圆直径完成的锥齿轮图纸如下：3.5工作主轴的设计与校核3.5.1计算工作主轴（1）求轴上的功率P，转速n，转矩T（2）根据扭转强度计算轴的直径：先初步估算轴的最小直径，选取轴的材料为45钢（调质），根据机械手册表13-3查得，取，得而此轴上有三个键槽和较多突变，轴径应加大35%，算得，取（3）根据轴向定位的要求确定州的各段直径和长度1），段轴与锥齿轮配合，取最小直径，由机械设计锥齿轮轮毂宽度为，为使挡圈可靠的压紧齿轮取。2）为了满足锥齿轮的轴向定位，轴段右端与轴段左端需一轴肩，轴肩的高度一般取为，故取，段直径，为过渡段，取。3）初步选择滚动轴承，因轴承同时受径向力和轴向力，故选用双列深沟球轴承，参照工作要求并根据，由机械设计课程设计表15-1中初步选取标准精度级的圆锥滚子轴承，轴承代号30307，其尺寸为，为使轴套可靠的压紧轴承，段应略短于轴承宽度，故取。4）这对轴承均采用轴肩进行轴向定位，由机械设计课程设计表15-1查得该型轴承的定位轴肩高度，因此取。5）轴段与涡轮配合，由于涡轮的齿宽，取与处的轴肩为，则，。6）轴段为轴环，轴环宽度，取轴肩，则，取，所以，。7）由于设计要求中要求极其外形尺寸：，故选取。（4）轴上的周向定位采用平键连接，按由机械设计表6-1查得平键截面，键槽用键槽铣刀加工，长为。涡轮的周向定位采用平键连接，按由机械设计表6-1查得平键截面，键槽用键槽铣刀加工，长为。为保证齿轮与轴配合有良好的对中性，故选择齿轮轮毂与轴的配合为，滚动轴承与轴的周向定位是由过渡配合来保证的，此处选轴的尺寸公尺为。（5）确定轴上圆角和倒角尺寸取周端倒角为，轴肩圆角半径r取。3.5.2主轴校核此传动轴与涡轮箱连接，。按许用弯曲应力计算法校核：转矩：圆周力：轴向力：径向力：（1）计算支撑受力水平面反力：轴向力反力： （2）计算弯矩水平面最大弯矩： 垂直面最大弯矩： 合成弯矩最大值：（3）计算转矩轴向转矩：（4）许用应力针对某些危险截面（即弯矩和扭矩大而轴径可能不足的截面）做弯扭合成强度校核计算。按第三强度理论，计算应力： 因选此输出轴材料为45钢，调质处理，由机械设计表15-1查得，因此，故安全。综上所述，设计轴的图纸如下：3.6滚珠丝杆传动的设计与校核3.6.1工作压强计算（1）螺母的轴向位移：式中：螺杆转角，rad； s导程，mmP：螺距，mm；x：螺纹线数令该螺纹为单线螺纹。则x=1由于丝杠带动横梁的移动距离为1200mm，又要留下一定的余量，可令螺纹长度L1500mm。设计使螺纹移动时，手轮转动150圈，即由此可知：（2）查询滚动螺旋传动设计基础螺旋中经应满足：螺纹中径：其中带入数据，有由表可知，有，根据滚动螺旋传动设计基础表1-5选择滚珠丝杆的材料为CrWMn，热处理为整淬，螺母的材料为CrWMn，热处理为淬头。（3）螺母高度：（4）旋和圈数：（在12-16之间），符合要求。（5）基本牙型高度：（6）工作压强：工作压强满足要求。（7）为了保证自锁，螺纹升角 在此取（8）螺纹牙根部的宽度：3.6.2静载荷计算基本额定静载荷特性值计算公式：式中为接触点钢球与滚道表面的主要曲率。式中：钢球直径，取； 螺杆滚道曲率半径，取； 接触角，取；滚动螺旋公称直径，取。基本额定静载荷：静载荷条件：条件满足，故合格。3.6.3螺杆强度计算则根据第四强度理论：螺杆最大弯曲应力，查表可知，故螺杆强度合格。3.6.4寿命计算其计算公式：确定上式参数如下：（1）螺母接触系数：（2）螺杆接触系数：（3）寿命系数：（4）转速系数：（5）寿命条件： 式中： 载荷系数硬度影响系数短行程系数试验机工作力故满足条件合格。采用固定式内循环。接触角：钢球直径：螺纹滚道曲率半径：偏心距：螺纹升角：螺杆大经：螺杆小径：螺杆接触点直径：螺杆牙顶圆角半径：螺母螺纹大径：螺母小径：根据上述设计与校核画出滚珠丝杆与螺母的二维图。第4章 主轴加工工艺设计第4章 主轴加工工艺设计4.1零件工艺分析（1）轴的工作原理：轴上的蜗轮与另一端蜗杆啮合，作用是输出转矩，传递动力，所以材料具有较高的抗弯强度、扭转强度。（2）零件图样分析1）该零件轴段的安排是呈阶梯型，中间粗两端细，符合强度外形原则，便于安装和拆卸。其加工精度要求较高，要有较高的形位公差，表面粗糙度最高达到了0.8m。零件的中心轴是设计基准和工艺基准。2）mm对公共轴线的圆跳动为0.015mm。3）52mm的左端面对公共轴线的圆跳动度为0.015mm。4）25mm对公共轴线的的圆跳动度为0.015mm。5）mm11mm键槽对基准D平行度为0.08mm。6）mm15mm键槽对基准C的平行度为0.06mm 7）零件的材料为45钢。8）热处理T2249）mm为轴承配合，所以轴表面的精度，配合要求较高，Ra为0.8m。10）各轴肩处过渡圆角R=1。11）轴端加工出45倒角，是为了便与装配。（3）.零件的工艺分析1）零件的毛坯材料为45，是典型的轴用材料，综合机械性能良好。该材料是优质碳素钢，经调制处理之后具有良好的力学性能和切削加工性能。经淬火加高温回火后具有良好的综合力学性能，具有较高的强度、较好的韧性和塑性。2）该轴式阶梯轴，其结构复杂程度一般，其有10个过渡台阶。根据表面粗糙度要求和生产类型，表面加工根围粗加工和精加工。加工时应把精加工和粗加工分开，这样经多次加工以后逐渐减少了零件的变形误差。3）此零件的毛坯为模锻件，外形不需要加工。4）该轴的加工以车削为主，车削时应保证外圆的同轴度。5）在精车前安排了热处理工艺，以提高轴的疲劳强度和保证零件的内应力减少，稳定尺寸、减少零件变形。并能保证工件变形之后能在半精车时纠正。6）同一轴心线上各轴孔的同轴度误差会导致轴承装置时歪斜，影响轴的同轴度和轴承的使用寿命。所以在车削磨削过程中，要保证其同轴度。（4） 主轴的表面粗糙度、形状和位置精度要求与表面粗糙度要求见表4-1表4-1 主轴加工要求加工表面尺寸及偏差（mm）公差及精度等级表面粗糙度Ra（m）形位公差主轴左轴面IT70.80.015A-B主轴左轴面4812.5主轴左轴面IT61.6左端锥面12.535轴面IT70.80.015A-B35轴面IT63.20.015A-B主轴右轴面IT51.68P9351.60.08D4P6501.60.06C（5） 审查零件的结构工艺性1）结构力求简单、对称，横截面尺寸不应该有突然地变化。2）应有合理的模面和圆角半径3）45刚具有良好的锻性（6） 由于48的左端面的粗糙度为1.6m，要求较高，需要磨削工艺。为了磨削加工方便，不损坏 轴面粗糙度，应在该处加褪刀槽20.5mm。一方面在加工轴面时退刀需要。另一方面在磨削加工时能给刀具足够的进退空间。4.2选择毛坯、确定毛坯尺寸、设计毛坯图（1）毛坯的选择因为主轴在工作过程中要承受冲击载荷、扭转力矩。且载荷比较大。为增强它的抗扭强度和冲击韧度，毛坯应选用优质低碳钢。应为生产类型属于小批量生产，为了提高生产效率宜采用模锻方法制造毛坯。（2）确定毛坯的尺寸公差及机械加工余量1）公差等级根据零件图个部分的加工精度要求，锻件的尺寸公差等级为8-12级，加工余量等级为普通级，故取IT=12级。2）锻件的质量估算与形状复杂系数S的确定。锻件的质量为mf=2.2kg形状系数S等于mf/mn其中mf为锻件的质量，mn为相应的锻件外廓包容体质量，S=2.2/2.8=0.786根据S值查相关文献可知锻件的形状复杂系数为S1级，既简单级。3）零件表面粗糙度根据零件图可知该轴各加工表面的粗糙度至少为0.8m。4）毛坯加工余量的确定根据上面估算的锻件的质量、形状复杂系数与零件的长度，查表可得单边余量的范围为1.72.2mm。由于零件为阶梯轴，可以把台阶相差不大的轴的毛坯合成为同一节。 对轴左端的外圆表面粗糙度0.8m的要求，对其加工方案为粗车半精车磨削。查工艺手册得：磨削的加工余量为0.4，半精车的加工余量为1.5，粗车的加工余量为4.5，总得加工余量为6.4，所以去总的加工余量为6，将粗车的加工余量修正为4.1 。精车后工序的基本尺寸为35mm，其它各工序的基本尺寸为：磨削：35+0.4=35.4半精车：35.4+1.5=36.9粗车：36.9+4.1=41确定各工序的加工经济精度和表面粗糙度：由工艺手册查得：精车后为IT7，Ra为0.8m。半精车后为IT8，Ra为3.2m，粗车后为IT11，Ra为16m。 对于48和40的外圆端面，为了提高加工效率，可以作为同一台阶。40的外圆表面粗糙度为1.6m，确定其加工方案为：粗车半精车精车。由工艺手册查得：精车的加工余量为1.1，半精车的加工余量为1.5，粗车的加工余量为4.5，所以总加工余量为7.1，取加工余量为10，修正粗车余量为7.4 。精车后工序的基本尺寸为40，其他各工序的基本尺寸为:精车：40+1.1=41.1半精车：41.1+1.5=42.6粗车：42.6+7.4=50确定各工序的加工经济精度和表面粗糙度：精车后为IT7，Ra0.8m，半精车后为IT8，Ra3.2m ，粗车后为IT11，Ra16m。对48的外圆端面，加工方案为粗车。粗车的加工余量为2.0.其工序尺寸为粗车：48+2.0=50 35和 30的毛坯加工余量的确定：由于台阶相差较小，在确定毛坯时可处于同一台阶面，以35为对象，其外圆的表面粗糙度为Ra0.8m ，确定其加工方案为：粗车半精车磨削。精车后的尺寸为35，其它各工序的基本尺寸为：磨削：35+0.4=35.4半精车：35.4+1.5=36.9粗车：36.9+4.1=41确定各工序的加工经济精度和表面粗糙度：由工艺手册查得：磨削后为IT7，Ra为0.8m。半精车后为IT8，Ra为3.2m，粗车后为IT11，Ra为16m。所以30的总加工余量为41-30=11 轴端面加工余量的确定：根据轴的尺寸长度与零件直径，查工艺手册得端面的加工余量为2。4.3选择主轴加工方法，制定工艺路线（1）定位基准的选择：正确的选择定位基准是设计工艺过程中的一项重要的内容，也是保证加工精度的关键，定为基准分为精基准和粗基准，以下为定位基准的选择。1）粗基准的选择粗基准的选择应能保证加工面与非加工面之间的位置精度，合理分配各加工面的余量，为后续工序提供精基准。所以为了便于定位、装夹和加工，可选轴的外圆表面为定为基准，或用外圆表面和顶尖孔共同作为定为基准。用外圆表面定位时，因基准面加工和工作装夹都比较方便，一般用卡盘装夹。为了保证重要表面的粗加工余量小而均匀，应选该表面为粗基准，并且要保证工件加工面与其他不加工表面之间的位置精度。2）精基准的选择 根据主轴的技术要求和装配要求，应选择轴右端面和端面为精基准。零件上的很多表面都可以以两端面作为基准进行加工。可避免基准转化误差，也遵循基准统一原则。两端的中心轴线是设计基准。选用中心轴线为定为基准，可保证表面最后的加工位置精度，实现了设计基准和工艺基准的重合。由于两轴面的精加工工序要求余量小且均匀，可利用其自身作为基准。（2）零件表面加工方法的确定根据零件图表各表面得加工要求，以及材料性质等各因素该轴为阶梯轴，以车削加工为主，由于48的左端面的粗糙度Ra为0.8m，采用磨削加工。主轴的各表面具体的加工方法如表3表3加工表面尺寸精度等级表面粗糙度Ra（m）加工方法外圆面IT60.8粗车半精车磨削48外圆面IT1212.5粗车外圆面IT71.6粗车半精车精车外圆表面IT60.8粗车半精车磨削IT63.2粗车半精车IT61.6粗车半精车精车左端面IT1212.5粗车右端面IT1212.5粗车螺纹孔IT1212.5钻8P9键IT71.6粗铣半精铣4P6键IT71.6粗铣半精铣（3）加工阶段的划分 1）划分的原因：保证加工质量合理，划分加工阶段能合理地使用机床设备，便与热处理工序的安排，便于及时发现毛坯的缺陷，保护精加工过后的表面。2)阶段的划分：主轴的加工质量要求较高，其中表面粗糙度要求最高为Ra 0.8m，另外几处圆跳动也有较高的位置精度要求。精加工方案的确定，可将加工阶段分为粗加工，半精加工和精加工等几个阶段。粗加工阶段主要是为了切除各加工表面上的大部分余量，提高生产量。将右端30mm，左端35mm的精基准的粗加工完成。是后续工序都可以采用精基准定位加工，保证其它表面的精度要求，粗车左右端面。在半精加工阶段，是为各主要表面的精加工做准备，完成、轴表面的加工。在精加工阶段，对以及中段两处进行加工。使其达到规定的质量要求。车削加工完成后则对48左端面，12P9、8P6键槽进行铣削。(4)工序的集中与分散 该轴的生产类型为小批量生产，零件的结构复杂程度一般，但有较高的技术要求，可选用工序集中原则安排轴的加工工序。采用通用机床和部分高生产率专用设备，配用专用夹具，与部分划线法达到精度，以减少工序数目，缩短工艺路线，提高生产效率。采用工序集中原则，有利于保证各加工面之间的位置精度要求，节省安装工件的时间，减少工件的搬动次数，使生产计划、生产组织工作得到简化，工作装夹次数减少，辅助时间缩短。(5)加工顺序的安排1）机械加工工序 按先基准平面后其他的原则：机械加工工艺安排是总是先加工好定位基准面，所以应先安排为后续工序准备好定为基准。先加工精基准面，转中心孔及车表面的外圆。按先粗后精的原则：先安排粗加工工序，后安排精加工工序。先安排精度要求较高的各主要表面，后安排精加工。按先主后次的原则:先加工主要表面，如车外圆各个表面，端面等。后加工次要表面，如铣键槽等。先外后内，先大后小原则：先加工外圆再以外圆定位加工内孔，加工阶梯外圆时先加工直径较大的后加工直径小的。次要表面的加工安排：键槽等次要表面的加工通常安排在外圆精车或粗磨之后，精磨外圆之前。对于轴左端35mm和中间35mm加工质量要求较高的表面，安排在后面，并在前几道工序中注意形位公差，在加工过程中不断调整、保证其形位公差。先面后孔原则：先加工端面，再铣键槽，钻螺孔。（2）热处理工序的安排 在切削加工前宜安排正火处理，岂能提高改善轴的硬度，消除毛坯的内应力，改善其切削性能。在粗加工后进行调质处理，能提高轴的综合性能。最终热处理安排在半精车之后磨削加工之前。其能提高材料强度、表面硬度和耐磨性。在精加工之前安排表面淬火，这样可以纠正因淬火引起的局部变形，提高表面耐磨性。（3）辅助工序的安排 在粗加工和热处理后，安排校直工序。在半精车加工之后安排去毛刺和中间检验工序。在精加工之后安排去毛刺、清洗和终检工序。 综上所述，该轴的工序安排顺序为：基准加工主要表面粗加工热处理主要表面半精加工主要表面的精加工（磨削）攻螺纹、铣键槽去毛刺、淬火回火等。(6)主轴工艺路线的确定根据以上的加工工艺过程的分析确定零件的工艺路线如表4表4工序号工序名称机床设备刀具量具01粗车左右端面及45倒角CA614045度刀游标卡尺02钻中心孔CA6140麻花钻卡尺03粗车外圆CA614060度刀游标卡尺04调质处理05半精车外圆CA614060度刀游标卡尺、尺规06校正游标卡尺07精车外圆CA614060度刀游标卡尺08功右端螺纹钻床Z515钻头游标卡尺09磨削M1412砂轮游标卡尺10粗铣键槽XA6132铣刀游标卡尺11半精铣键槽XA6132铣刀游标卡尺12去毛刺手锤13最终热处理14清洗和终检卡尺塞规 清洗机4.4 机床的选用(1)机床设备的选用在本方案中，主轴的生产类型为小批量生产，可以选用较高效率的专用机床和通用机床。根据该轴尺寸的大小要求，选用车床CA6140，外圆磨M1412，台式钻床钻床Z515，铣床XA6132。(2)工艺装备的选用在小批量生产的条件下，所用的刀具有通用道具和特殊刀具，量具有游标卡尺、卡尺、塞规等。另外还要用到夹具。4.5工序加工余量的确定，工序尺寸及公差的计算（1）轴左端外圆表面。其加工路线为粗车半精车磨削。由工序03、05、09组成，据之前查到的加工余量得磨削余量为0.4。半精车为1.5。经修正后的粗车余量为4.1。确定总加工余量为6。计算各工序尺寸：磨削前：35+0.4=35.4半精车之前：35.4+1.5=36.9粗车前：36.9+4.1=41按照加工方法能达到的经济精度给各工序尺寸确定公差，查工艺手册可知每道工序的经济精度所对应的值为：取磨削的经济精度公差等级为IT6，其公差值为T1=0.016mm。取半精车的经济精度公差等级IT8，其公差值为T2=0.039mm。取粗车的经济精度公差等级IT11，其公差值为T3=0.16mm。 其数据如下表表5工序名称工序余量（mm）加工经济精度（mm）表面粗糙度Ra(m)工序基本尺寸(mm)尺寸、公差(mm)磨削0.4IT60.835半精车1.5IT83.235.435.40-0.039粗车4.1IT1112.536.936.90-0.16锻造 241412现用计算法对磨削径向的工序量进行分析：查表得Z1=0.4mm。则半精车基本尺寸为A2=35+0.4=35.4mm，半精加工工序的经济加工精度等级为IT8级。可确认其公差值0.039mm，故取A1=（35.40.02）mm。 工序最大余量Z1max=35.42-35.008=0.412mm 工序最小余量Z1min=(35.4-0.02)-(35+0.025)=0.365mm(2)对轴左端48外圆表面，加工工艺路线为粗车，尽由工序03组成。查表可得粗车余量为2.0mm。取粗车的经济精度公差等级IT11，查表可确认其公差值为0.16mm。将上面数据填入下表表6工序名称工序余量（mm）加工经济精度（mm）表面粗糙度Ra(m)工序基本尺寸(mm)尺寸、公差(mm)粗车2IT1112.54848锻造250502（3）对轴左端外圆表面加工工艺路线为：粗车半精车精车。由工序03、05、07组成，查表可得个工序余量：精车余量为1.1mm，半精车余量为1.5mm，修正后的粗车余量为3.4mm。总加工余量为6mm。计算各项工序尺寸：精车后达到图纸上的尺寸，其表面粗糙度为Ra1.6m。精车前尺寸：40+1.1=41.1mm半精车前尺寸：41.1+1.5=42.6mm粗车前尺寸：42.6+3.4=46mm按照各工序所得到的经济精度所对应的值精车的经济精度公差等级IT7，其公差值T1=0.025mm。半精车的经济精度公差等级IT8，其公差值T2=0.039mm。粗车的经济精度公差等级为IT11，其公差值T3=0.16mm。将上面的数据填入下表：表7工序名称工序余量（mm）加工经济精度（mm）表面粗糙度Ra(m)工序基本尺寸(mm)尺寸、公差(mm)精车1.1IT71.640半精车1.5IT83.241.141.10-0.039粗车7.4IT1112.542.642.60-0.16锻造250502用计算发对精车径向的工序量Z2进行分析：查表Z2=1.1mm，则半精车的基本尺寸为A2=40+1.1=41.1mm。半精加工工序的经济加工精度等级达到IT8级。确定公差值为0.039mm，所以A1=（41.1+0.02）mm。工序最大余量Z2max=(41.1+0.02)-(40+0.034)=1.106mm工序最小余量Z2min=（41.1-0.02）-（40+0.05）=1.07mm.（4）对轴锥度面的加工工序为：粗车半精车。由工序03、05组成，表面粗糙度Ra3.2m 。（5）对轴中端mm外圆表面，加工工艺路线为：粗车半精车磨削。由工序03、05、09组成。查工艺手册得各加工余量：磨削余量为0.4 。半精车为1.5 。经修正后的粗车余量为4.1 。确定总加工余量为6 。磨削前：35+0.4=35.4半精车之前：35.4+1.5=36.9粗车前：36.9+4.1=41取磨削的经济精度等级为IT6，公差值为T1=0.016mm。取半精车的经济精度等级为IT8，公差值为T2=0.039mm。取粗车的经济精度等级为IT11，公差值为T1=0.16mm。将以上数据填入表格表8工序名称工序余量（mm）加工经济精度（mm）表面粗糙度Ra(m)工序基本尺寸(mm)尺寸、公差(mm)磨削0.4IT60.835半精车1.5IT83.235.435.40-0.039粗车4.1IT1112.536.936.90-0.16锻造241412（6）对轴右端外圆面，精车之后的尺寸精度为表面粗糙度Ra3.2m。确定工艺路线：粗车半精车。查工艺手册可知半精车的加工余量为1.5mm，且总加工余量为6mm，则粗车余量为4.5mm。取半精车的经济精度公差等级为IT8，其公差值为T1=0.039mm。粗车的经济精度公差等级为IT11，其公差值为T2=0.16mm。将以上数据填入表格表8工序名称工序余量（mm）加工经济精度（mm）表面粗糙度Ra(m)工序基本尺寸(mm)尺寸、公差(mm)半精车1.5IT83.235粗车4.5IT1112.536.536.50-0.16锻造241412（7）对轴右端外圆表面：其加工路线为粗车半精车精车。由03、05、07组成，查表各工序的加工余量：精车加工余量为1.1mm。半精车为1.5mm。总加工余量为11mm。那粗车的加工余量为11-2.6=8.4mm。按照所能达到的经济精度查得每道工序所对应的公差值为：取磨削的经济精度等级为IT6，公差值为T1=0.025mm。取半精车的经济精度等级为IT8，公差值为T2=0.039mm。取粗车的经济精度等级为IT11，公差值为T1=0.16mm。计算各工序尺寸精车：30+1.1=31.1mm半精车：31.1+1.5=32.6粗车：32.6+8.4=41将以上数据填入下表表10工序名称工序余量（mm）加工经济精度（mm）表面粗糙度Ra(m)工序基本尺寸(mm)尺寸、公差(mm)精车1.1IT71630半精车1.5IT83.231.131.10-0.039粗车8.4IT1112.532.632.60-0.16毛坯2414124.6确定工序的切削用量确定切削用量的原则：首先应选去尽可能大的背吃刀量，其次在机床动力和刚度允许的条件下，又满足以加工表面粗糙度的情况下，选取尽可能大的进给量。最后根据公式确定最佳切削速度。(1)工序01，粗车轴的左右端面 该工序为两个工步，工步1是以左边定位。粗车右端面；工步2是以右边定位，粗车左端面。由于这两个工步是在一台机床上经一次走刀加工完成的，故其选用的切削用量相同。1)背吃刀量的确定：根据加工余量，工步1和工步2的北吃刀量都为2.5mm2)进给量的确定：本设计采用的是硬质合金车刀，工件材料是45钢，查表取进给量f0.86mm/r3)切削速度的计算：硬质合金车刀切削45钢时，取切削速度V为60m/min，根据公式n=1000Vc/d，可得车床转速n=100060/35r/min，查表CA6140的主轴转速范伟为101400，14001580（r/min），符合要求。(2)工序03粗车及工序05半精车1)该工序为工步1粗车和工步2半精车，则进给量依次为ap1=z=1.7mm， ap2=z=0.8mm2)查表得 粗车 f1=0.86mm/r3)半精车，取Vc为90m/min，则n=819r/min (n=1000Vc/d)粗车，取Vc为60m/min，则n=546r/min(3)工序05、工序07的过渡面部分 粗车半精车尺寸为48的轴肩两端面 粗车尺寸为40轴段与35轴段的过渡端面其切削用量与上述结论类似，不再计算(4)其余工序1)粗车加工时，取f=0.81mm/r Vc=60m/min n=546 r/min2)半精车加工时，取f=0.51mm/r Vc=90m/min n=819 r/min3)精加工时，取f=0.2mm/r Vc=120m/min n=955 r/min皆符合要求。(5)磨削加
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