电火花镗磨机床设计

电火花镗磨电火花镗磨机设计 目 录第1章 绪 论31.1 项目的研究意义31.2 国内外的科技现状31.3设计产品的用途和应用领域41.4 设计方案51.4.1 设计目标、研究内容和拟解决的关键问题51.4.2 设计方案51.4.3 题目的可行性分析51.4.4本项目的创新之处5第2章 电火花镗磨机总体设计62.1确定电机62.2电火花镗磨机布局6第3章 主传动系统设计83.1拟定结构83.2分配降速比83.3绘制转速图93.4确定齿轮齿数103.5确定带轮直径113.6验算主轴转速误差113.7绘制传动系统图13第4章 估算传动件参数并确定其结构尺寸154.1确定传动件转速154.2确定主轴支承轴颈尺寸164.3估算传动轴直径164.4估算传动齿轮模数174.5制动器的选择与计算194.6普通V带的选择与计算194.7几何计算21第5章 结构设计245.1带轮设计245.2齿轮块设计245.3轴承选择245.4操纵机构245.5润滑系统设计245.6密封装置25第6章 传动件验算266.1验算轴弯曲刚度266.2花键键侧挤压应力计算276.3验算齿轮模数286.4滚动轴承验算336.5尾柱设计36结 论38致 谢39第1章 绪 论1.1 项目的研究意义在当今时代，任何一个具备完整工业体系的国家，都会有相当数量的制造业，如汽车、机车、电力、船舶、航空航天、冶金矿山、石油化工、电火花镗磨机工具、通信、轻工、建材、家电、食品、仪器、仪表等。上述这些部门大多与机械工业有关，有的是实质上就是机械工业，它们都是用机械设备制造各种各样的产品。所以说机械工业是国民经济的装备部，是国民经济的先导，是国家重要的基础工业。如果一个国家的机械工业水平不高，它生产的产品在国际市场上是很难有竞争力的，也是很难立于世界民族之林的！美国是世界工业强国，70年代美国曾认为制造业是“夕阳工业”，经济重心应由制造业转向高科技产业及服务业等第三产业。科研重理论成果，不重视实际应用，政府不支持产业技术，使美国制造业产生衰退。而同期日本重视制造技术，重视高素质人才的培养，注重将高科技成果应用于制造业，加之严密的社会组织，很快把原来美国占绝对优势的产业如汽车、照相机、家电、电火花镗磨机、复印机、半导体等变成自己的主导产业，占领了世界市场。这很快引起了美国政界、科技界、企业界有识之士的关注。为此，80年代后期，美国政府和企业迅速组织调查，MIT在调查报告中指出：“一个国家要想生活的好，必须生产的好。振兴经济的出路在于振兴制造业”，当前国际间“经济的竞争归根到底是制造技术和制造能力的竞争”。镗床是一种主要用镗刀在工件上加工孔的电火花镗磨机。通常用于加工尺寸较大、精度要求较高的孔，特别是分布在不同表面上、孔距和位置精度要求较高的孔，如各种箱体、汽车发动机缸体等零件上的孔。所以对其进行合理设计，其意义十分重大。1.2 国内外的科技现状国外现状：德国政府一贯重视电火花镗磨机工业的重要战略地位，在多方面大力扶植。特别讲究“实际”与“实效”，坚持“以人为本”，师徒相传，不断提高人员素质。在发展大量大批生产自动化的基础上，于1956年研制出第一台数控电火花镗磨机后，一直坚持实事求是，讲求科学精神，不断稳步前进。德国特别注重科学试验，理论与实际相结合，基础科研与应用技术科研并重。企业与大学科研部门紧密合作，对用户产品、加工工艺、电火花镗磨机布局结构、数控电火花镗磨机的共性和特性问题进行深入的研究，在质量上精益求精。德国的数控电火花镗磨机质量及性能良好、先进实用、货真价实，出口遍及世界。尤其是大型、重型、精密数控电火花镗磨机。德国特别重视数控电火花镗磨机主机及配套件之先进实用，其机、电、液、气、光、刀具、测量、数控系统、各种功能部件，在质量、性能上居世界前列。如西门子公司之数控系统和Heidenhain公司之精密光栅，均为世界闻名，竞相采用。国内现状：在产品开发上，国内支柱企业重点放在数控电火花镗磨机上，年生产电火花镗磨机台数和数控电火花镗磨机所占比例逐年上升。据不完全统计，2004年钻镗床行业共开发新产品81种，其中数控电火花镗磨机新产品61种，占开发新产品的近80%。数控产品中在国内具有领先水平的有36种，包括车铣镗等复合加工中心，高速（最高转速在15000r/min至36000r/min）立、卧式加工中心、高速铣削中心、大型卧式加工中心（工作台尺寸2000mm4000mm及以上）、龙门式加工中心（龙门五面、龙门五轴）、五轴联动加工中心、高精度数控电火花镗磨机等。1.3设计产品的用途和应用领域该产品主要用于加工尺寸较大、精度要求较高的孔，特别是分布在不同表面上、孔距和位置精度要求较高的孔，如各种箱体、汽车发动机缸体等零件上的孔。卧式镗床的主轴水平布置并可轴向进给，主轴箱沿前立柱导轨垂向运动，工作台可纵向或横向运动，可钻、扩、铰、和镗孔及车削内、外螺纹、攻螺纹、车外圆柱面、端面及用端铣刀、圆柱铣刀铣平面等。1.4 设计方案1.4.1 设计目标、研究内容和拟解决的关键问题设计目标： 完成对电火花镗磨电火花镗磨机设计柱设计研究内容：（1）电火花镗磨机主轴箱设计（2）电火花镗磨机尾柱设计1.4.2 设计方案对电火花镗磨电火花镗磨机设计柱设计1.4.3 题目的可行性分析当今世界，工业发达国家对电火花镗磨机工业高度重视，竞相发展机电一体化、高精、高效、高自动化先进电火花镗磨机，以加速工业和国民经济的发展。中国加入WTO后，正式参与世界市场激烈竞争，今後如何加强电火花镗磨机工业实力、加速数控电火花镗磨机产业发展，实是紧迫而又艰巨的任务。1.4.4本项目的创新之处对主轴箱传动进行优化设计，提高生产效率和降低生产成本。 第2章 电火花镗磨机总体设计该型号镗床是一种主要用镗刀在工件上加工孔的电火花镗磨机。通常用于加工尺寸较大、精度要求较高的孔，特别是分布在不同表面上、孔距和位置精度要求较高的孔，如各种箱体、汽车发动机缸体等零件上的孔。卧式镗床的主轴水平布置并可轴向进给，主轴箱沿前立柱导轨垂向运动，工作台可纵向或横向运动，可钻、扩、铰、和镗孔及车削内、外螺纹、攻螺纹、车外圆柱面、端面及用端铣刀、圆柱铣刀铣平面等。根据电火花镗磨机的精度等级和工作性能要求，构思主传动系统，初步拟定采用集中传动，采用三相异步电动机，经分级变速箱实现主轴所需的各级转速和转速范围。（1）确定变速组传动副数目实现18级主轴转速变化的传动2.1确定电机根据功率要求查表选取电动机型号Y160M-4 11kw n=1460r/min2.2电火花镗磨机布局确定结构方案主轴传动系统采用普通V带，齿轮传动传动型式采用集中传动主轴正反转方向，制动采用能耗制动器变速齿轮系统采用多联滑移齿轮润滑系统采用飞溅油润滑（2）布局采用卧式镗床常规的布局型式，电火花镗磨机主要组成部件有床身、前立柱、主轴箱、工作台和后立柱等。此次设计主传动系统包括、轴及相关部件。第3章 主传动系统设计3.1拟定结构（1）确定变速组传动副数目：18=332（2）确定基本组和扩大组：18=332（3）验算最后扩大组变速范围：所以符合设计原则3.2分配降速比 该镗床主轴系统共设有四个传动组，其中有一个是带传动，根据降速比分配应“前快后慢”的原则，确定各传动组最小传动比： =3.3绘制转速图由1.26=1.06，查表4.2-1（文献13）转速有31.5、40、50、63、80、100、125、160、200、250、315、400、500、630、800、1000、1250、1600。3.4确定齿轮齿数利用查表法及各对齿数比求出个传动组齿轮齿数。 变速组一二三齿数和909599齿轮齿数405035553060534237582372663320793.5确定带轮直径带传动是机械传动学科的一个重要分支，主要用于传递运动和动力。它是机械传动中重要的传动形式，也是电机设备的核心，联接部件，种类异常繁多，用途极为广泛。其最大的特点是可以自由变速，远近传动，结构简单，更换方便。设计功率由表3.2-5（文献2）查得载荷修正系数kw查表2.4-3，图2.4-1（文献1）。取小带轮基准直径：mm大带轮直径由公式求得：mm3.6验算主轴转速误差主轴各级实际转速值由公式：其中，分别为第一、二、三变速齿轮传动比。=50.1=63.1=79.6=100.21.26=126.31.26=159.11.26=200.5=252.6=318.3 =401.1=505.4=636.8=802.31.26=1010.91.26=1273.81.26=1604.9转速误差：=4.1%所以转速误差表为：主轴转速标准转速r/min31.540506380100125160200实际转速r/min31.5639.850.163.179.6100.2126.3159.1200.5转速误差%0.20.50.20.20.50.21.00.60.3主轴转速标准转速r/min250315400500630800100012501600实际转速r/min252.6318.3401.1505.4636.8802.31010.91273.81604.9转速误差%1.01.00.31.11.10.31.11.90.3易知转速误差满足要求3.7绘制传动系统图根据传动情况及齿轮分布情况，绘制传动系统图如下：第4章 估算传动件参数并确定其结构尺寸4.1确定传动件转速由转速图可得各轴转速及各齿轮转速：传动件计算转速轴800400125100齿轮8006308005008004006308005003154001258001600 125 31.54.2确定主轴支承轴颈尺寸参照图2.3-2（文献1），选取前支承轴颈直径：=100mm 后支承轴颈直径： =（0.70.8）=7085mm取=80mm4.3估算传动轴直径 (mm)其中为轴危险截面的直径 （mm）P为该传动轴的载入功率（kw）P= (kw)计算公式轴号计算转速 r/min传动效率输入功率Pkw允许扭转角deg/m传动轴长度mm估计轴直径mm花键轴尺寸NdDB8000.9610.561.540035.08364274000.960.99510.511.540041.68424881250.960.9950.9910.41.550052.585260104.4估算传动齿轮模数许用接触应力=0.96，查表2.4-17，图2.4-8（文献1）得 =1100N/ 由表2.4-17（文献1）有=，查图2.4-13（文献1）取=518 N/查表2.4-17取齿宽系数=b/m=7。由图2.4-10 （文献1）取 =30时 =4.1； =23时 =4.24； =20时 =4.34按齿面疲劳强度：按轮齿弯曲疲劳强度：可得下表： 传动组小齿轮齿数比齿宽系数传递功率P载荷系数K系数系数许用接触应力许用齿根应力计算转速系数模数模数选取模数第一变速组302710.56161111005188004.12.232.122.5第二变速组233.17710.51161111005184004.243.222.943.5第三变速组204910.4161111005181254.343.964.194.54.5制动器的选择与计算选择电机能耗制动方式，特点是制动比较平稳，制动时间可以调整，简化电火花镗磨机结构，但需要直流电源，功率大，设备复杂。由于电机制动采用电气方法直接制动电动机使电火花镗磨机结构简化。制动器安装位置应根据电火花镗磨机具体结构，使用条件、综合全面考虑来确定。一般情况下，力争将制动器安放在靠近主轴（或其他执行元件上）、且转速较高，变速范围较小的轴上，可达到制动时间短、冲击小、制动灵敏、结构尺寸小（制动转矩小）的综合效果。因此将制动器放在轴上。4.6普通V带的选择与计算计算内容符号单位计算公式计算过程结果设计功率kw,表2.4-2（文献1）=1.31114.3带型选择mm图2.4-1（文献1）=120mm,r/mmA型初选中心距mm根据电火花镗磨机的布局及结构方案600计算带的基准长度mm1728.3选择的带的基准长度mm表2.4-4（文献1）1800实际中心距mm=318.8635.9V带轮包角171.5合格带速525m/s9.17合格带的挠曲次数10.2合格带的根数Z表2.4-6 表2.4-9 表2.4-10（文献1）8.16取8其中表示接触弧的包角修正系数；表示带长修正系数。4.7几何计算计算的尺寸： 端面齿形角： 20分度圆直径： mm齿顶高： mm齿根高： mm全齿高： mm齿顶圆直径： =125+22.5=130 mm齿根高直径： =125-23.125=118.75 mm中心矩： =112.5 mm同理算出的几何尺寸： 20 mm mm mm mm=137.5+22.5=142.5 mm=137.5-23.125=131.25 mm的几何尺寸：20 mm mm mm mm=150+22.5=155 mm=150-23.125=143.75 mm 第5章 结构设计5.1带轮设计根据V带计算选用8根A型V带，由于轴安装制动器及传动齿轮，为了改善它们的工作条件，保证加工精度，采用卸荷带轮结构。5.2齿轮块设计齿轮采用滑移齿轮变速机构，根据各传动组的工作特点，第一扩大组的滑移齿轮采用销钉联接装配式结构，基本组采用了整体滑移式齿轮。第二扩大组，由于传递转矩较大，采用链接装配式齿轮，所有滑移齿轮与传动轴间均采用花键联接。5.3轴承选择为了简化结构，主轴采用了轴向后端定位的两支承轴组件、前支承采用双列圆柱滚子轴承，后支承采用角接触球轴承和推力轴承，为了保证主轴的回转精度，主轴前后轴承均用压块式防松螺母调整轴承的间隙。5.4操纵机构为了适应不同的加工状态，主轴的转速经常需要调整。根据各滑移变速传动组的特点，分别采用了集中变速操纵机构和单独操纵机构。5.5润滑系统设计主轴内采用飞溅式润滑，卸荷皮带轮轴承采用脂润滑方式。5.6密封装置为了保证密封效果，采用接触密封，主轴直径大，线速度高，采用非接触式密封，卸荷皮带轮的润滑采用毛毡式密封以防止杂物进入。第6章 传动件验算6.1验算轴弯曲刚度（1）受力分析轴上的齿轮为滑移齿轮。根据本镗床齿轮排列特点。主轴转速为100r/min时，轴受力变形最大，故采用此时的齿轮位置为计算位置。（2）计算挠度、倾角齿轮受力计算；传递功率Pkw转速nr/min传动转矩TNmm齿轮压力角齿面摩擦角齿轮齿轮切向力N合力N在X轴上的投影N在Z轴上的投影N分度圆直径mm切向力N合力N在X轴上的投影N在Z轴上的投影N分度圆直径mm10.516301593182062317.42578.3359.82554.3137.52460.52737.6-1515-2280.2129.56.2花键键侧挤压应力计算其中为计算挤压应力 为许用挤压应力 为花键轴传递的最大转矩 为花键轴的大径 为花键轴的小径 为花键的赤数 为载荷分布不均系数=0.70.8 计算公式最大转矩Nmm花键轴小径mm花键轴大径mm花键数载荷系数工作长度mm许用挤压应力MPa计算挤压应力MPa结论250926.3424880.870308.30合格6.3验算齿轮模数验算公式按齿面接触疲劳强度按齿轮弯曲疲劳强度序号计算内容计算用图表或公式计算过程结果名称符号单位1齿数Z232使用系数表3.4-31（文献2）1.03功率系数表3.4-32（文献2）0.84表3.4-32（文献2）0.834转速变化系数表3.4-33（文献2）0.97表3.4-33（文献2）0.975变动工作用量系数=0.840.971.271.03=0.830.972.02取16工作期限系数=1.27=2.027名义切向力N；=8分度圆圆周速度m/s26.69动载系数 1.1210齿向载荷分布系数=1+0.2+0.171.3711齿间载荷分配系数表3.4-38（文献2）1.1表3.4-38（文献2）1.112节点区域系数图3.4-7（文献2）2.513弹性系数表3.4-39（文献2）189.814接触强度重合度及螺旋角系数图3.4-8（文献2）0.915许用接触应力N/mm=12000.89106816复合齿形系数插齿、滚齿查图3.4-10（文献2）剃齿、磨齿查图3.4-11（文献2）4.017弯曲强度重合度及螺旋角系数图3.4-12（文献2）0.818许用齿根应力N/mm=1.3446579.819接触强度模数mm3.2420弯曲强度模数mm3.316.4滚动轴承验算根据轴的受力状态，分别计算出左（A端）、右（B端）两支承端支反力。在xoy平面内： N N在zoy平面内： N N左、右端支反力为： N N两端支承受力相同、左端受力大，所以只验算左端轴承。轴承验算：计算公式疲劳寿命验算 （h）静负荷验算 （N）序号计算内容计算用表或公式计算过程结果名称符号单位1额定动负荷CN查轴承手册200002速度系数0.473使用系数表2.4-19（文献1）1.04功率利用系数表2.4-20（文献1）0.805转速变化系数表2.4-21（文献1）0.976齿轮轮换工作系数表2.4-27（文献1）0.757当量动负荷N640.88许用寿命h100009寿命指数3.3310额定寿命h将上述参数代入公式计算得合格11额定静负荷N查轴承手册1520012安全系数表2.4-32（文献1）1.213当量静负荷N已计算求得640.814静负荷N合格6.5尾柱设计尾柱安装在床身的左端，它由后立柱和支架组成，支架用来支承悬伸较长的刀杆，以增加刀杆的刚度。后立柱还可沿床身导轨作纵向移动，以调整位置。尾柱的动力来源于主轴箱，通过安装在床身导轨上的光杠，再经由一对锥齿轮传递过来，支架的上下移动是通过立柱上的丝杠来实现的。尾柱对于提高加工精度有很大作用，加工大型缸体，特别是对于加工深孔。其高度为1280mm，具体参数见图。 结 论时光如水，毕业设计的完成代表大学生活的即将结束，同时也是对我四年学业的综合检验。本次我设计的是电火花镗磨电火花镗磨机设计。镗床通常用于加工尺寸较大，要求精度较高的孔，如各种箱体、汽车发动机等。对于一台电火花镗磨机来讲，主轴箱是其最重要的部件，它关系到传递各种转速，扭矩。而再设计它的传动系统，目的主要有：提高其工作效率、减少各种损耗、降低成本、减小噪音。尽管目前数控电火花镗磨机大量的使用，效率也大大高于普通电火花镗磨机，但价格相对便宜的普通电火花镗磨机还是有其广阔的市场，如何提高竞争就只能在提高工作效率和降低成本上做文章。因此就有必要不断地对设计进行改进。在近三个月的设计过程中，设计的每个过程，我都严格按照国家的标准进行制图和设计。同时也发现自己很多方面的不足，只有通过长期的实践，通过设计，生产，再设计，才能最终设计出满意的产品。几个月的设计，最大的收获是对机械产品的研发有了很高的认识以及极大的锻炼了自己的自主设计能力，为以后步入工作岗位打下了很好的基础。由于缺乏经验，在设计过程中难免会存在不合理之处，还请各位老师指出，深表谢意。致 谢感谢老师在整个毕业设计过程中对我的帮助和支持，正是因为有了老师的指导，我的毕业设计才得一完成。同时也感谢老师在参考资料方面对我的帮助。参考文献1.李洪。机械制造工艺金属切削电火花镗磨机设计指导。东北工学院出版社。19892.李洪。实用电火花镗磨机设计手册。辽宁科学技术出版社。19993.成大先。机械设计手册。化学工业出版