螺纹在线加工部件结构设计【毕业论文+CAD图纸全套】

买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 I 摘 要 本次设计是对 螺纹在线加工部件 的 设计 。在这里主要包括 : 主轴箱传动机构 的 设计 、 进给部件 的 设计 、 刀具卡紧 部件 系统的 设计 这次毕业设计对设计工作的基本技能的训练，提高了分析和解决工程技术问题的能力，并为进行一般机械的设计创造了一定条件。 整机结构主要由电动机产生动力通过联轴器将需要的动力传递到丝杆上，丝杆带动丝杆螺母，从而带动整机 进给 运动， 而主轴箱通过二级齿轮减速带动主轴旋转运动 , 改设计 提高劳动生产率和生产自动化水平。更显示其优越性，有着广阔的发展前途。 本论文研究内容： (1) 螺纹在线加工部件 总体结构 设计。 (2) 螺纹在线加工部件 工作性能分析。 (3)电动机的选择。 (4) 螺纹在线加工部件 的传动系统、执行部件及机架设计。 (5)对设计零件进行设计计算分析和校核。 (6)绘制整机装配图及重要部件装配图和设计零件的零件图。 关键词： 螺纹在线加工部件 ， 滚珠丝杠 ,进给传动 ,主轴箱 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 is of to of a of of on of by to so as to by It a of (1) of of (2) of (3) (4) of (5) of (6) of of 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 录 摘 要 . I . 绪论 . 1 纹在线加工部件的要求 . 9 题的目的及意义 . 9 内外概况综述 . 11 课题研究的内容及方法 . 12 要的研究内容 . 12 计要求 . 12 键 的技术问题 . 12 2 螺纹在线加工部件总体结构设计 . 13 纹在线加工部件的构成 . 13 纹在线加工部件的工作原理 . 13 孔的基本尺寸和切削用量 . 15 速机构设计 . 18 3 进给结构及传动设计 . 20 给部位齿轮的传动计算 . 20 速级齿轮的设计计算 . 20 速级齿轮的设计计算 . 23 给丝杠传动设计 . 26 向进给滚珠丝杆副的选择 . 27 程确定 . 27 定丝杆的等效转速 . 27 计工作台质量及负重 . 27 定丝杆的等效负载 . 28 定丝杆所受的最大动载荷 . 28 度的选择 . 29 择滚珠丝杆型号 . 29 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 核 . 30 界压缩负荷验证 . 30 界转速验证 . 31 杆拉压 振动与扭转振动的固有频率 . 31 机的选择 . 32 机轴的转动惯量 . 32 机扭矩计算 . 33 4 主轴箱的设计计算 . 35 给结构及传动设计 . 35 速级齿轮的设计计算 . 39 的计算 . 42 速轴的计算 . 42 间轴的计算 . 46 速轴的计算 . 50 5 键连接的选择和计算 . 54 速轴（ I 轴）上键的选择及校核 . 54 间轴（ ）上键的选择及校核 . 54 速轴（ ）上键的选择及校核 . 55 6 滚动轴承的选择和计算 . 56 7 主轴的设计计算 . 59 动松拉刀系统 . 60 动松拉刀系统的关键零件 . 61 结 论 . 63 参考文献 . 64 致 谢 . 66 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 1 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 2 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 3 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 4 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 5 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 6 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 7 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 8 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 9 1 绪论 纹在线加工部件的要求 对于大型工业设备，在日常维护或技术改造过程中，难免需要在大型固 定基础件上加工螺纹，大型固定基础件不易拆卸移动，为了不影响生产，采用通用机床上常规的加工方法以不适合。当螺纹直径较大（ 40，需采用专用加工设备。本课题拟设计满足上述要求的专用加工设备。 1 以 80用镗削方法，多次加工底孔和多次加工螺纹表面，分析计算切削用量，确定所需要的运动关系和初始参数（轴向切削力和径向切削力）； 2、要求采用数控方式实现各运动的控制和关联，满足不同螺纹规格的加工需要，通过切换能实现螺纹退刀槽的加工； 3 专用镗削头经齿轮传动系统驱动主轴实现回转运动，机床主轴 精度按普通精度机床要求； 4 主轴组件采用可伸缩式套筒结构，主轴端结构可安装钻头，镗杆，切槽刀具。 题的目的及意义 近年来，随着汽车、机械、航天等工业领域的不断发展，对齿轮提出了更高的要求：传动速度大、承载能力强、使用寿命长、运行噪音小、制造成本低，相应地对齿轮的设计、加工、检测等方面也提高了要求。在这种背景下，现代设计方法、先进制造技术、计算机技术及相关技术的交叉融合，使齿轮相关技术的研究进入了一个崭新的阶段。 齿轮加工机床是一种技术含量高且结构复杂的机床系统，由于齿轮使用的量大面广，齿轮加工机床 已成为汽车、摩托车、工程机械、船舶等行业的关键设备。 特别是，随着汽车工业的高速发展，对齿轮的需求量日益增加，对齿轮加工的效率、质量及加工成本的要求愈来愈高使齿轮加工机床在汽车摩托车等行业中占有越来越重要的作用。 机床 是齿轮加工机床中的一种，占齿轮加工机床拥有量的 40%它主要用来加工圆柱齿轮和蜗轮等。 传统 机床 完全依靠机械内联传动实现滚刀与工件的同步运动和差动运动往需要经过多级齿轮传动，并且引入蜗杆蜗轮机构使得机械结构非常复杂调整维护非常困难也降买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 10 低了加工精度。 螺纹在线加工部件 高加工精度、高生产率的特点，在制造 业中的应用比例越来越大，有效地保证了产品质量和产量。随着风电、船舶、建材产业的迅速发展 ,国内对大型高档机床的需求旺盛 ,且要求效率高、精度高。国内机床技术与国外有很大差距。国内还没几家单位有能力加工直径为两米的大型 螺纹在线加工部件 ,全世界也只有两家 ,分别在德国和美国。在这种情况下 ,有好几年 ,中国的大型 螺纹在线加工部件 都需进口这两家的产品。从国外进口 ,价格贵 ,交货期长 ,售后服务麻烦。所以研制加工直径两米以上的大型 螺纹在线加工部件 和有必要。 对 螺纹在线加工部件 的设计主要是培养学生综合应用所学专业的基础理论、基本技能和专业知识的能力，培养学生建立正确的设计思想，掌握工程设计的一般程序、规范和方法。而工科类学生更应侧重于从生产的第一线获得生产实际知识和技能，获得工程技术经用性岗位的基本训练，通过毕业设计，可树立正确的生产观点、经济观点和全局观点，实现由学生向工程技术人员的过渡。使学生进一步巩固和加深对所学的知识，使之系统化、综合化。培养学生独立工作、独立思考和综合运用所学知识的能力，提高解决本专业范围内的一般工程技术问题的能力，从而扩大、深化所学的专业知识和技能。 培养学生的设计计算、工程绘图、实验研究、数据处理、查阅 文献、外文资料的阅读与翻译、计算机应用、文字表达等基本工作实践能力，使学生初步掌握科学研究的基本方法和思路。使学生学会初步掌握解决工程技术问题的正确指导思想、方法手段，树立做事严谨、严肃认真、一丝不苟、实事求是、刻苦钻研、勇于探索、具有创新意识和团结协作的工作作风。 通过毕业设计资料的搜集、整理、数据的查询，方案的确定，撰写、电路的设计以及毕业答辩等活动，初步了解数控机床回参考点的方式的种类何工作原理，接受初步的数控机床的训练和熏陶，深化和综合基础课、专业课的分析问题和解决问题的能力以及培养协作精神，树立高 度的工作责任感的能力，同时系统的对我们三年所学知识进行总结，全面的复习整理，查缺补漏，以达到熟练掌握专业知识的目的，并综合运用和深化所学专业理论识培养独立分析和解决一般工作实际问题的能力，树立高度的责任感，以便在日后工作中能得心应手。能更好的适应社会的需要，充分发挥自己的才华，贡献自己的一份力量。 随着教育改革的逐步深入，为落实增强学生的创新精神，能力培养和素质教育三大新的教育目标打破以理论教学为主，实验教学和实践为辅的传统教育方法，提高学生的买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 11 创新能力及灵活运用知识的能力，以便能最快的适应工作的需求。 内外概况综述 我国生产 机床 的历史始于 1953 年，经过 30 年的努力，到 80 年代初已进入世 机床主要生产国家行列。目前，国产 机床 以传统的机械传动式为主，品种、系列齐全。传统机床 完全依靠机械内联传动实现滚刀与工件的同步运动和差动运动，往往需要经过多级齿轮传动，并且引入蜗杆蜗轮机构使得机械结构非常复杂调整维护非常困难也降低了加工精度。近几年，我国在 机床 设计技术方面研究的主要经历了从统机械式 机床 通过数控改造发展为 2 至 3 轴（直线运动轴）实用型数控高效 机床 ，到全新六轴四联动数控高速机床 的开发 ,最大主轴转速一般为 1200 转 /分，与发达国家同类产品相比我国仍然存在着不小的差距，究其原因主要还是因为基础研究差，整体设计能力不足，由此导致新技术应用慢和仿制比重较大，如零传动技术干切技术在齿轮加工机床中的应用一直处于落后状态。 数控系统是数控机床的核心，德国西门子、利勃海尔和日本的马扎克、法拉克掌握着数控系统的最高水平，利勃海尔数控系统 16 个软件包的价格接近母机价格，软件和母机一起卖，不分开出售，软件利润非常高。目前国内机床企业使用的中高档机床的数控系统基本都是国外进口。同时国内研制加工效率高、精度高直径为两米的大型 螺纹在线加工部件 的单位的能力比较弱，而从国外进口 ,价格贵 ,交货期长 ,售后服务麻烦。数控系统和功能部件发展滞后已成为制约行业发展的瓶颈。国产中档数控系统国内市场占有率只有 35%，而高档数控系统 95%以上依靠进口。功能部件国内市场总体占有率约为30%，其中高档功能部件市场占有率更低。台湾地区品牌功能部件约占国内市场的 50%，其余 20%为欧盟、日本等品牌产品。据国家海关统计数据， 2010 年我国进口数控系统金额达 美元， 机床 附件 (含功能部件和夹具 )类产品达 美元。 以高速、高精、复合、智能等为特征的高档 螺 纹在线加工部件 关键技术虽然已经取得明显进步，一批共性、基础技术和新产品研发也有了新的进展，但与国际先进水平相比，还存在较大差距。有些关键技术，如：高速高精运动控制技术、动态综合补偿技术、多轴联动和复合加工技术、智能化技术、高精度直驱技术、可靠性技术等尚需进一步突破，有些重大技术离产业化还有一段路程。以企业为主体、以市场为导向、产学研用相结合的研发体系尚未真正建立，行业的自主创新发展缺乏高新技术支撑。 我国 机床 工具行业产品质量整体 水平已经有了很大提高，对提升产业的整体素质和买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 12 核心竞争力起到了重要作用，也得到广大用户的认可。但在产品质量的稳定性和可靠性方面，例如： 机床 早期故障率较高，精度稳定性周期短，工程能力系数 ( )、平均无故障工作时间 (指标与国际先进水平比较尚有一定差距。加强产品质量工作，解决深层次的质量问题依然不容忽视。 课题研究的内容及方法 要的研究内容 为了实现上述目标，本文拟进行的研究内容如下 : 1 根据现场作业的环境要求和本身的结构特点，确定 螺纹在线加工部件 整体设计方案。 2 确定的性能参数，对初步模型进行静力学分析，根据实际情况选择电机。 3 从所要功能的实现出发，完成 螺纹在线加工部件 各零部件的结构设计； 4 完成主要零部件强度与刚度校核。 计要求 1 根据所要实现的功能，提出 螺纹在线加工部件 的整体设计方案 ； 2 完成 螺纹在线加工部件 结构的详细设计 ； 3 通过相关设计计算，完成电机选型； 4 完成 螺纹在线加工部件 结构的设计； 绘 制 螺纹在线加工部件 结构总装配图、主要零件图 。 键的技术问题 1 方案选择 2 整体 设计 3 电机选型 设计 4 强度 校核 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 13 2 螺纹在线加工部件 总体结构设计 纹在线加工部件 的构成 该机在整体结构的主要零部件有底座基础、纵向导轨、横向导轨、支柱、切削头、工作台、控制箱、等组成。其中底座基础上安装有地脚螺栓，纵向导轨支撑体通过地脚螺栓与基础体固定在一起。 纹在线加工部件的工作原理 本课题主要设计一套数控加工大型零部件上孔内螺纹加工的主轴箱，进给箱内部的机械结构设计框图如图所示，通过对主轴箱的具体结构设计，实现主运动和进给运动，从而实现对于螺纹的加工。这是一条内联系传动链，联系两个执行件，以形成复合成形运 动的传动链，称为内联系传动链。它的作用是保证两个末端件之间的 相对速度 或相对位移保持严格的比例关系，以保证被加工表面的性质。如在 卧式车床 上车 螺纹 时，连接主轴 和刀具之间的传动链，就属于内联系传动链。此时，必须保证 主轴 （工件）每转一转， 车刀 移动工件 螺纹 一个导程，才能得到要求的 螺纹导程 。对于主运动的设计是采用交流伺服电机通过减速机构把动力传到主轴上，主轴带动刀具回转在孔内加工出螺纹，而另一方面也采用交流伺服电机和减速机构将运动传到丝杠螺母副，丝杠的回转带动螺母移动，利用螺母座与主轴的套筒联结，由于主轴和套筒的刚性连接，从而使得主轴随着螺母的移动而移动，实现了进给运动。另外在主运动的减速机构上安装编码器用于实时监测主轴的转速，以便及时调整主轴转速，保证螺纹的加工质量。对于钻孔加工和螺纹加工类似，但却是一条外联系传动链，联系交流伺服电动机和主轴，使主轴得到给 定的速度运动，并传递一定的动力，外联系传动链 传动比 的变化，只影响 生产率 或 表面粗糙度 ，不影响加工表面的形状。 因此，外联系传动链不要求两末端件之间有严格的传动关系。通过主轴的主运动和进给运动带动刀具同时回转运动和直线进给运动加工出所要求的孔。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 14 伺服电动机是指能够精确地控制转速与转角的一类电动机，它在机电一体化设备进给伺服系统中是执行元件。常用的伺服电动机分为四大类：直流伺服电动机；交流伺服电动机；步进电动机；直接驱动电动机。直接驱动电动机、交流伺服电动机和直流驱动电动机均采用位置闭环控制，一般用于要求精度高、速度快的伺服系统；步进电动机主要用于开环控制，一般用于精度、速度要求不高，成本较低的伺服系统中。相比于其 他电动机，交流伺服电动机交流伺服电机特点 ： 无电刷和换向器，因此工作可靠，对维护和保养要求低。 定子绕组散热比较方便。 惯量小，易于提高系统的快速性。 适应于高速大力矩工作状态。 同功率下有较小的体积和重量。 减速机构采用直齿圆柱齿轮传动，齿轮传动的优点： 1、使用的 圆周速度 和功率范围广； 2、效率较高； 3、 传动比 稳定； 4、寿命长； 5、工作可靠性高； 6、可实现平行轴的之间传动。 在机电一体化系统中，常常需要检测运动部 件的位移和速度。检测角位移和速度常用的传感器是增量式旋转编码器，检测线位移和线速度常用的则是直线光栅。这两种位移检测装置本身就是 旋转器，它们与控制系统的接口简单方便。 增量式旋转编码器结构和工作原理：增量式旋转编码器是一种光学式位置检测元件，主要用以测量转角与转速，输出信号为电脉冲，其外形如图 4量式旋转编码器最初的结构是一种光电盘，如图 4一个圆盘的圆周上分成相等的透明买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 15 与不透明部分（构成主栅），圆盘 与工作轴 1一起旋转。此外还有一个固定不动的圆形薄片（分度栅 8）与圆盘（主栅 7）平行放置，分度栅开有 A 、 B 、 Z 三组狭缝。其中 A 、B 狭缝用于辨向，彼此错开 1/4栅距（主栅上相邻两线的间距为一个栅距）； Z 狭缝用作零位。工作轴转动时，感光元件接收到的光通量会时大时小地连续变化（近似于正弦信号），经放大，整形电路变换后输出方波信号，如图 4中 A 、 B 两路方波的相位差 为 90 。若定义 A 相超前于 B 相时工作轴为正转，则 B 相超前于 A 相时工作轴就为反转。 Z 相是零位脉冲（每转一个），通常用作测量基准。在实际应用中，从编码器输出的 A 、 B 相信号经辨向和倍频后，变成代表位移的测量脉冲被引入位置控制回路进行位置调节；或经频率 为速度反馈信号送给速度控制单元进行速度调节。 孔的基本尺寸和切削用量 根据加 工螺纹的公称直径确定孔径的大小，查 金属机械加工工艺人员手册 (以下简称手册 )可知，普通螺纹的基本尺寸如图所示（注：本课题主要研究螺距3 之间的螺纹）。本课题研究螺纹的公称直径 D 在 0 之间，中径公差等级为 8级。查手册可知，直径大于 孔采用两个钻头分两次来钻出，先用直径为 0 的钻头钻，然后再扩至所要求的孔径，选用的刀具是锥柄麻花钻（ 851438 ,刀具材料是 18 ,选用第一系列的刀具直径， 工件材料选用为235Q 结构钢 b = 4600. 查 手册得，钻削加工的切削速度公式 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 16 m （ 1） 式中： f t d 由手册查得 f = 65.0 当刀具直径 00 ， t ；当刀具直径 00 ，t 将相关参数代入公式得 2m i n ， 5m a x 钻削时轴向力 N ，扭矩 M 及功率 P 的计算公式查手册可知， N (2) (3) 1 8 7 6 0 (4) 根据（ 2）式，计算 ， a x 根据（ 3）式，计算 a n ，有： (5) 得 m in ， m 3 51m a x 将相关参数代入式（ 4）中得 ， 根据所计算的相关参数查相关资料，选择 180定功率 额定力矩 30 ，额定转速 2000 r ，额定线电流 转动惯量J 90 2，其安装尺寸如图所示， 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 17 电机性能曲线如上图所示，当电动机轴转速在 m 5001250 r 之间时，转矩在买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 18 间。 速机构设计 根据选择的电动机的相关参数和切削加工时功率和转矩的要求，初选进给运动传动机构传动比 41i ，二级传动。 (2)加工螺纹的基本尺寸和切削用量 螺纹的公称直径 D 查手册知，如下表所示 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 19 选择加工三角形内螺纹的公称直径 D 为 0 之间，螺距 p 在 之间。加工刀具的材料为硬质合金 工形式是镗削螺纹，工件材料选用为 235Q ab 。 切削速度计算公式： v （ 6） 其中 104t 为刀具耐用度 t 90 i 为行程次数， 根据查到的数据可知 i 为 2；切削速度 m ，m . 主轴转速公式： n = 8） 同理主轴切削速度 v 在 m 8 入主轴转速公式得转速 n 的范围在 m 动机轴转速 m 2 0 0m 0 0 间根据螺纹加工时主轴转速范围可知，主运动传动机构传动比符合要求。 主轴做进给运动时，根据钻削 扭矩值 选择 180传动机构传动比 32i ，二级传动。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 20 3 进给 结构及传动设计 给部位齿轮的传动计算 根据 前面章节介绍，该部分总传动比为 i=3 其中高速级取 速级取 . 速级齿轮的设计计算 按设计计算公式 1 选择齿轮类型、精度等级、材料及齿数。 1）根据传动方案，选用直齿圆柱齿轮传动。 2）运输机为一般工作机器，速度不高，选用 7 级精度（ 3）材料选择 由表 (10择小齿轮材料为 40质），硬度为 280 齿轮材料为 45 钢（调质），硬度为 240 者硬度差为 40 4）初选小齿轮的齿数1 24Z ，2 1 1 1 . 5 2 4 = 3 6Z i Z ，选2 36Z 2 按齿面接触强度设计 由设计公式 2131 2 12 . 3 2 ( )t Ht d ud u （注 :脚标 t 表示试 选或试 算值 ,下同 .） （ 1）确定公式内各计算数值 1）试选载荷系数 2）计算小齿轮转矩 1115 . 69 5 5 0 9 5 5 0 2 6 . 7 4 3）由表 10取齿宽系数 （非对称布置） 4）由表 10取材料弹性影响系数 1 21 8 9 p5）由图 10齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限li m 1 600；大齿轮的接触疲劳强度li m 2 5506）由式 10算应力循环次数 9116 0 6 0 1 4 6 0 1 ( 2 8 3 0 0 8 ) 3 . 3 6 4 1 0hN n j l 812 6 . 4 6 9 1 05 . 2 （ j 为齿轮转一圈，同一齿面啮合次数； 工作寿命） 7）由图 10接触疲劳寿命系数120 . 9 3 , 0 . 9 6H N H 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 21 8）计算接触疲劳许用应力 取失效概率为 1%，安全系数为 S=1，由式 10 1 l i m 112 l i m 22558528 （ 2）计算 1）试算小齿轮分度圆直径1入 H较小值 由计算式 2131 2 12 . 3 2 ( )t Ht d ud u 得， 1 ）计算圆周速度 11 3 . 6 5 5 76 0 1 0 0 0mV s 3）计算齿轮 b 1 1 4 6 . 5 2 4 6 . 5 2d m m m m 4)计算齿宽与齿高比 . 5 1 2 . 0 2 1 2 524z 齿轮高 *( 2 ) 2 . 0 2 1 2 5 2 . 2 5 4 . 5 4 7 8ah h c m m m 齿高比 4 6 . 5 2 1 0 . 6 74 . 5 4 7 85）计算载荷系数 K 根据 mV s ， 7 级精度，由图 10得动载系数 由表 10得 1表 10插值法， 7 级精度 ,小齿轮相对轴承为非对称布置 查得 由 1 . 4 , 1 0 . 6 7H bk h 查图 10 故载荷系数 A V H K K K =文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 22 6）按实际的载荷系数校正所算分度圆直径，由式（ 10 311 4 7 . 5 7t d m 7）计算模数114 7 . 5 1 1 . 9 724 3 按齿根弯曲强度设计 由式（ 10 13 212 F a s a （ 1）确定计算参数 1)图 10得 小齿轮弯曲疲劳强度极限1 500F E ，大齿轮弯曲疲劳 强度极限为2 380F E 1） 由图 10弯曲疲劳寿命系数 120 . 9 0 , 0 . 9 2F N F 3)算弯曲疲劳许用应力 取弯曲疲劳安全系数 由公式 (10 111 3 1 4 . 2 9F N F 222 2 4 4 . 2 9F N F 4)算载荷系数 A V F K