镗削动力头及其组件设计【通过答辩毕业论文+CAD图纸】

买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 专业论文设计图纸资料在线提供，优质质量，答辩无忧 摘 要 主轴及其主轴组件，是组合机床的核心部件，是组合机床进行加工的执行者，在组合机床的发展过程中占有相当重要的地位。一台组合机床的加工精度主要取决于动力头及其主轴组件的精度。现在，很多动力头基本上已经标准化，这为机床的制造，改装带来了很大的方便，但为了提高精度，工作效率， 还 需要设计出更专用化的动力头部件。 本次设计的镗削动力头主要是用于镗削加工 H 的孔。在设计动力头的过程中，主要是依据镗削加工 该零件 时所需要的切削用量，进行 总体方 案 、 传动 装置 、主轴及其组件设计。 最后通过校核计算，验算所设计动力头的合理性 。 该 设计的 镗削 动力头结构简单， 工作可靠，可适用 于加工 40 200 加工精度较高，与通用动力头相比， 结构简单、紧凑， 可以更好的发挥动力装置的能力，大大提高劳动生产率 和加工精度 。 关键词： 组合机床；动力头；镗削加工 。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 专业论文设计图纸资料在线提供，优质质量，答辩无忧 he is is on in A is by in to to is on a In is of be to 40mm to we 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 专业论文设计图纸资料在线提供，优质质量，答辩无忧 目 录 中文摘要 英文摘要 第一章 绪论 1 第二章 动力头参数计算 2 2 2 2 3 3 3 3 4 4 5 5 6 第三章 主轴设计 7 7 7 8 8 9 轴最小直径 9 9 10 10 10 10 第四章 齿轮设计 12 12 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 专业论文设计图纸资料在线提供，优质质量，答辩无忧 12 12 12 13 14 14 第五章 轴上零件设计 15 15 15 15 15 15 16 16 16 16 第六章 主轴组件的检验校核 18 18 19 19 21 21 22 25 25 第七章 主轴箱总体设计 28 28 28 29 第八章 设计总结 30 参考文献 31 致谢 32 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 专业论文设计图纸资料在线提供，优质质量，答辩无忧 第一章 绪 论 进入 20 世纪以来 ,机器是人类进行生产以减轻体力劳动和提高劳动生产率的主要工具，使用机器进行生产的水平是衡量一个国家的技术水平和现代化程度的重要标志。机械制造在国民经济中占有重要地位，是一个国家或地区发展的重要支柱。组合机床 具有 低成本和高效率的优点，在大批、大量生产中得到广泛应用，并可用以组成自动生产线 ，已 逐渐在金属切削机床中显现出它独有的 特色 ，赢得很多机械制造工厂的青睐。而主轴及其组件则是组合机床的重要执行部件，它对加工的精度有很大的影响，尽管现在动力头很多都被标准化，但 针对某些特定的零件 ， 设计专用的动力头，以更好的 提高加工精度和工作效率，降低 生产 成本，仍然 有其必要性 。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 专业论文设计图纸资料在线提供，优质质量，答辩无忧 第二章 动力头参数计算 主传动的运动设计的任务是运用转速图的基本原理，从 而 拟定满足给定的转速的传动方案。其主要内容包括选择变速组及其传动副数，确定各变速组中的齿轮传动比，以及计算齿轮齿数，带轮直径等。 件 分析 要求设计一种专用机床的动力头，用于镗削加工 6 7型空压机上的减荷阀体 料为 重 加工要求为： 表面粗糙度值 工精度等级 材料为 机械设计课程设计手册 1 表 2硬度范围为 148 222此取 180为被加工 表面粗糙度值 工精度等级 机械制造技术基础 2 表 6据 对零件图的分析比较最后得出加工方案：粗镗 精镗。定位基准为：工件的下底面。 定加工刀具材料 通过对零件的工艺分析，取 背吃刀量p=3进给量 f =r。（机械加 工工艺手册 3 表 选取刀具材料为 选择通孔镗刀，得到通孔镗刀的外形参数 B=12=12=125、 150l =40、 60， d =12查机械加工艺手册 表 63。 定镗削时主轴最佳转速 根据加工要求，选择通孔镗刀，查机械加工艺手册 表 63。 确定镗削加工时主轴转速和功率 查机械加工工艺手册 表 66 附表 9；得硬质合金镗刀的切削速度为 v=s，所需要的切削功率为 镗 削 动力头主轴最佳转速： n = 601000 d vm/ （ 2 1） 公式出处 机械制造装备 4 ； 式中 v 切削速度，单位为 m/ d 工件（或刀具）直径，单位为 把上面的各个参数代入式（ 2 1）可得： n = = 200 r/文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 专业论文设计图纸资料在线提供，优质质量，答辩无忧 动参数 运动速度范围 根据已知条件，要求镗 削 加工孔的范围为 40 200 加工 40 200 孔时取 p=3f =r。查机械加工工艺手册 表 取刀具材料为 机械加工工艺手册 表 66 附表 9：得硬质合金镗刀的切削速度为 s、 s。 把上面的各个参数代入式 2 2 可得 ： m i nm i nm a d m a xm a x m i vn d （ 2 2） =692 r/1 0 0 0 1 603 2 0 0 =124.2 r/ 1z （ 2 3） 公式出处 机 械制造装备 ； 式中 z 传动级数。 将 入公式 2 3 可得： = = 6 定传动级数 将式（ 2 3）两边取对数可得： z =( ) + 1 （ 2 4） 查机械制造装备 表 3 1， 如下表 2 1： 由下表取公比 将 代到式 2 4 中，得： z =( + 1 1 = 过综合的分析与考虑，由于 z 只能为整数，故在此 z 值取为 6。 z 3 2 6 定主轴的标准转速 查机械制造装备 表 3 2，如下表 2 2： 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 专业论文设计图纸资料在线提供，优质质量，答辩无忧 表 2 1 标准公比 表 2 2 标准数列表 1 0 4 15 16 17 18 19 20 5 8 30 0 5 0 53 56 60 63 67 71 75 80 85 90 95 100 106 112 118 125 132 140 150 160 170 180 190 200 212 224 236 250 265 280 300 315 335 355 375 400 425 450 475 500 530 560 600 630 670 710 750 800 850 900 950 1000 1060 1120 1180 1250 1320 1400 1500 1600 1700 1800 1900 2000 2120 2240 2360 2500 2650 2800 3000 3150 3350 3550 3750 4000 4250 4500 4750 5000 5300 5600 6000 6300 6700 7100 7500 8000 8500 9000 9500 10000 10600 11200 11800 12500 13200 14100 15000 在此的最 低 转速是 124.2 r/高转速为 692 r/ 上表 1 2 标准转速表可以确定机床主轴转速由低到高分别为： 1n=125 r/ 2n=180 3n=250 4n=3555n=500 6n=710动机的选择 电动 机 是 动力头切削动力的来源，是动力头的核心部件，对机床的工作起着至关重要的作用，为 了最大限度的发挥机床的切削性能，必须选择一个功率合理的电动机，同时为了考虑电动机在动力头上的布局，还应在功率匹配的情况下，选择电动机的外形尺寸。 算电 动机功率以 及各轴上的传递功率 根据前面已经查出，镗削动力头最终所需要的输出功率为 机械设计课程设计手册 8 级精度的一般圆柱齿轮的传动效率为 110E 4010 2010 1010 320 10 510 410 620 10 210E 1210 62 32 2 23 2 56 2 2 11% 21% 29% 37% 44% 50% 与 系 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 专业论文设计图纸资料在线提供，优质质量，答辩无忧 其需要经过四对齿轮传动，因此传动总效率为： 总 为： 床切总 2 5） 公式出处 金属切削机床设计 5 式 2 式中 所以，电机需要提供的功率为 床切总 此各个轴传递的功率分别为： p p p . 2 8 2 . 2 8 0 . 9 7 2 . 1 1p 主 中 是指轴与轴之间的传动效率 择电动机的型号 根据机床的具体要求查机械设计课程设计手册 表 12 1 选择 6 型电动机。 转速图 图 2 1 转速图 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 专业论文设计图纸资料在线提供，优质质量，答辩无忧 力头结构简图 轴 1 轴 2 轴 3 轴 4 主轴 图 2 2 动力头结构简图 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 专业论文设计图纸资料在线提供，优质质量，答辩无忧 第 三章 主轴设计 轴材料的选择 主轴材料主要根据刚度 、载荷特点、耐磨性和热处理变形大小等因素来选择。主轴的刚度与材料的弹性模量 E 值有关 ， 钢 的 E 值较大（ 107 N/，所以主轴材料首先考虑用钢料 。因为 钢 的弹性模量 以不论是普通钢还是合金钢，其弹性模量 此在选择 钢 料的时 候应首先考虑价格便宜的中碳钢，在此我选择 45钢。 轴轴承的选用 轴承是主轴的重要组成部分，它的类型、配置、精度、安装、调整和润滑等都直接影响主轴组 件 的工作性能。主轴的旋转精度 在很大程度上由轴承决定，轴承的变形量约占主轴组件总变形量的 30% 50%，轴承的发热量占的比重也比较大。故主轴轴承应具有：旋转精度高、刚度大、承载能力强、抗振性能高、摩擦功耗小、噪声低和寿命长等特点。这也是对主轴轴承的基本要求， 查金属切削机床设计 6，如下表 3 1： 表 3 1 滚动轴承和滑动轴承的比较 基本要 求 滚动轴承 滑 动 轴 承 动压轴承 静压轴承 旋转精度 精度一般或较差。可在无隙或预加载荷下工作。精度也可以很高，但制造困难 单油楔轴承一般，多油楔轴承较高 可以很高 刚 度 仅与轴承型号有关，与转速 、 载荷 无关，预紧后可提高一些 随转速和载荷升高而增大 与节流形式有关，与载荷转速无关 承载能力 一般为恒定值，高速时受材料疲劳强度限制 随转速增加而增加，高速时受温升限制 与油腔相对压差有关，不计动压效应时与速度无关 抗振性能 不 好 ， 阻 尼 系 数D= 好 ， 阻 尼 系 数D= 好 ， 阻 尼 系 数L=度性能 高速受疲劳强度和离心力限制，低中速性能较好 中高速性能较好。低速时形不成油漠，无承载能力 适应于各种转速 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 专业论文设计图纸资料在线提供，优质质量，答辩无忧 摩擦功耗 一般较小，润滑调整不 当 时 则 较 大f=小 f=身功耗小，但有相当 大 的 泵 功 耗f= 声 较大 无噪声 本身无噪声，泵有噪声 寿 命 受疲劳强度限制 在不频繁启动时，寿命较长 本身寿命无限，但供油系统的寿命有限 根据表 2 1 对滚动轴承和滑动轴承做出相应比较，在 这里滚动轴承能够满足主轴组件工作性能要求、经济合理。所以选择滚动轴承。 轴热处理 主轴采用 45钢 ，查机械制造装备 表 2 4，如下表 3 2： 表 3 2 主轴材料及热处理 钢 材 热 处 理 用 途 45钢 调质 22 28部高频淬硬 50 55般机床主轴、传动轴 40质后 淬硬 40 50荷较大或表面要求较硬的主轴 20碳 、淬硬 56 62等载荷、转速很高、冲击较大的主轴 38 化处理 850 1000密和高 精度机床主轴 65硬 52 58精度机床主轴 根据表 3 2，为满足工作要求， 对该 45 钢主轴进行调质处理，硬度 28。由于主轴采用的是滚动轴承，为了提高接触刚度，防止敲碰损伤轴颈的配合表面，所以对轴颈进行高频淬火，硬度 55。 定主轴的结构 本组合机床的主轴结构应保证镗刀的安装可靠 、定位准确、连接 刚 度高、装卸方便并能传递足够的转矩 ；考虑到该主轴上 安装 零件的类型、数量、位置和安装定位方法的因素以及加工工艺性和装配工艺性。所以将该主轴设计成头大尾小、逐级递减的阶梯形状。 具体样式如下图 2 1： 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 专业论文设计图纸资料在线提供，优质质量，答辩无忧 图 3 1 主轴 轴结构参数 定主轴最小直径 （ （ 3 1） 公式出处 机械设计 6 式中 C 与轴材料有关的系数； P 轴传递的功率； n 轴的转速。 主轴采 用 45钢，根据机械设计 表 3 3 表 3 3 轴强度计算公式中的系数 C 轴的材料 20 35 45 408 C 12 160 15 148 20 135 25 125 30 118 35 112 40 106 45 102 52 98 由上表 12;因为中型通用机床的主轴计算转速 3转速范围内的最高转速，所以 80r/的传递功率 C、 n、 1得： d 确定 主轴前轴颈 查机械制造装备 5，如下表 3 4： 表 3 4 主轴前轴颈的直径 功率 机床 11 11 床 50 90 70 105 95 130 110 145 140 165 150 190 由于镗床主轴与车床主轴机构类似，电机的功率为 据上表 选择 : 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 专业论文设计图纸资料在线提供，优质质量，答辩无忧 50 确定 主轴后轴颈 根据 经验公式 （ 3 2） 35 确定 主轴内孔 为了减轻主轴重量、通过 刀具 拉杆、冷却管等 ，主轴上都有内孔。 主轴内孔直径的大小 ，应 在满足主轴刚 度 要求 的前提下 来取 值，1=50 满足足够的强度 ： 0 主轴前端 尺寸的确定 该专用组合机床镗削的孔径不大，用主轴莫氏锥孔作为镗刀杆的定位面，并且便于装夹，通用性也很强。查 金属切削机床设计简明手册 7 表 1 48 主轴端部尺寸 ， 详 如下表 3 5： 图 3 2 主轴端部 表 3 5 镗床主轴端部尺寸（ 89） 1d b L 132 55 20 53 109 33 3 轴各具体尺寸的确定 根据主轴组件具体安装尺寸要求，主轴各尺寸确定如下表： 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 专业论文设计图纸资料在线提供，优质质量，答辩无忧 表 3 6 主轴尺寸 132 20 55 60 55 50 45 40 35 46 182 5 48 06 64 28 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 专业论文设计图纸资料在线提供，优质质量，答辩无忧 第四章 齿轮设计 此机床为使结构紧凑、便于力传递，变速箱和主轴箱设计为一整体。为将变速箱的力准确的传递给机床主轴，在此选用齿轮传递。 算传动比 12u 1225180 13u1325250 2 2 14u 1425355 3 15u1525500 4 4 16u1625710 5 定齿轮参数 定齿轮的齿数 通过对上式进行分析可以看出，传动比 u 与公比 始终有整次方的关系，同时考虑到机床上各零件加工的方便，在这里我们取机床上各传动齿轮的模数相同。 通过查金属切削机床设计 得到齿轮齿数分别为： 表 4 1 齿轮齿数表 1Z 2Z 3Z 4Z 5Z 6Z 7Z 21 39 25 35 30 30 20 812Z 1340 35 25 20 40 44 44 所以， 主轴上齿轮齿数 4。 算齿轮的宽度 对整个传动系统示意图进行分析，可以看出轴 12z 齿轮所承受的力最大。故在确定齿轮的宽度时，暂时以此齿轮进行设计计算。 644 （ 4 1） 174200 机械设计教材 于我们设计的齿轮采用硬齿面，故取齿宽系数 3.0d。 又已知齿轮材料为 45 钢调质处理，硬度为 229286此我们取平均硬度240机械设计教材 c) 45 调质钢接触疲劳极限 580H 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 专业论文设计图纸资料在线提供，优质质量，答辩无忧 初步计算齿轮的接触应力： 0 （ 4 2） 公式出处 机械设计 0 8 0 5 2 2 步计算齿轮的直径： 3l i 12 （ 4 3） 查机械设计教材 85。 把以上各个参数代入式 4 3 可得： 3 2 2 125 2 7 4 2 0 08512 120 宽 12（ 4 4） 1 2 0 0 6 过分析，变速箱的所有齿宽都取 35合所设计机床的特性，在此统一 取齿宽主要是为了方便加工，使机床构简单化，所以主轴上齿轮取齿宽 ： B=35 计算齿轮的模数 在前面对齿轮宽度计算时，我们分析并计算出 12z 齿轮分度圆直径为 120数为 40,其齿轮齿数 z，模数 m，分度圆直径 d，有如下的关系： （ 4 5） 所以 ： 340120 了减少机床加工工艺的难度，在所设计的 主轴齿轮 采用相同的模数 ，这也是满足一对直齿圆柱齿轮正常啮合的的条件。 因此主轴与轴 间的中心距同样可以确定出来： )(212/)( 12111211 （ 4 6） 公式出处 机械设计 表 ： 1 3 1 4( ) / 2a m z z3 8 8 1322 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 专业论文设计图纸资料在线提供，优质质量，答辩无忧 度圆直径 d 3 44 =132此处主要是齿轮向主轴传递转矩，在 此 应选择周向固定的平键联接。 查机械设计课程设计手册表 4 1 根据要求选择 图 4 1 键 12 8 28 096 79 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 专业论文设计图纸资料在线提供，优质质量，答辩无忧 第五章 轴上零件 设计 承的选取 支承选取 镗床进行镗削加工时 主要承受径向 载荷 ，但轴向 载荷 也不可忽略，所以 前 支承 选择双列圆锥滚子轴承，这样既能承受径向 载荷 又能承受轴向 载荷 。由于滚锥数量较多，故刚度和承载能力大。由于没有 50 双列圆锥滚子轴承，就选用两个 50 圆锥滚子 轴承背对背安装，中间用隔套 1 隔开，修磨隔套的厚度便可调整轴 承的间隙并预紧。轴承靠外圈定位，这样箱体孔可制成通孔，方便加工 、精度也相应提高。 图 5 1 30210 圆锥滚子轴承 支承选取 后支撑选择圆柱滚子轴承承受径向力。 查机械设计课程设计手册 2选择 图 5 2 柱滚子轴承 轴轴承精度的选择 根据实际经验得出，前轴承的精度对主轴的前端的轴心偏移量 影响 最大，因此，前轴承的精度应比后轴承高一级。查机械制造装备设计 8 3 选择，前轴承的精度等级为 轴承的精度等级为 位元件设计 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 专业论文设计图纸资料在线提供，优质质量，答辩无忧 定位元件的功用是：防止轴上零件轴向移动， 保证 主轴的工作 精度。因此该机床主轴的定位元件的选用与设计相当重要。 位环 利用调整螺母，通过定位环来调整前支承两圆锥滚子轴承间隙并预紧。定位环采用45钢。 图 7 1 定位环 块锁紧螺母 通过调整该螺母来移动定位环，控制两圆锥滚子轴承的间隙达到轴向预紧。查 (金属切削机床 /机械制造工艺 )设计指导 11 附表 1。 图 7 2 压块锁紧螺母 筒 用来固定齿轮的轴向位置。采用 45钢。 图 7 3 套筒 用弹性挡圈 主要用来固定轴承和齿轮的轴向位置。具体标准见 机械设计课程设计手册表 5 5。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 专业论文设计图纸资料在线提供，优质质量，答辩无忧 图 7 4 轴用弹性挡圈 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 专业论文设计图纸资料在线提供，优质质量，答辩无忧 第六章 主轴组件的 检验校核 削切削力 在镗床上镗削加工与车床上镗孔基本相似，所以切削力的公式与车削加工切削力公式相同。查机械制造工艺设计手册 9 表 3 1，如下表 6 1： 表 6 1 车削切削力的实验计算公式 计算公式 切削力 主切削力 9 . 8 F Z F Z P F a f v K 吃刀抗力 9 . 8F Y F Y P F a f v K 走刀抗力 9 . 8 F X F X P F a f v K 公式中的系数与指数值 工件材 料 加工方式 刀具材料 刀具主副偏 角 主切削力 吃刀抗力 走刀抗力 灰 铸铁 00 车外圆及镗孔 硬质 合金 rk45 10 92 54 46 45 0 123 61 24 工件材料的机械性能改变后，切削力的修正系数主切削力0 2000 料 削用量 ： p=3f =r， s、 s。 1） 主切削力 8 F Z F Z P F a f v K （ 6 1） 将各数值 代入上式得： 1 . 0 0 . 8 5 09 . 8 1 2 3 3 0 5 1 . 4 5 0 . 9 5 9 1 9 2 4 N 2） 吃刀抗力纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 专业论文设计图纸资料在线提供，优质质量，答辩无忧 9 . 8 F Y F Y P F a f v K （ 6 2） 将各数值代如上式得： 1 . 0 0 . 6 09 . 8 6 1 3 0 . 3 1 . 4 5 0 . 9 7 3 4 . 1 3 N 3） 走刀抗力 8 F X F X P F a f v K （ 6 3） 将各数值代如上式得： 1 . 0 5 0 . 2 09 . 8 2 4 3 0 . 3 1 . 4 5 0 . 9 0 8 5 9 6 . 2 8 N 4） 总切削力 y F F 总 （ 6 4） = 2221 9 2 4 7 3 4 . 1 3 5 9 6 . 2 8 =轴的校核 为保证机床加工出来的零件有足够的精度，提高产品的合格率。因此必须对机床主 轴进行校核。 轴刚度的验算 度 主轴端部的 挠 度值直接影响加工精度和表面粗糙度，因此必须加以限制，一般计算主轴端部最大 挠 度B1） 支承的简化 由于该主轴前支承处有两个滚动轴承，可认定为主轴在前支承处无弯曲变形，可化简为 固定端梁 。如图所示： 图 6 1 支承简化图 2） 作受力简图 图 6 2 受力图 3） 主轴的 当量直径： 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 专业论文设计图纸资料在线提供，优质质量，答辩无忧 4411 ne ei （ 6 5） 公式出处 机械制造装配设计 11 式中 主轴上第 根据实际计算 ， 主轴前支承到受力端部的距离 4 4 4 44 1 ( 5 0 2 4 . 7 5 5 5 5 6 0 1 2 5 5 1 5 3 )1 9 4 . 7 5 =） 主轴的当量惯性矩： 4464 d （ 6 6） 公式出处 机械制造装配设计 12 = 440 5 4 2 0 =该主轴的材料选用的 45 钢，查材料力学 10 表 2 2 取 ： E=210108 ） 主轴的最大 挠 度 33B （ 6 7） 公式