数控铣床外齿铣刀架结构设计【优秀毕业论文 答辩通过】

需要购买对应 纸 咨询 14951605 买对应的 纸 14951605 或 1304139763 目录 1 引言 . 1 2 设计任务及参数 : . 1 3 设计方案计算说明书 . 2 动方案的拟定 . 3 削传动系统设计 . 4 服电机的特点 . 4 削力的计算以及电机的选择： . 5 齿机刀架系统图及传动计算 . 7 服进给系统的设计步骤及计算 . 9 正计算结果 . 11 修正计算结果 . 12 算几何尺寸 . 13 核齿根弯曲疲劳强度 . 14 速级齿轮传动的尺寸 . 15 定低速级齿轮的类型、材料及齿数 . 15 正计算结果 . 16 修正计算结果 . 18 算几何尺寸 . 19 核齿根弯曲疲劳强度 . 20 的设计 . 25 的材料选择和最小直径估算 . 25 的结构设计 . 25 的校核 . 28 的力学模型的建立 . 28 算轴上的作用力 . 29 算支反力 . 29 扭强度校核 . 32 的选择与校核 . 32 动轴承的选择与校核 . 32 4 液压分 度盘的设计和计算 . 34 盘式分度工作台 . 34 平液压缸的选取 . 36 5 使用说明书（ . 38 要参数 . 38 控铣齿机的结构 . 38 架结构 . 38 动机构 . 38 控铣齿机的工作原理 . 38 6 标准化审核报告（ . 39 品图样的审查 . 39 品技术文件的审查 . 40 注件的使用情况 . 40 查结论 . 40 7 结 论 . 40 参考文献 . 41 致谢 语 . 43 1 数控铣床外齿铣刀架结构设计 1 引言 大模数齿轮在大型工程车辆，工程机械以及矿山煤矿的传送有着广泛的作用。对于模数大于 16渐开线直齿圆柱齿轮，受加工范围的限制，在普通铣齿机上跟本无法完成。在数控机床上加工大模数齿轮的前提是数控系统具有渐开线轨迹的加工功能。目前大多数数控系统（除西门子 840D、 高档数控系统）均不具有渐开线轨迹的加工功能。实际应运中，使用经济数控系统，在普通铣床上采用特殊结构的数控改造，可以使用指状铣刀采用展成法来直接加工齿轮的渐开线齿形，并且加工精度远超出规定要求，使得我国机械加工水平无论在加工质量方 面还是在加工效率方面都有提高。 数控滚铣一体机，主要功能是在一个机床本体上，既能完成工件外齿的滚削任务，又能完成内齿铣削任务。当进行滚削加工时，机床大立柱上安装滚齿刀架，这时候相当于一个数控滚齿机。进行内齿加工时，更换铣刀架 1。 该机床是采用成型齿轮铣刀对圆柱内、外齿轮的齿型进行铣削加工的机床，该机床可以加工圆柱直齿内、外齿轮，也可以加工圆柱斜齿内、外齿轮。该机床具有高效，高刚度的特点。 毕业设计是对大学期间所学知识的一次总的检验和巩固，是一次很好的理论联系实际的锻炼，相比以前 的几次课程设计，毕业设计对所学基础知识和专业知识的涉及面更加广泛，是知识与实践的有机结合。做好本次毕业设计可以为以后的工作打下坚实的基础和积累丰富的经验，因此本次毕业设计具有很重要的意义。 2 设计任务及参数 : 1. 设计参数如表 2 2计参数 工艺条件及要求 2 工件直径最大 模数 30 工件材料硬度 刀具垂直行程 滚刀中心距工作台面距离 滚刀转速 3000 000500艺条件及要求 铣刀盘最大直径 工作台最大承重 立柱水平 行程 内铣齿最小加工直径 电机 4200000700 1000门子 2、本次设计是加工 30 模数齿轮的机床（直齿，斜齿，蜗轮蜗杆）。由于加工时间比较长，刀具磨损严重，要求能在不停机状态下完成，滚刀的自动窜刀（ 100 本机床可以进行，外齿轮滚削加工，和内齿轮铣削加工，加工时通过更换刀架，刀架上的电机随同刀架一起更换。 根据设计要求查阅相关资料，掌握机械设计中减速器和分度盘有关知识，了解各个零件的作用和工艺，在设计中合理运 用了解的专业知识，绘制装配图、零件图及剖视图，使所画图纸能清晰的表达设计者思想。 本次的任务是设计外齿铣刀架以及带动刀架转动的分度盘 2。 3 设计方案计算说明书 (1) 设计 任何一项设计，在设计前都要经过充分的论证才能确定最优设计方案。该课题设计思路是先设计出刀架部分，根据刀架部分的体积、质量等定出分度盘旋转速度、分度盘大小、驱动力及刚度等，最后和立柱部分能够合理的衔接。 初步讨论， 有种方案可供参考： 1：刀架 铣内齿和铣外齿的设计成一个刀架 分度盘 选用液压齿条式的液压缸来驱动 2：刀架 铣内齿 和铣外齿设计成两个刀架 分度盘 选用步进电机串联一个减速器 3：刀架 铣内齿和铣外齿的设计成两个刀架 3 分度盘 选用 液压齿条式的液压缸来驱动 (2) 设计方案分析 第一种方案刀架铣内外齿用同一个刀架，这样设计的优点是自动化程度高，节省了一定的人力物力，但是这样设计结构比较复杂，会给后期的工作带来不小的麻烦。用液压缸来带动分度盘的方案结构简单，可以得到较高的分度精度，且运行可靠，稳定，角度任意完全符合要求。 第二种方案刀架铣内外齿用两个刀架，这样设计会使结构简单，只需要机械传动达到要求即可，但是这样会浪费 一定的材料，而且换取刀架需要人力来帮助完成。分度盘用步进电机来串联一个减速器 ,这样结构庞大，且比较复杂，后期的计算也比较大，不可取。 第三种方案 刀架 铣内齿和铣外齿的设计成两个刀架， 分度盘 选用液压齿条式的液压缸来驱动，这样结合了前两种方案的优点，可以考虑选取第三种方案来设计。 动方案的拟定 经过上节方案的讨论，最终选取第三种方案，铣内齿和铣外齿的设计成两个刀架，分度盘选用液压齿条式的液压缸来驱动。 （ 1）刀架部分：用一个步进电机来带动铣刀的旋转运动 ,传动部分可以用一个减速器来实现，初拟传动图如下： 图 3拟传动图 （ 2）分度盘部分：用液压缸来带动齿条，齿条的带动一个齿轮，通过轴来连接分 4 度盘，是分度盘能够旋转任意角度。 液压回路如下图所示，通过控制电磁换向阀 B 来控制液压缸，带动齿条左右移动。通过电磁换向阀 图 3 服电机的特点 伺服电动机又称执行电动机，在自动控制系统中，用作执行元件，把所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出。伺服电机内部的转子式永磁铁，驱动器控制的 U/V/子在此 磁场的作用下转动，同时低级自带的编码器反馈信号给驱动器，驱动器根据反馈值与目标值进行比较，调整转子的角度。伺服电机的精度决定于编码器的精度 3。 伺服电机又分直流伺服电机和交流伺服电机 直流伺服电机分为有刷和无刷电机 交流伺服电机也是无刷电机，分为同步和异步电机 伺服电机的显著特点： 1、起动转矩大 2、运行范围较宽 3、无自转现象 不同类型的交流伺服电机具有不同的特点。笼型转子交流伺服电动机具有励磁电流较小，体积较小，机械强度搞等特点 ;但是低速运行不够平稳，有抖动现象。空心杯型 5 转子交流伺服电动机具有结构简 单，维护方便，转动惯量小，运行平滑，噪声小，没有无线电干扰，无抖动等现象；但是励磁电流较大，体积也较大，转子易变形，性能上不及直流伺服电动机。 削力的计算以及电机的选择 7： 主轴和主电机的初选，主要先考虑主要的受力和功率，进行初选。 1 1 . 1 0 . 8 0 . 9 1 . 1 0 . 102 4 5 2 * * * * * *p f eF a a a z d n （ 5 取： 02 . 2 5 , 0 . 2 5 , 3 0 , 5 0 0 , 1 5p f ea m a a d n 141F * 5 0 0 * 1 5* 1 4 1 * 5 56 0 * 1 0 0 0P F v K W （ 5 铣刀主轴直径 33m i n 55= 1 2 0 * 1 2 0 * 1 8 4 . 915pd m 校验： 力学模型 力 学 模 型 F 学模型 2、弯矩图 141N 1 7 0 . 52R A R B F K N 6 以 A 为原点， * x ，其中 剪应力值等于 x 为距离原点的距离 得： m a 17 0 . 5 * * 3 0 0210575000 *R A A m mN m m （ 5 弯矩图： 图矩图 3、做出扭矩图 * / m i 4 9 *559 5 4 9 * *1632824687. 5 *m m （ 5 扭 矩 图A 矩图 4、校核轴的强度 根据第三强度理论得 224 ( ) （ 5 7 扭转切应力为脉冲循环变应力取 ，直径为 d 的轴，弯曲应力 ，扭转切应力 2 ，代入上式得轴的弯矩合成强度条件为 22221()( ) 4 ( )2 W (5轴的抗弯截面系数 3 330 . 1 5 8 3 2 0 032dW d m m 代入计算得： 221(1 0 5 7 5 0 0 0 ( 0 . 6 * 3 2 8 2 4 6 8 7 . 5 )5832003 8 . 3 3 0 4 7 6 0 (5考虑到传递效率和空载功率初选电机的功率 65轴直径 180 电动机 的选择： 查 查表 步伺服电动机的额定技术参数。 连接方式为三角形连接 ,中心角 132，额定转速为 2235 r ,额定转矩为257 ,额定功率为 最大转矩为 1100 ，功率因数 n ,最高转速为 4500 r ，质量为 齿机刀架系统图及传动计算 7： 圆锥 齿轮应布置在高速级，使其不宜过大，便于加工，对减速器的传动比进行分配时，要尽量避免圆锥齿轮尺寸过大，制造困难，因而高速级圆锥齿轮的传动比 1i 不宜过大，通常取 1i =最好使 3传动比 ，当要求两级传动打齿轮的浸油深度大致相等时，也可取 4i 。 锥齿轮传动时，利用闭式齿轮传动，传动比 i 的推荐值选 2 圆柱齿轮传动时，利用闭式齿轮传动，传动比 i 的推荐值选 3 8 最终选定三角圆锥 结构图如下图所示： 图 5速器结构图 （一） 传动比 i （二）传动比的分配 选择传动比为 了便于大锥齿轮加工，高速级锥齿轮传动比 3 ，i ，则 考虑两级齿轮润滑问题，两级大齿轮应有相近的浸油深度，两级齿轮减速器高速级传动比 2i 与低速级传动比3 f （三）传动装置的运动和动力参数 1各轴转速的计算 235 m 235I m m 7 6/ 1 （ 5 9 m 2m 3 各轴输入功率计算 联轴器 ，锥齿轮 8 级闭式齿轮传动 ，滚动轴承 ，圆柱齿轮 9级精度传动 。 d （ 5 3各轴的输入转矩 （ 5 2 3 42 2 3 54 9 5 09 5 5 0 6 7 02 7 6 3 9 5 09 5 5 0 8 5 09 5 5 0 4 5 0 5 09 5 5 服进给系统的设计步骤及计算 中间级齿轮传动的设计 料及齿数 10 (1)按传动方案选用斜齿圆柱齿轮传动（精度级） (2)选择小齿轮材料为 40制处理，硬度范围为 241 为 263齿轮材料为 45钢，调制处理，硬度取为 217 236为 236者硬度差为 273)选小齿轮齿数为 24 ，大齿轮齿数 9 5 . 6 1 6243 422 i ，取96 ， 42496u （ 4）初选螺旋角 15 试选载荷系数 6.1I 51 106 . 1 1 0 . 6 7 2 由表 8d（对称布置） 由 表 8 （均采用锻钢制造） 由图 8 由图 8 ，大齿轮的接触疲劳强度极限 ，计算应力循环次数 91 0382( hi （ 5 89,2 12 由图 8K， 失效概率为 1%，安全系数 1，由式（ 8 M P l i （ 5 M P l i 端面重合度按式（ 8似计算 11 61241(1( 5 螺旋角8算 计算小齿轮分度圆直径入 H 中的小者 （ 5 取 81 正计算结果 计算圆周速度 2 （ 5 确定模数 n o ，取为标准值 5 修正齿数 1 ，取 241 Z 9624411 （ 5 修正螺旋角44ar d Zm n（ 5 确定齿宽 87812 确定载荷系数 K 由表 8由表 8K 0246978 22t ， 12 t /100/ （ 5 由表 H， 4查得齿向载荷分布系数 232 （ 5 由图 8 o o 2 8 821 （ 5 螺旋角系数 修正小齿轮分度圆直径 2d （ 5 取 32 修正计算 结果 计算圆周速度 2 仍选 8级精度 确定模数 11c o o ，取为标准值 修正齿数 1 ，取 221 Z 8822411 13 修正螺旋角25ar c co c co d Zm nd 838312 确定齿宽 确定载荷系数 K 由表 8由表 80911112 22t ，t /100/ 由表 H， 4查得齿向载荷分布系数 232 由图 8 o o 2 8 821 螺旋角系数 修正小齿轮分度圆直径 2d 两次修正后，结果已相近，故最终取 32 算几何尺寸 法向模数 14 齿数 221 Z ， 8822412 分度圆直径 31 ， 3 683412 齿宽 38312 螺旋角25ar d Zm n 端面模数 o s 5c o s 中心距 8225co 1 核齿根弯曲疲劳强度 122 ta , （ 5 由图 81 8 （ 5 o 8得齿形系数 由图 8齿面硬度查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限 ，大齿轮的接触疲劳强度极限 91 ， 82 由图 8K， K 计算接触疲劳许用应力，取安全系数 ，由式（ 8 15 M P i （ 5 M P 85i ， a a (5 7 强度足够 速级齿轮传动的尺寸 定低速级齿轮的类型、材料及齿数 (1)按传动方案选用斜齿圆柱齿轮传动（精度 8级） (2)选择小齿轮材料为 40制处理，硬度范围为 241 为 280齿轮材料为 45钢，调制处理，硬度取为 217 255为 240者硬度差为 403)选小齿轮齿数为 03 ，大齿轮齿数 9 1 . 9 5033 . 0 6 5 i，取 92 ，06723092u 。 （ 4）初选螺旋角 15 齿面接触疲劳强度设计 （ 1） 确定公式内的各计算数值，试选载荷系数 602 . 2 8 8 9 1 0 8 8 . 9 1 0 6 由表 8d（对称布置） 由表 8 （均采用锻钢制造） 由图 8 由图 8 ，大齿轮的接触疲劳强度极限 ，由式（ 8算应力循环次数 831 030082( (58812 由图 8K， 失效概率为 1%，安全系数 1，由式（ 8 M P 1K 1l i (5 M P l i 端面重合度按式（ 8似计算 21301(1( 5螺旋角8算 （ 2） 计算小齿轮分度圆直径式（ 8代入 H 中的小者 17 (5取 123 正计算结果 12 （ 1） 计算圆周速度 3 ， （ 2） 仍选 8 级精度，确定模数 o o ，取为标准值 （ 3） 修正齿数 3 ，取 303 Z ， 取 924 Z （ 4） 修正螺旋角 7 245ar d Zm n（ 5） 确定齿宽 1 21 1 213 （ 6） 确定载荷系数 K 由表 8由表 824 6978 22t ，t /100/ 由表 8H ， F 由表 8 18 232 1 9 （ 7） 由图 8 （ 8） o o 2 8 843 （ 9） 螺旋角系数 （ 10） 修正小齿轮分度圆直径3d 取 222 修 正计算结果 （ 1） 计算圆周速度 3 （ 2） 仍选 8级精度 （ 3） 确定模数 3530171712233 .c o sc o s ，取为标准值 5. （ 4） 修正齿数 7630051717162d 33