加工中心复合排屑器结构设计

毕业设计（论文）论文题目 加工中心复合排屑器结构设计 院 系 机械工程学院 专 业 机械设计制造及其自动化 学生姓名 指导教师 年6 月8日加工中心复合排屑器结构设计摘 要 此次毕业设计题目是加工中心复合排屑器结构设计。目前，加工中心最广泛实用的自动排屑装置是刮板排屑器，这种排屑器排屑效率较高，排屑能力较强，且整体区域没有积屑死区，因而适应能力较强。但它排屑精度不高，较小的颗粒状切屑容易经刮板上的孔进入切削液的循环系统，从而影响加工。对于微小颗粒切屑的排屑方案，目前主要有纸带过滤与磁性分离两种。本课题目的是通过对几种排屑方式结构上的分析，比较其各自优缺点，并对其组合、改进使其能够实现应用在加工中心上的较为彻底的切屑过滤。在此过程中熟悉掌握一般机械结构的结构设计过程，并通过三维及二维图的形式呈现出来。 本人主要进行整个机械系统的结构设计、传动设计，具体内容包括减速机的选型、V带传功设计、链条刮板结构设计、磁性排屑结构设计、滤纸排屑结构设计及排屑器外观、水箱结构设计。设计思路是从排屑机的性能和动作要求出发，并以国内的质量和技术性能接近设计要求的排屑机为基础，希望设计出市场需求的适用于加工中心的复合排屑装置。关键词 加工中心；排屑装置；机械系统Structure design of composite chip in machining centerAbstractThe graduation design topic is the processing center compound chip breaker structure design. At present, machining center most widely practical automatic chip removal device is scraper chip this rejection chip chip removal efficiency is higher, row crumbs ability is stronger, and the region as a whole did not accumulate chip dead, and strong ability to adapt. However, the chip is not high, the smaller granular chip is easy to cut into the cutting fluid through the hole in the scraper, and thus the machining process is affected.Chip solution for small particles of chips, there are mainly two kinds of magnetic separation and filtration. The purpose of this paper is based on several rows of chip structure analysis, compares their respective advantages and disadvantages, and the combination, improve the application in machining center thoroughly swarf filtration can be achieved. In this process, familiar with the structure of the general mechanical structure design process, and through the form of three-dimensional and two-dimensional map.My main design content for the entire mechanical system, the structure, the transmission design, selection including motor, reducer selection, V belt transmission design, scraper chain transmission design, magnetic row chip structure design, filter paper scraps discharge structure design and row chip appearance, water tank node structure design. Design thinking is starting from the row removal machine performance and the movement, and to the national quality and technical performance close to the design requirements of chip machine based, and hope to design market demand for machining center composite chip removal device. Key word： Machining center，Chip device，Mechanical systemIII目 录第一章 绪论11.1 研究目的与意义11.2 排屑器发展现状11.3 排屑装置的发展趋势3第二章 粗屑排屑设计42.1 总体方案的确定42.2 电动机、减速机的选择：52.3 V带的设计计算62.4 带传动方案的确定62.5 带传动设计计算62.6 带轮的结构设计82.7 链传动设计计算102.8 链轮结构设计122.8.1主动链轮结构设计122.9刮板链设计152.10链轮轴的设计172.10.1 各轴运动与动力参数172.10.2 轴4结构设计计算182.10.3 轴5的设计计算192.10.4 轴6的设计计算202.10.5 轴6的校核222.11 轴承的校核23轴4上轴承的校核242.12 键的选择和校核24轴4上链轮处的键242.13排屑装置钣金结构设计25第三章 铁磁性屑排屑设计263.1磁性分离器简介263.2磁性分离器结构设计263.2.1总体方案设计263.2.2工作原理273.2.3电动机、减速机的选择273.3传动结构设计29第四章 微小切屑排屑设计304.1纸带过滤机介绍304.2方案设计30第五章 复合排屑结构设计32水箱结构设计32结 论34致 谢35参考文献36V第一章 绪论1.1 研究目的与意义在进行加工的过程中，加工中心会产生大量切屑。精密加工时，切削液中若是含有未过滤干净的切屑，可能会破坏已加工表面，影响加工精度。若切屑卡在刀具上，阻碍刀具运动，甚至有可能会使刀具折断。所以，加工中心的排屑系统对其加工精度、加工安全、机床寿命都有一定影响。这使得加工中心的排屑设计显得尤为重要。排屑装置的主要作用是将加工过程中产生的切屑收集起来，并送至外部区域。另外，由于切屑中往往参杂着切削液，排屑装置需将其从切屑中分理处，并让其回到切削液循环系统，而将切屑送到集屑小车或其他容器中。这一过程由排屑装置自动实现，操作人员需要无需或较少参与。所以，排屑装置主要要用于数控机床、加工中心等高效率的机械。目前，在加工中心上应用最为广泛的为刮板排屑器，这种排屑器排屑效率较高，且整体区域没有积屑死区，因而适应能力较强。但它排屑精度不高，较小的颗粒状切屑容易经刮板上的孔进入切削液的循环系统，从而影响加工。目前，对于微小颗粒切屑的排屑方法主要有磁性分离及纸带过滤。纸带过滤机是带有切屑的液体，利用自身的重力穿过滤纸，并过滤掉其中杂物，从而达到净化液体目的，对于各种物理切屑都有过滤作用。磁性分离器通过分离器的磁性滚筒把冷却液中的铁屑吸出，使冷却液保持干净。这两种排屑方式目前主要应用于磨床。本课题目的是通过对几种排屑方式结构上的分析，比较其各自优缺点，并对其组合、改进使其能够实现应用在加工中心上的较为彻底的切屑过滤。在此过程中熟悉掌握一般机械结构的结构设计过程，并通过三维及二维图的形式呈现出来。1.2 排屑器发展现状加工中心排屑器，是随着加工中心的发展而日益发展的，但长期以来，由于加工中心重视主机性能、轻视配套机构的情况，使得自动排屑处理技术及其设备的发展相对于加工中心有所滞后。直到80年代，机床工具行业才对加工中心重主机轻配套的情况起了重视，此后20多年，加工中心排屑装置及其相关设备得到了长足发展，现阶段常见的机床排屑装置主要有以下几种：1、螺旋式排屑装置螺旋式排屑装置的工作原理为：电机经减速传动装置带动沟槽中的螺旋杆转动，使得切屑被排到切屑收集盒中，它主要由螺旋装置、万向联轴器、减速机等机构组成。螺旋式排屑装置工作时，螺旋杆将落入其中的切屑连续推入切屑收集盒中，收集盒中的切屑则定期清理。由于这种装置结构较为简单，同时节省空间，因而适合安装在机床立柱间空间狭小的、不易清理到的位置上。螺旋式排屑装置性能较好，不易发生故障。但他只能沿水平或小角度倾斜方向安装，否则排屑能力将大大下降，而且排屑效率低。2、链板式排屑器链板式排屑器是用链条带动平板在排屑机中运动，将加工中产生的切屑用平板带出，送至切屑收集装置中。车削类机床使用该种排屑器时，往往将其与机床本身的切削液循环系统做成一体，以节省空间，使机床结构紧凑。链板式排屑器对于切屑的材料种类并没有特殊要求，但一般用于带状及团状切屑，对颗粒状切屑排屑能力较低。链板分为不锈钢及冷轧板两种，排屑效率取决于链条节距，链条节距越大，排屑效率也就越高。3、刮板式排屑装置刮板式排屑器传动原理与平板式基本相同，由链轮、链条和刮板等机构组成，只不过刮板式排屑器带有刮板。除了对带状及团状切屑使用，刮板式排屑器还适用于不带磁性的颗粒状、小带状切屑，这些切屑将由刮板刮下。排屑效率同样取决于链条节距，链条节距越大，排屑效率也就越高。4、磁性分离器磁性分离器主要用于磨床。通过磁性分离器中的磁鼓，将切屑中的铁磁性切屑分离出来，并吸附在磁鼓上，磁鼓转动，另一边的刮板将切屑刮下，进入切屑收集装置，从而净化切削液。这种排屑装置对铁磁性切屑过滤效果极好，但当切屑中混有其他种类切屑时，只能将铁磁性切屑进行分离，而对其他种类切屑几乎没有影响。5、纸带过滤机纸带过滤机同样是主要用于金属磨削加工的冷却液过滤，通过过滤无纺布（通称滤纸）将通过它的冷却液中的细小杂质过滤出来。这也是目前在机加工切削液过滤手段中比较彻底的一种过滤方法，特点是过滤干净，适用于几乎所有种类切屑，但由于滤纸本身较为细密，使得切削液在通过滤纸时流速变缓，因而滤纸排屑器一般效率很低。1.3 排屑装置的发展趋势由于机床的排屑系统对其加工精度、加工安全、机床寿命都有一定影响。使得对排屑器的设计改进研究得到很大重视，机床排屑器现阶段的发展也较为迅速，其主要的发展趋势有以下几个特点：1、复合排屑器的需求将大大增加。理想的复合型排屑机具有以下特点：（1）能处理各种形状切屑；（2）能处理各种大小切屑，保证处理效率的同时确保处理精度；（3）有着完善的切削液循环处理系统，切削液循环流畅；(4)各种机床均能使用，包括车床、铣床、钻床、磨床及各种特种加工机床。今后一段时间，复合排屑装置将得到迅速发展并将很快投入市场使用。2、排屑器维修难度将大大降低。由于一般排屑器属于机床配件，因而很难得到重视，使得排屑器平时的保养很难做到位，当排屑器有一些小问题时，无法得到及时处理，使得排屑器在维修时的难度也大大提高。因而，随着排屑器的日益普遍，排屑器设计时对维修方便与否的考虑也会越来越多。 3、更好的环境友好性。现在，每个行业都在提高自身产品的绿色环保性，排屑器也不例外。可以从以下几方面着手考虑：（1）降低排屑器功率，减少工作过程中功率损失；（2）提高密封程度，减少油液泄漏，提高利用率，同时也能减少对周围环境的污染；（3） 减少噪声，对大的噪声源进行隔离和封闭。34第二章 粗屑排屑设计2.1 总体方案的确定粗屑排屑，选取目前较为常见的刮板排屑器进行设计，系统总体传动方案为:减速机V带传动链传动该方案的优缺点：采用电动机、减速器一体式结构的R系列斜齿轮硬齿面减速机。这种减速机结构紧凑，密封性好，方便在排屑器上选择位置安放。承受过载能力高，可有效起到过载保护作用，且噪声较低有利环保。该工作机有轻微振动，由于带传动具有缓冲吸震特点，且结构简单、传动平稳、价格低廉、还能起过载保护的作用。该工作机为小功率工作机，使用V带传动能显著节约成本，由于其标准化程度高，也易于选用。链传动的链条的磨损伸长比较缓慢，张紧调节量较小。不过链传动不均匀，有冲击，传动末端可有效减轻该状况。总体来说，该传动方案能够满足工作机的性能要求。总体传动方案如下图：图1.总体传动方案2.2 电动机、减速机的选择：1、电动机功率的选择由使用条件可知，排屑器承受切屑重量100千克，即承受重力1000N，同时排屑器还受到摩擦力f和排屑器自身重力F1。由已知条件得出传动机构总的载荷为。设所选链节型号为08A ,单排质量，节距为12.7mm ，所用链节1260个。刮板尺寸为：168mm20mm2mm ,选用普通碳素钢，数量157个。由此估算所受摩擦力为60N，链板重力200N。则工作机有效功率为：。由已知条件得电动机有效功率，式中a为系统总的传动效率。电动机到链传动机构总传动效率，式中：为闭式减速机传动效率，为V带传动的效率，为调心球轴承的传动效率，为联轴器的传动效率，为链传动传动效率。取，9，。代入上式可得所选减速机所配电机额定功率应大于有效功率即0.087KW。根据条件，链条刮板输送切屑的运动速度为：式中z1为小链轮齿数，p为链节的节距，取z1=17取V带传动比，则减速器转速n1=42 r/min2、选取减速机本文采用电动机、减速器一体式结构的R系列斜齿轮硬齿面减速机。该种减速具有以下特点：1、减速机占用空间小，工作可靠，持久耐用，承受过载能力高；2、能耗低，振动小，噪音低，安静节能；3、集成斜齿轮传动，自配各种电机，达到机电一体化，集成度高，无需另外设计减速器，更换方便，保证使用质量。根据电动机所需功率及输出转速要求，选取减速机型号为：R17-Y0.25-47-33.18-M1-I，外伸轴直径24mm。方案减速机型号额定功率（KW）输出扭矩（Nm）使用系数传动比i输出转速（r/min）1R17-Y0.25-47-33.18-M1-I0.257501.4633.1842所配电动机同步转速1390r/min外伸轴直径14mm，减速机外伸轴直径24mm。2.3 V带的设计计算 2.3.1传动比的分配:带传动传动比取, 2.4 带传动方案的确定外传动带选为 普通V带传动，首先计算功率，其结果为0.0957kw，再根据所得的功率与转速情况，选择型号为A型。1、计算功率取决于工作情况系数，其值通过查表确定，为1.1。故 式（2.1）2、带型的选择是根据所得的功率数值与转速，代入图8-1，可根据图中建议优选型号为A型。2.5 带传动设计计算1、首先对小带轮基准直径进行初步选取并验算是否合适，再通过小带轮直径与传动比，可计算出大带轮基准直径。（1）小带轮的基准直径可由其工作情况，查取表确定。根据表8-6以及表8-8,初步取值50mm。（2）根据机械设计所提供公式对带速v进行验算 式（2.2）故此带速适用于所需环境。（3） 大带轮基准直径由小带轮直径与传动比相乘所确定，根据机械设计所提供的公式，即 式（2.3）2、由两个带轮直径，可以初步确定带轮中心距，在初步选值得基础上，得出带的计算长度，进而可计算准确的实际中心距。 （1）根据机械设计式（8-20），初步选定带轮中心距为300mm： 式（2.3） 即 ， 取a0=300mm（2）计算长度由所选中心距及基准直径共同决定。 式（2.4）在所计算得出的数据基础上，根据机械设计所提供的表格对长度进行取整，取1000mm。(3)、按机械设计式8-23计算实际中心距a。 式（2.5）(4)、确定中心距调整范围 amax=a+0.03Ld=(261+0.031000)mm=291mm 式（2.6） amin=a-0.015Ld=(261-0.0151000)mm=246mm 3、验算小带轮上的包角1 式（2.7）4、最后，确定所需V带根数Z 由机械设计所提供表格中公式，所需用到数值有带长及小带轮包角的修正系数，V带基本额定功率p0及其增量。所用公式为： 式（2.8） 其中：p0与 p0分别为基本额定功率及其增量，KL及K分别为带长和小带轮所用的修正系数。由机械设计表8-1-33，p0=0.4kw， p0=0.99kw ；KL及K的值同样可通过查表确定，分别取0.93与0.94。将查表所得数据代入式（2.8），最后选择结果为：2根。5、由以上所计算的数据，可以确定带轮在启动时的所需最小拉力。 式（2.9）其中，q是所用型号带的单位长度质量，此数值由机械设计所提供表格可查得，为。实际中，所用的初拉力要比这里计算所得数据要大。6、带轮在工作过程中，由于所受的力，会对轴产生复合的压力，需要对其计算： 式（2.10）2.6 带轮的结构设计1、首先对小带轮的结构进行设计由于小带轮直径较小，因而整体结构上，采用实心轮式。带轮结构上，所需用到的参数以经验公式的方式进行计算，所依据公式由机械设计课程设计所提供。所用带轮轮宽： 式（2.11）根据所提供经验公式，式中所用参数取值如下表所示：槽间距：e第一槽对称面至端面的距离：f轮槽数：z15mm10mm2带轮其他参数，同样由经验公式计算所得，其公式及计算结果如下表所示：轮毂宽：L轮毂外直径：d1带轮外径：d2轮缘宽准线下槽深hf（1.52）d1.9ddd+2h43.2mm45.6mm55.5mm8mm10mm由以上表格中所得数据，设计小带轮结构图如下：图2 小带轮结构图2、大带轮设计由于大带轮直径较大dd2=150mm300mm，故在整体结构上可采用腹板式，以减轻带轮重量。查机械设计图8-12中带轮结构参数经验公式：带轮宽：B轮毂宽：L轮毂外直径：d1带轮外径：da轮缘宽：基准线下槽深：hf(Z-1)e+2（1.52）d1.9ddd+2h35mm27mm28.5mm155.5mm8mm10mm由以上数据，大带轮结构简图及三维结构图如下：图3b 大带轮三维结构图图3a大带轮结构简图2.7 链传动设计计算传动方案上，采用链轮链条传动。具体为带轮带动链轮轴转动，主动链轮随之转动，在不改变传动比的情况下，经惰轮转向，再回到主动轮，形成链条的循环运动。链传动的设计计算链轮传动比为1，运动速度3m/min，由这些，根据机械设计提供表格，选择主动链轮齿数为17。1、从动链轮齿数为主动链轮与传动比的乘积，由于传动比为1，因而主动链轮齿数同样为17。2、在链轮传动过程中，需要改变链条的运动方向而保持传动比不变，也就是需要惰轮传动。因而惰轮的大小在大于最小值的前提下应取得越小越好，这里，惰轮齿数取15。3、确定链轮计算功率链轮工作时运行平稳，根据这个条件，查取机械设计实用手册，得到，链轮工况系数，由于采用单排链，故多排链排数系数为1，再有需要传递的功率p为0.063kw。根据以上数据，由下面的公式计算 式（2.14）4、选择链条节距由上式可知链条计算功率，再结合链条转动速度，查表，选择链条型号为08A型，此链条节距为12.7mm。5、根据所得的链轮齿数及链轮节距，计算链轮结构参数mm 式（2.15）mm6、对链轮中心距初步计算对所计算数据圆整，取：代入公式计算：由计算结果可知，主动轮与惰轮中心距为180mm，惰轮与从动轮中心距为2863.24mm。7、根据链条长度及链条节距，计算所需的链节数：链节数： 式（2.15）对计算结果进行圆整，取630节。8、实际安装链条时，链轮节距应有一定的可调节量，而实际链轮中心距为计算中心距与可调值得差值。链轮中心距可调节大小查取机械设计手册获得。9、链速 式（2.16）链条运动速度较低，可传递较大转矩。2.8 链轮结构设计2.8.1主动链轮结构设计根据链轮使用条件，由机械设计可知：链轮材料用40Cr，调质处理，硬度40-50HRC。1、链轮结构和尺寸链轮结构简图如下：图4 主动链轮结构简图链轮结构参数尺寸由机械设计所提供表格中公式计算而得轮毂厚度：h轮毂长度：L轮毂直径：齿宽：3.3h10.6mm34.98mm52.2mm7.3mm齿侧倒角：齿侧半径：齿全宽：0.13pp1.65mm12.7mm7.3mm2、链轮基本参数分度圆直径：齿顶圆直径：da齿根圆直径：df分度圆弦齿高：ha69.4mm75.2mm61.48mm3.854mm最大齿根距高：Lx齿轮凸缘直径：dg滚子外径：d161.18mm55.4mm7.92mm 3、链轮公差参考机械精度设计与检测技术基础表5-1。确定齿表面粗糙度：由齿根圆数值： ，查得齿根圆公差值mm。链轮孔和根外径相对于孔轴线的圆跳动公差为0.15mm：链轮端面相对于孔轴线的垂直度公差为0.14mm。链轮孔与轴为基孔制配合，公差等级8级齿顶圆直径为11级公差 齿宽为14级公差。由于公差等级较大，一般加工都可保证，故公差值无需标出。2.8.2 惰轮设计1、惰轮材料和工艺根据链轮使用条件，由机械设计可知：链轮材料用40Cr，调质处理，硬度40-50HRC。2、惰轮结构和尺寸由前面设计可知，P=12.7mm，,根据机械设计图9-6中链轮结构，三维结构图如下：图5 惰轮三维结构图所用参数计算公式及结果如下轮毂厚度：h轮毂长度：L轮毂直径：齿宽：3.3h9.6mm31.68mm50.2mm7.3mm齿侧倒角：齿侧半径：齿全宽：0.13pp12.7mm12.7mm7.3mm3、 基本参数和主要尺寸分度圆直径：齿顶圆直径：da齿根圆直径：df分度圆弦齿高：ha63.5mm69.23mm55.58mm3.58mm最大齿根距高：Lx齿轮凸缘直径：dg滚子外径：d155.23mm47mm7.92mm4、链轮公差参考机械精度设计与检测技术基础表5-1。确定齿表面粗糙度：由齿根圆数值： ，查得齿根圆公差值mm。链轮孔和根外径相对于孔轴线的圆跳动公差为0.15mm：链轮端面相对于孔轴线的垂直度公差为0.14mm。链轮孔与轴为基孔制配合，公差等级8级齿顶圆直径为11级公差 齿宽为14级公差。由于公差等级较大，一般加工都可保证，故公差值无需标出。2.9刮板链设计1、由上文可知，链节为08A号链节，其参数由表可得：P=12.7mm,=3.98mm2、链板结构设计图6（a）刮板链前视图图6（b）刮板链俯视图图6 刮板链图图6（c）刮板链侧视图刮板宽： 上述表达式中n为刮板所跨过链节数，此处取4。 刮板长度尺寸：46mm48mm96mm96mm94mm200mm刮板排屑器钣金部分结构尺寸如下表所示：绞链板厚：t侧链板高: 侧链板长：侧链板厚：2mm40mm 10mm60.8mm46.82mm50.8mm4mm刮板间距：P刮板长：L刮板厚：50.8mm174mm2mm2.10链轮轴的设计2.10.1 各轴运动与动力参数链传动结构中，传动所需轴为：主动链轮轴（输入轴）、惰轮链轮轴及从动链轮轴。记为轴4、轴5与轴6。已知输入轴转速与大带轮转速相同，为14r/min，根据各轴上所配链轮齿数之比，可计算各轴转速为：， ， 轴4输入功率为0.07KW，为大带轮输出功率，由各轴传动效率，可求出对应功率： 主动链轮轴扭矩已知，为47.75N.m。由上述所求各轴功率及转速，可求出相应扭矩为： = 轴4、轴5、轴6计算所得运动及动力参数如下表所示：表2 各轴的运动与动力参数轴号转速（r/min）功率(KW)扭矩（Nm）4140.0747.7551830.06533.96140.0640.932.10.2 轴4结构设计计算1、确定轴的最小直径先对轴的最小直径进行初步估算，根据表中所需信息，确定轴选用45钢经调质处理，由此取表中建议值，轴的最小直径可由公式计算得出：轴4直径最小处需安装联轴器，以连接大带轮。在这里，对联轴器的型号也进行选取。首先确定联轴器的计算转矩，其值为工作情况系数与公称转矩的乘积。根据轴4工作情况及动力源，选取工作情况系数为1.3，最后算得联轴器计算转矩为联轴器型号选取HL4型，查取机械设计手册可知其公称转矩为，大于前面所得的计算转矩，因而所选联轴器较为合适。2、轴的结构设计图7 轴4的结构图（1）确定轴的各段尺寸值1）按照前一步中计算结果，取轴的前段最小直径为，即,联轴器安装在轴端，其端面需要定位，故在后一段轴处留出轴肩，以满足联轴器轴向定位要求，根据公式可知，轴肩段与前一段半径差值为：h=(0.070.1)d。2）轴上34段及56段需安装轴承，对轴的转动起保持支撑作用，因而轴承收到径向力较大，在这里，初步选用10000型调心球轴承，初步选取轴承，因主要受径向载荷力，且受力较大，故选用圆柱孔调心球轴承10000型23系列，轴最小直径为，结合轴的结构形状查取机械设计手册选取轴承牌号为2205，轴承规格：，所以，采用套筒定位轴承右端面与链轮左端面，所以取两段半径差值为半h=4mm,所以=39mm。输入轴安装联轴器段端面处，应安装轴端挡圈以固定联轴器，轴端挡圈只压在联轴器孔端面上，因而这一段轴的长度因比联轴器孔长度略小，取。轴4需要与其他部件进行装配尺寸为：3) 联轴器与链轮处的圆周方向的定位均选用平键定位，选择A型。轴12段，根据机械设计所提供表格，结合此段轴直径为，可以取健的规格为，由于此段轴与联轴器配合，已知联轴器孔的长度为，键的长度应比孔的长度略小，在长度系列中优选长度。轴34段与轴56段，根据机械设计所提供表格，结合此段轴直径为，可以取健的规格为，由于此段轴与链轮配合，已知链轮孔的长度为，键的长度应比孔的长度略小，在长度系列中优选长度。2.10.3 轴5的设计计算1、确定轴的最小直径先对轴的最小直径进行初步估算，根据表中所需信息，确定轴选用45钢经调质处理，由此取表中建议值，轴的最小直径可由公式计算得出：2、轴的结构设计图8 轴5的结构图（1）轴上12段及56段需安装轴承，对轴的转动起保持支撑作用，因而轴承收到径向力较大，在这里，初步选用10000型调心球轴承，初步选取轴承，因主要受径向载荷力，且受力较大，故选用圆柱孔调心球轴承10000型23系列，轴最小直径为，结合轴的结构形状查取机械设计手册选取轴承牌号为2205，轴承规格：，所以，采用套筒定位轴承右端面与链轮左端面，所以取两段半径差值为半h=4mm,所以。（2）确定各段的长度轴23段与轴45段安装惰轮，轴12段与56段套上套筒以定位惰轮端面与轴承端面为了让套筒压在链轮端面上，根据惰轮孔的长度，轴23段与轴45段长度为，轴12段与56段长度为。轴5需要与其他部件进行装配尺寸为：（3）轴23段与轴45段，根据机械设计所提供表格，结合此段轴直径为，可以取健的规格为，由于此段轴与惰轮配合，已知惰轮孔的长度为，键的长度应比孔的长度略小，在长度系列中优选长度。2.10.4 轴6的设计计算1、确定轴的最小直径先对轴的最小直径进行初步估算，根据表中所需信息，确定轴选用45钢经调质处理，由此取表中建议值，轴的最小直径可由公式计算得出：2、轴的结构设计图9 轴6的结构图（1）确定各段的直径轴上12段及56段需安装轴承，对轴的转动起保持支撑作用，因而轴承收到径向力较大，在这里，初步选用10000型调心球轴承，初步选取轴承，因主要受径向载荷力，且受力较大，故选用圆柱孔调心球轴承10000型23系列，轴最小直径为，结合轴的结构形状查取机械设计手册选取轴承牌号为2205，轴承规格：，所以，采用套筒定位轴承右端面与链轮左端面，所以取两段半径差值为半h=4mm,所以。（2）确定各段的长度轴23段与轴45段安装链轮，轴12段与56段套上套筒以定位链轮端面与轴承端面为了让套筒压在链轮端面上，根据链轮孔的长度，轴23段与轴45段长度为，轴12段与56段长度为。轴6需要与其他部件进行装配尺寸为：3) 轴23段与轴45段，根据机械设计所提供表格，结合此段轴直径为，可以取健的规格为，由于此段轴与惰轮配合，已知链轮孔的长度为，键的长度应比孔的长度略小，在长度系列中优选长度。2.10.5 轴6的校核由机械设计式9-10有：当时，可不计， 则经受力分析有：1画轴的空间受力图将链轮所受载荷简化为集中力，并通过轮毂中截面作用于轴上。轴的支点反力也简化为集中力通过载荷中心作用于轴上；2作垂直平面受力图和水平平面受力图求出作用于轴上的载荷。并确定可能的危险截面。图10 轴6各危险面的载荷图3按弯扭合成应力校核轴的强度已知材料为45钢调质，查机械设计表151查得，由已知条件，对轴上承受最大弯矩和扭矩的截面（链轮截面）的强度进行校核。根据机械设计式15-5以上表中的数据，并取，轴的计算应力：结论：按弯矩合成应力校核轴的强度，轴的强度足够。2.11 轴承的校核排屑器轴承使用环境应与加工中心使用环境相似，每天八小时或连续长时间工作，加工中心运转时，有轻微冲击，轴承类型为调心球轴承，根据机械设计所提供表格，估算其使用寿命轴4上轴承的校核 （1）求两个轴承受到的径向载荷由轴的校核过程可知（2）计算轴承的轴向力由于轴向力相当小，可知，查机械设计表（GB/T281-1994）6-1-50有圆柱孔调心球轴承，查机械设计表13-6取冲击载荷因数（3）计算轴承的寿命根据机械设计式13-6所以所以轴承满足寿命要求，可知，其他轴承也满足寿命要求。2.12 键的选择和校核轴4上链轮处的键（1）确定键的类型和尺寸由于是静连接，选用A型普通平键。链轮的的周向定位采用平键，按，查机械设计表6-1（GB/T1095-1979）取得：bh=10mm8mm。由于轴上是两个键，且设计时两键的bh都为108，参照链轮与轴的配合关系和普通平键的长度系列，取键长。（2）强度验算由机械设计式（6-1）当时：式中 k=0.5h=0.58=4由机械设计表6-2查取许用挤压应力为，满足强度要求。2.13排屑装置钣金结构设计 细节优化上，将电动机安放在头部底侧，有利于电动机防尘，同时，在上侧空出来平台上增加钣金盒，方便操作人员摆放工具杂物等。其他结构设计基本不便。各部件选择如下表滚动轴承座进屑口法兰机头机尾机身上螺栓总体尺寸8mm8第三章 铁磁性屑排屑设计3.1磁性分离器简介磁性分离器利用磁性吸附原理，将加工过程中产生的切屑吸附在转动的磁鼓上，以达到清除切削液中铁磁性切屑的目的，在磨削加工中，磁性分离技术作为排屑装置的应用已经较为纯熟。具体磁性分离过程为：磨削时，含有粉末状铁磁性杂质的磨削液缓慢流过旋转的磁鼓磁场区域时，磁鼓内排列有磁铁，在周围形成磁场，将经过磁场区域的铁磁性杂质磁化，并吸引在磁鼓上，随着磁鼓一起转动。通过橡胶压辊，挤出切削液，随后转至刮板处，刮板与磁鼓紧密贴合，将磁鼓上的杂质刮下，沿刮板落入集屑装置中，并送出加工区域。这种排屑装置对铁磁性切屑过滤效果极好，但当切屑中混有其他种类切屑时，只能将铁磁性切屑进行分离，而对其他种类切屑几乎没有影响。本文将根据磁性分离器的工作原理，将磁性分离器同加工中心有机结合，实现细小铁磁性切屑的分离。3.2磁性分离器结构设计3.2.1总体方案设计由于将磁性分离器结合到加工中心中，因而在结构上做了如下设计：图11.磁性分离装置设计方案3.2.2工作原理磁性排屑装置由减速机、箱体、磁滚等几部分组成。减速机带动传递轴作圆周运动，传递轴将动力传递给磁滚，磁滚作圆周运动，含有粉末状铁磁性杂质的磨削液缓慢流过旋转的磁鼓磁场区域时，磁鼓内排列有磁铁，在周围形成磁场，将经过磁场区域的铁磁性杂质磁化，并吸引在磁鼓上，随着磁鼓一起转动。通过橡胶压辊，挤出切削液，随后转至刮板处，刮板与磁鼓紧密贴合，将磁鼓上的杂质刮下，沿刮板落入集屑装置中，并送出加工区域。磁辊内装有磁铁，磁铁连续排满270度，剩余下的90度空出以利于杂质与磁鼓的分离。图12.磁性分离装置工作原理3.2.3电动机、减速机的选择 根据动力源和工作条件，选择交流电机，本文选择电动机与减速器一体式式的交流调速电机。1、电动机功率选择由使用条件可知，排屑器承受切屑重量5千克，即承受重力50N，同时排屑器还受到摩擦力f和排屑器自身重力F1。磁鼓的转速为16r/min。由已知条件得出传动机构总的载荷为F=f+F1+50磁鼓重力F1约为100N，f约为10N。则工作机有效功率为：P=FV=0.016KW=16W由已知条件得电动机有效功率，式中为系统总的传动效率。电动机到链传动机构总传动效率查表确定上述公式中所用数值：1减速箱的传动效率，取0.96；2为滚准球轴承的传动效率，取0.95；3为联轴器的传动效率，取0.99。代入上述公式可得传动效率为：所以电动机的有效功率所选减速机所配电机额定功率应大于有效功率即0.019KW。 根据已知条件本排屑装置的输送速度为16r/min：减速器转速n1=16 r/min2、选取减速机本文采用电动机、减速器一体式结构的单相调速电机。该种减速具有以下特点：1、减速机占用空间小，工作可靠，持久耐用，承受过载能力高；2、能耗低，振动小，噪音低，安静节能；3、集成斜齿轮传动，自配各种电机，达到机电一体化，集成度高，无需另外设计减速器，更换方便，保证使用质量。根据电动机所需功率及输出转速要求，综合考虑减速机和传动装置的尺寸重量等，选取调速电机型号为：41K25RGN-C，外伸轴直径12mm。方案电动机型号额定功率（KW）输出扭矩（Nm）传动比i输出转速（r/min）141K25RGN-C0.0257833.1816图13.单相调速电机三维图3.3传动结构设计本文中根据排屑原理及传动方案的布置可知，此传动结构布置方案为：减速机传递轴磁鼓：其中，传递轴作用为传递减速机转动并连接减速机与磁鼓。该传递轴与减速机输出转速相同，并将其传递给磁鼓，带动磁鼓转动。轴上无需装配齿轮、带轮等改变传动比零件，轴两端分别用联轴器连接减速机与磁鼓。此传动结构装配完成后如图图14.磁性分离装置安装布局第四章 微小切屑排屑设计4.1纸带过滤机介绍 首先了解一下纸带过滤机工作原理： 纸带过滤机是凭借切削液自身的重力透过滤纸，将切屑滤除，从而使切削液变干净。在传动机构中，链条与丝网共同形成具有一定深度的水池，将滤纸铺在链条及丝网上。为实现滤纸的自动更换，在过滤机工作时，携带有切屑的切削液通过水流缓冲装置达到到滤纸上时，切屑被滤纸隔离并堆在一起，随着过滤进行，切屑将越来越多，致使切削液水面上升，此时液位控制器会发出讯号，让减速机工作，拖动滤纸，污物及脏布会被托入脏纸箱；滤纸完成更换后，液位控制器讯号解除，减速机也停止工作，过滤机进入下一个过滤循环。过滤后的干净切削液由液泵送至主机。通过其工作原理可以发现，纸带过滤机主要由液箱、废布箱、滤纸、传动结构、检测机构、驱动装置、水流缓冲装置、电控装置及液泵等几个机构组成。而在本文中，由于切削液已经经过刮板排屑、磁鼓分离装置的过滤，切削液中剩下的切屑已经相当少。因而，在这里，无需将纸带过滤装置设计的如此复杂，只需将其作为水箱中最后一道过滤加入水箱即可，从而形成复合过滤。4.2方案设计我们将滤纸增加至切削液水箱最后一道滤板上，使切削液平缓地从其中流过，将切削液中的细微切屑过滤下来，并使其沉积在切屑收集盒中，定期更换滤纸并清理切屑。方案设计如图：图15.滤纸过滤方案根据要求，切削液将缓慢流过此过滤装置，因而将此装置安排为最后一道过滤。切削液经此处过滤结束，将完成切屑的复合排屑，相应地，此处所需过滤切屑量较少，因而收集的切屑可以不用安排自动排除机床，安排定期清理切屑并更换滤纸即可。由于滤纸质地很软，若是直接让切削液流过滤纸，可能会将滤纸冲破而使此处过滤失效。解决办法为：将滤纸四角固定于钢板上，钢板中间打密排孔。这样就可以支撑滤纸，并让过滤后的切削液顺利流过。同时，在钢板两侧增加折弯，使切削液更容易包含在其过滤范围内。在底部增加收集切屑的集屑盒，方便切屑集中清理。这一结构可在原滤板基础上改动，改动前后对比如图所示：图16a.原滤板结构图16b.改进后滤板结构图16.滤板结构改进第五章 复合排屑结构设计水箱结构设计刮板排屑器、磁性分离及滤纸过滤装置分别设计完成后，需要将这三种排屑装置进行复合设计，使其能够在同一台加工中心同时使用者三种过滤装置，达到逐步过滤粗屑、铁磁性屑、微小切屑，实现对切削液较为彻底的净化效果。对这三种排屑装置复合的方法就是设计一款能够同时使用这三种排屑装置的水箱。在上述排屑结构设计基础上，对水箱结构进行改善，使其适应刮板排屑器、磁性分离装置、纸带过滤装置的结合，形成复合排屑。