关 键 词：

C6150 机床 进给 系统 结构设计 CAD

资源描述：

C6150机床进给系统结构设计含3张CAD图,C6150,机床,进给,系统,结构设计,CAD

内容简介：

任务书论文(设计)题目：C6150机床进给系统结构设计工作日期：2017年12月18日 2018年05月18日1.选题依据:金属切削机床是机械加工的主要装备，刀具和工件安装在机床上完成加工任务，机床的结构、功能和精度对工件的加工精度起到很大的作用。本题目为C6150机床进给系统结构设计，属于金属切削机床设计研究领域，主要设计C6150机床进给箱结构和溜板箱结构。选题符合专业人才培养目标的要求，体现培养计划对知识、能力结构的基本要求，达到专业综合训练的目的。2.论文要求(设计参数):1、C6150机床技术要求分析2、C6150机床传动系统图设计3、进给箱结构设计，进给箱装配图绘制。4、溜板箱结构设计，溜板箱装配图绘制。5、主要零件结构设计6、主要部件三维设计。7、相关外文资料翻译。8、撰写说明书。3.个人工作重点:1、C6150机床传动系统图设计2、进给箱结构设计，进给箱装配图绘制。3、溜板箱结构设计，溜板箱装配图绘制。4.时间安排及应完成的工作:第1周：安排设计任务，布置设计要求第2周：分析设计题目，了解设计内容，复习相关专业知识 第3周：查找设计资料，查找设计文献第4周：撰写开题报告，修改开题报告，开题答辩 第5周：分析C6150机床技术要求第6周：设计C6150机床传动系统图第7周：设计机床进给箱结构第8周：计算机床进给箱参数第9周：绘制进给箱装配图第10周：设计溜板箱结构第11周：计算溜板箱参数第12周：绘制溜板箱装配图第13周：主要零部件三维设计第14周：撰写设计说明书和外文翻译5.应阅读的基本文献:1濮良贵, 陈国定, 吴立言. 机械设计.第9版M. 高等教育出版社, 2013. 2孙桓, 陈作模, 葛文杰. 机械原理.第7版M. 高等教育出版社, 2006. 3王树强, 倪洪启. 金属切削机床M. 北京理工大学出版社, 2014. 4段菊英, 王魁. C6150机床的数控改造J. 科技资讯, 2009(18):48-48.5湛年远. C620普通车床进给系统数控化再制造的设计与实现J. 制造业自动化, 2013(23):136-138.6高德峰, 梁俊杰, 张士伟,等. CA6140车床横向进给系统闭环控制设计J. 装备制造技术, 2015(9):133-136.7李维谦, 史风鸣. 新型卧式车床溜板箱设计J. 机械研究与应用, 2006, 19(2):104-105. 8韩 进, 唐存凯, 王树风,等. 普通机床进给箱结构:, CN201161348P. 2008.9孟祥宇. 数控机床进给系统常用消隙结构分析J. 科技与企业, 2015(6):107-107. 10宋丽雯. 卧式车床进给传动的设计J. 科技风, 2016(2):48-48.11崔东英. 一种实用的机床进给传动机构J. 机械工程师, 2017(6):125-126.指导教师签字：XX教研室主任意见：同意签字：XX 2017年12月14日教学指导分委会意见：同意签字：XX 2017年12月15日 学院公章进度检查表第-2周工作进展情况本次问题主要出现在论文写作大纲不具体，研究方法不明确。写作大纲需要写出研究顺序及每一步研究的大体方向。研究方法是写出写作大纲每一步需要的方法。设计参数需要去除部分没有用的。2018年01月05日指导教师意见对设计内容基本掌握，查阅的文献符合要求。开题报告中研究的理论价值、拟开展研究工作和研究方法需进一步扩展，文献综述符合要求。指导教师(签字)：XX 2018年01月05日第 3周工作进展情况分析了C6150机床技术要求,设计了C6150机床传动系统图。2018年03月23日指导教师意见主动答疑，完成了机床传动系统设计，绘制完传动系统图，研究分析了传动箱基本结构，绘制传动箱草图。指导教师(签字)：XX 2018年03月26日第 6周工作进展情况设计了C6150机床传动系统图，完成了进给箱设计，绘制完进给箱装配图。2018年04月13日指导教师意见中期检查，设计C6150机床传动系统图，完成进给箱设计，绘制完进给箱装配图，工作进度正常。指导教师(签字)：XX 2018年04月11日第 9周工作进展情况设计了溜板箱结构，计算了溜板箱的参数，开始绘制溜板箱装配图。2018年05月11日指导教师意见设计了溜板箱结构，计算了溜板箱的参数，开始绘制溜板箱装配图草图。指导教师(签字)：XX 2018年05月23日第 10周工作进展情况溜板箱装配图绘制已经绘制完成，开始做主要部件的三维图，完成部分说明书，正在翻译外文文献。2018年05月11日指导教师意见溜板箱装配图绘制完毕，正进行主要部件三维建模设计，说明书完成部分，外文翻译完成部分。指导教师(签字)：XX 2018年05月10日第 11周工作进展情况论文摘要需要修改，论文的结构和排版还存在问题，计算方法还需要修改。外文文献翻译已完成。2018年05月18日指导教师意见修改说明书2遍，说明书中插图有错误，中文摘要字数不够，外文译文 不通顺，字数不到2000字。指导教师(签字)：XX 2018年05月20日过程管理评价表评价内容具体要求总分评分工作态度态度认真，刻苦努力，作风严谨33遵守纪律自觉遵守学校有关规定，主动联系指导教师,接受指导32开题报告内容详实，符合规范要求54任务完成按时、圆满完成各项工作任务43过程管理评分合计12 过程管 理评语 工作态度比较认真，比较刻苦努力，作风比较严谨。能认真分析设计题目，查找设计资料，遇到困难想办法解决，虚心向同学学习，向老师请教。 自觉遵守学校有关规定，能主动联系指导教师，接受指导，能带着问题答疑，有自己的思考和见解。 开题报告内容详实，对设计的内容进行了较完整的分析，对拟开展的工作重点进行了分析，文献综述较全面，符合规范要求。 具有一定的综合知识运用能力，按照任务进度表工作，中期检查较好，按时、圆满完成各项工作任务。指导教师签字:XX日期:2018-05-21指导教师评价表评价内容具体要求总分评分选题质量符合培养目标要求,有一定的研究价值和实践意义,有一定的开拓性、创新性,深度、难度适宜,工作量饱满54能力水平有较强的综合运用知识能力、科研方法运用能力、中文表达与外语能力、文献资料检索能力、计算机应用能力54完成质量文题相符,概念准确,分析、论证、计算、设计、实验等正确合理,结论明确；论文结构、撰写格式、图表等符合基本规107指导教师评分合计15 指导教 师评语 选题符合培养目标要求，有一定的实践意义，有一定的开拓性，深度、难度适宜，工作量比较饱满。题目为机床传动进给系统结构设计，涉及较多的专业知识，对学生综合能力的提高有所帮助。 该生有一定的综合运用知识能力，有一定的中文表达与外语能力、文献资料检索能力和计算机应用能力。在设计过程中能独立开展工作，对遇到的问题能分析思考，不懂的地方查资料和接受老师指导。 说明书文题基本相符，概念准确，分析计算基本正确，结论明确；说明书结构、撰写格式、图表等符合基本规范要求。进给系统方案正确，结构正确，图纸表达基本正确，符合规范要求。 该生完成了各项设计任务，同意参加答辩。指导教师签字:XX日期:2018-05-22评阅人评价表评价内容具体要求总分评分选题质量符合培养目标要求,有一定的研究价值和实践意义,有一定的开拓性、创新性,深度、难度适宜,工作量饱满55能力水平有较强的综合运用知识能力、科研方法运用能力、中文表达与外语能力、文献资料检索能力、计算机应用能力53完成质量文题相符,概念准确,分析、论证、计算、设计、实验等正确合理,结论明确；论文结构、撰写格式、图表等符合基本规107评阅人评分合计15 评阅人 评语 该生具有一定综合运用机械学科知识的能力，能够独立解决该学科的基本问题。其论文文字表达与外语能力、文献资料检索能力，以及计算机应用能力都较好。其论文文题相符，符合机械学科毕业设计要求，所使用的各种概念准确。研究过程中进行的各种分析、论证、计算丰富、设计正确，所得结论明确合理，其设计能够抓住工作重点。其论文结构合理、图表较丰富，但是格式需规范。综上所述，该生完成了毕业设计的各项任务，推荐该生参加答辩！评阅人签字：XX评阅人工作单位：机械工程学院日期：2018-05-23答辩纪录 学生姓名：XX专业班级：XX 毕业论文(设计)题目： C6150机床进给系统结构设计答辩时间：2018年05月 日 时 分 时 分答辩委员会(答 主任委员(组长)： XX委员(组员)： XXXX辩小组)成员答辩委员会(答辩小组)提出的问题和答辩情况问题1：3联的齿轮如何加工？回 答： 用插齿的方法进行加工，然后再用磨齿的方法问题2：齿轮的模数？回 答： 用公式(Z1+Z2)m=d.由d以及两齿轮的齿数就可以进行计算。问题3：传动比如何计算？回 答： 用输出齿轮的齿数比上输入齿轮的齿数。问题4：工作中进行了什么计算，I轴如何校核？回 答： I州的校核，I轴上齿轮的校核。通过公式进行受力分析弯矩和扭矩的图，确定危险截面。问题5：齿轮啮合的力有哪些？回 答： 径向力和切向力，切向力和运动方向相反。问题6：图中结构的作用？回 答： 连接两个零件，图中另一个零件未标出。记录人： 2018年05月24日答辩委员会评价表评价内容具体要求总分评分自述总结思路清晰,语言表达准确,概念清楚,论点正确,分析归纳合理107答辩过程能够正确回答所提出的问题,基本概念清楚,有理论根据107选题质量符合培养目标要求,有一定的研究价值和实践意义,有一定的开拓性、创新性,深度、难度适宜,工作量饱满54完成质量文题相符,概念准确,分析、论证、计算、设计、实验等正确合理,结论明确；论文结构、撰写格式、图表等符合基本规107能力水平有较强的综合运用知识能力、科研方法运用能力、中文表达与外语应用能力、文献资料检索能力、计算机应用能力107答辩委员会评分合计32 答辩委员会评语 XX同学在毕业设计工作期间，工作努力，态度比较认真，能遵守各项纪律，表现一般。 能按时、全面、独立地完成与毕业设计有关的各环节工作，具有一定的综合分析问题和解决问题的能力。 论文立论正确，理论分析无原则性的错误，解决问题方案比较实用，结论正确。 论文使用的概念正确，语句通顺，条理比较清楚。 论文中使用的图表，设计中的图纸在书写和制作时，能够执行国家相关标准，基本规范。 能够独立查阅文献，外语应用能力一般，原始数据搜集得当，实验或计算结论准确可靠。 答辩过程中，能够简明地阐述论文的主要内容，回答问题基本正确，但缺乏深入地分析。答辩成绩： 32答辩委员会主任：XX成绩评定 项目分类成绩评定过程管理评分12指导教师评分15评阅人评分15答辩委员会评分32总分74成绩等级C成绩等级按“A、B、C、D、F”记载成绩审核人签章： XX审核人签章： XX一、选题依据1.研究领域金属切削机床设计研究领域2.论文（设计）工作的理论意义和应用价值C6150 车床是对轴、盘、环等多种类型工件进行多种工序加工的卧式车床，适合小批量的车削零件加工。常用于加工工件的内外回转表面、端面和各种内外螺纹，采用相应的刀具和附件，还可进行钻孔、扩孔、攻丝和滚花等。它具有以下特点：1、低频力矩大、输出平稳。2、高性能矢量控制。3、转矩动态响应快、稳速精度高。4、减速停车速度快。5、抗干扰能力强等。C6150 的进给系统主要包括进给箱和溜板箱等。溜板箱与进给箱配合可让刀架进行螺纹切削。纵,横向走刀进给和快移动等功能。它是影响机床加工精度的重要因素。设计 C6150 的进给系统过程中能综合利用到已学过的知识，能对已学过的知识进行进一步加深理解与记忆，所以，本课题十分有意义。3.目前研究的概况和发展趋势国内：中国产业调研网发布的 2017 年中国车床行业发展调研与发展趋势分析报告认为，按用途和结构的不同，车床主要分为卧式车床和落地车床、立式车床、转塔车床、单轴自动车床、多轴自动和半自动车床、仿形车床及多刀车床和各种专门化车床， 如凸轮轴车床、曲轴车床、车轮车床、铲齿车床。在所有车床中，以卧式车床应用最为广泛。由于车床产品应用面广，在机床产品中占有较大的比例，车床的产量占金属切削机床总量的 25.6%左右。2015 年，我国车床产量已经超过 20 万台。普通车床近 2016 年的平均需求量在 11 万台，但是由于数控化率不断的提高，中国市场宏观环境的走低， 国家积极倡导淘汰落后产能的政策下，未来普通车床市场将加速缩水，预计普通车床市场年复合缩水比例达到 12%-15%，而对应的经济型卧车需求量将代替普通车床市场的消减以 7.5%-9%的速度增长。2016 年，我国车床消费量为 14.37 万台；2017 年车床消费量约 15 万台。由于中国经济已经步入“新常态”，当经济处于下行周期，而有效需求又不能快速启动时，工业特别是重化工业的产能过剩问题将变得更加突出，相当数量的企业将进入短期“去库存”、中长期“去产能”的艰难过程中。同时中国制造 2025“智能专项”已经启动，普通车床产能将进一步缩减，产能逐渐由数控车床取代，故预计“十三五”期间，车床产量将有所下降，后期将逐渐追平截至 2016产量，预计到 2020 年，我国车床产量达到 22 万台左右。经济下行时期，中国车床下游行业都将受其影响，而下游行业的发展直接影响车床的需求量。预计到 2022 年，我国车床需求量在 14.6 万台左右。车床性能发展趋势：1.提高切削速度:近几年来由于刀具材料的飞速发展,要求车床相应的提高主轴转速，增大功事提高切削速度。目前普通车床比较经济适用的转速为 2000转/分左右，因为它符介经济切削速度的发展。2.提高自动化程度: 对普通车床来说，在单件小批生产中非切削时间约占 80% 左右,并且切削性能也没有充分发挥，据调查在 85%的开动时间中机床功率效率平均使用功率不超过 25%; 在 95%的开机床额定功率动时间里，机床功率效率不超过 50%，车床的主轴转速在绝大多数情况下仅用到 60%以下.产生这种现象的主要原因是当高速切削时由于车床自动化程度低,人工操作不能适应所造成。基于上述情况我们认为，当前普通车床的发展趋势是在适当改进切削性能的基础上，着重提高自动化程度，最大限度地缩短非切削时间,以便提高生产量。国外：据国际咨询机构预测，今后世界上数控机床将以较高的速度发展，在金切机12床中几乎所有品种均可实现数控化；数控系统向高度集成(采用 64 位 CPU)、高分辨率(0.1um)、小型化方向发展。机械加工向工序复合化、智能化方向发展。未来工厂将广泛应用数控机床、柔性加工单元和柔性加工生产线，最终实现计算机集成制造系统。工厂可以灵活地根据用户需要，在短时间内设计、制造出全新的产品，实现更高精度、效率和效益。1.高精度化。国外效控系统的设定单位由 1um 发展到 0.1um 和 0.01um。1992 年 7 月，日本 FANUC 公司在庆祝该公司成立二十周年的新成果展示会上，展示了实现纳米加工的整套技术，实现了 0.001um脉冲的控制系统，能牍利执行每个脉冲当量为0001um 的伺服单元，伺服电机、气浮丝杠、气浮主轴等部件，能检测纳米级精度的高精度检测反馈系统。据资料介绍，这是世界上第一个真正实现纳米加工的成套技术。2.高速化。快速行程已从 24mmin 提高到 240mmin(当设计单位为 1um 时)，加工中心的切削进给速度可达 10mmin 以上。数控系统已从 16 位微机发展到 32 位、64 位机，或用 40 多个 CPU 的结构。FANUC 公司开发的 15B 数控系统就采用了 64 位微机的 RISC 技术(压缩、优化程序、消除跟踪误差)。3.高可靠性。FANUC 公司的计算机数控系统的平均无故障工作时(MTBF)是 0.01 次月台，即实现了 100 个月里出现一次故障的高可靠性从而使机器人也实现了 0.013 次月台的高可靠性(另一种说法是国外数控系统的 MTBF 在 1 万小时以上)。4.系统化。在新厂筹建和老厂扩建过程中，人们已注意到了耍在系统工程观念指下来添置数控机床、柔性加工单位及柔性制造系统、机器人等机电一体化产品。德国的维勒尔公司已经给世界各国提供了上百条柔性制造系统。FANUC 公司还在筑波科学城中按计算机集成制造系统(O1MS)的五层结构建成 CIMS 模式的工厂。富士通公司建立了绍津 CIMS 工厂，富士电机也建立了吹上 C1MS 工厂德国的西门子公司建立了 CIMS 数控系统制造厂。二、论文（设计）研究的内容1.重点解决的问题(1）C6150 机床传动系统图设计(2）进给箱结构设计，进给箱装配图绘制。(3）溜板箱结构设计，溜板箱装配图绘制。2. 拟开展研究的几个主要方面（论文写作大纲或设计思路） (1)分析 C6150 机床技术要求1)确定机床主要参数。2)动力参数的确定3)主轴转速的确定4)进给范围的确定(2)设计 C6150 机床传动系统图1)主传动方案拟定2)传动结构拟定式的选择3)皮带轮直径和齿轮齿数的确定及转速图拟定4）确定各传动轴和齿轮的计算转速(3)设计机床进给箱结构及参数的确定参数：在床身上最大工作回转直径的确定最大工作长度的确定最大车削长度的确定刀架上最大工作回转直径的确定主轴中心到床身平面导轨距离的确定主轴转速的确定进给量的确定刀架纵向快速速度的确定车削螺纹范围的确定结构：1)进给箱的传动机构2)进给箱切螺纹机构设计公制螺纹模数螺纹英制螺纹径节螺纹3)切螺纹系统及齿数比的确定4)增倍机构设计以及移换机构设计移换机构齿轮齿数确定5)车制螺纹的工作过程车削公制螺纹车削模数螺纹 车削英制螺纹 车削径节螺纹 车削非标准螺纹6)齿式离合器的设计齿式离合器的结构齿式离合器的强度计算7)各轴及轴上组件的设计中心距 a 的确定轴上齿轮的设计验算轴承的选择及润滑密封方式8）键的选择(3) 设计溜板箱结构及参数的确定参数：确定极限转速确定公比确定主轴转速级数确定总降速传动比确定传动轴的轴数2）结构轴的结构分析与计算轴承的选择及定位 齿轮传动的载荷计算键的选择轴承的选用轴承润滑和密封方式离合器的选用3.本论文（设计）预期取得的成果溜板箱装配图 A0 一张进给箱装配图 A0 二张说明书一份主要部件三维模型一份三、论文（设计）工作安排1.拟采用的主要研究方法（技术路线或设计参数）1）参数：工件最大回转直径：在床面上500 毫米在床鞍上280 毫米工件最大加工长度750、1000、1500、2000 毫米主轴孔径52 毫米主轴前端孔锥度莫式 6 号主轴转速范围（17 级）201250 转/分加工螺纹范围：公制180 毫米英制7/1640 牙/英寸模数0.540 毫米节径7/880 径节进给量范围：纵向0.0286.528 毫米/转横向0.0102.456 毫米/转快速纵向 5.4 米/分；横向 1.95 米/分2）研究方法：(1)进行 C6150 机床技术要求分析(2)在网上搜集相关资料(3)查阅相关文献书籍(4)向老师请教相关知识问题(5)通过计算机 CAD 绘图(6)相关外文资料翻译2.论文（设计）进度计划第 1 周：安排设计任务，布置设计要求。第 2 周：分析设计题目，了解设计内容，复习相关专业知识。第 3 周：查找设计资料，查找设计文献。第 4 周：撰写开题报告，修改开题报告，开题答辩。第 5 周：分析 C6150 机床技术要求。第 6 周：设计 C6150 机床传动系统图。第 7 周：设计机床进给箱结构。第 8 周：计算机床进给箱参数。第 9 周：绘制进给箱装配图。第 10 周：设计溜板箱结构。第 11 周：计算溜板箱参数。第 12 周：绘制溜板箱装配图。第 13 周：主要零部件三维设计。第 14 周：撰写设计说明书和外文翻译。四、需要阅读的参考文献1 濮良贵, 陈国定,吴立言.机械设计.第 9 版M.高等教育出版社, 2013.2 孙桓, 陈作模,葛文杰.机械原理.第 7 版M.高等教育出版社, 2006.3 王树强,倪洪启.金属切削机床M.北京理工大学出版社, 2014.4 段菊英,王魁.C615 机床的数控改造J.科技资讯,2009(18):48-48.5 湛年远.C620 普通车床进给系统数控化再制造的设计与实现J.制造业自动化, 2013(23):136-138.6 高德峰,梁俊杰,张士伟,等. CA6140 车床横向进给系统闭环控制设计J.装备制造技术, 2015(9):133-136.7 李维谦,史风鸣.新型卧式车床溜板箱设计J.机械研究与应用,2006,19(2):104-105.8 韩进,唐存凯,王树风,等.普通机床进给箱结构, CN201161348P. 2008.9 孟祥宇.数控机床进给系统常用消隙结构分析J.科技与企业,2015(6):107-107.10宋丽雯.卧式车床进给传动的设计J.科技风,2016(2):48-48.11 崔东英.一种实用的机床进给传动机构J.机械工程师,2017(6):125-126.附：文献综述文献综述文献4：改造了 C6150 车床的纵向与横向进给机构,采用了齿轮传动及滚珠丝杠螺母副，驱动执行元件采用了直流何服电机。电机驱动采用美国专用芯片 LM629 及LMD18200PWM 专用电路。微机控制系统部分采用 MCS-96 系列的 8098 单片机，键盘/ 显示器的接口电路采用专用的 8279 芯片，接口芯片采用 8255 等。整个系统实现了半闭环形式控制，并具各有控制刀具以给定速率沿加工路径运动的功能。为确保数控系统的传动精度和工作平稳性,在设计机械传动装置时，通常提出低摩擦、低惯量，高刚度、无间隙、高谐振及有适宜的阻尼比等要求。（1）采用直流伺服电机经齿轮减速再传动滚珠丝杠，直流伺服电机和滚珠丝杠均采用标准件，便于购买和降低成本。（2）滚珠丝杠螺母副是螺旋传动方式，它的作用是将回旋运动变为直线运动，因此在改道中选用滚珠丝杠螺母副来达到直线运动的目的。滚珠丝杠螺母副具有磨損小， 传动效率高，传动平稳，寿命长、精度高，温升低、运动摩擦小，便于消除传动间隙的特点。（3）齿轮传动采用双片齿轮错齿法消除间隙，双片齿轮间虽有弹簧自动消除间隙， 但消除间隙的方法是采用定期人工调整、螺钉紧固的办法消除间隙，因为弹簧的弹力很难适应负载的变化情况。优点：使原本的机械机床功能增强，操作性得到改善，实现加工的自动化。提高了机床的加工精度，避免由于人工造成的人为失误与加工误差。提高了机床的可靠性， 由于采用单片机控制: 井且对选用的零部件都进行了强度计算与校核，对溜板及中拖板的越界采用了位置检测与保护电路，使工作更可靠。采用了滚珠丝杠螺母副及贴塑导轨，使工作台活动更灵活，减少了传动摩擦和降低了机械零部件的磨损。文献5：以 C620 普通车床进给系统的数控化再制造为例，探讨再制造方案设计、滚珠丝杆选型、伺服电动机选型以及进给伺服驱动电路设计等问题，对普通机床的数控化再制造具有-定的借鉴意义。滚珠丝杆计算与选择:滚珠丝杆螺母副的作用是把伺服电动机的回转运动转化为工作台的直线运动。滚珠丝杆选择的主要依据，是其工作动载荷应小于其额定动载荷。伺服电动机计算与选择：数控机床的动态性能要求比较高，伺服电动机的力矩主要消耗在产生加速度上，负载力矩占的比重很小，其额定力矩可取其最大负载力矩的 5 倍，再根据转速确定电动机的功率及规格型号。文献6:对现有的存在的大量的普通车床进行了数控化改造，并重新设计了进给、换刀和主轴传动系统,对进给系统的床鞍部分进行了改进,以适应现代化的车床加工要求，对原有繁琐的主轴传动系统,对比现有的小型数控机床，进行了整合与重新加工，尽可能的适应老式机床的改进。经过论证,数控化改造是可以实施并加以推广,对我国现存的大量老式机床有重要的参考意义。进给伺服系统的改造设计进给系统伺服电机驱动的作用指的是利用教学工具根据数控系统精确定位或做相对运动，最后制定出符合图纸设计要求的零件。(1) 进给系统的传动设计进给系统传动包括纵向(Z 轴)进给还有横向(X 轴)进给，它们都是由伺服电机驱动实现进给运动。纵向进给系统经过减速箱驱动滚珠丝杠来实现纵向进给运动(Z 轴); 横问进给系统在减速箱经过二级齿轮减速后驱动滚珠丝杆实现横向(X 轴)进给运动。(2) 滚珠丝杠螺母副的选择CA6140 数控机床进给系统的一部分移动组件具有反应快,精度高、低速时不爬行等特点，因此本毕业设计采用滚珠丝杠副就可以满足上要求。滚珠丝杆螺母副由螺丝、换向器、螺母、滚珠等部分组成。滚珠丝杠的工作原理是:当丝杆和螺母做相对运动时，螺旋沟球就会沿着滚珠丝杆里面的滚道滚动。为了防止滚子沿着跑道表面滑出去,所以要有循环装置，循环装置可以使滚珠在滚道里面运动后沿着滚道运动,通过自动循环设备重新返回人口,继续参与下一周期的工作。安装滚珠丝杆螺母副需要加载预紧力，通过预紧滚珠丝杆螺母副可以有效地消除轴向间隙，也可以提高传动刚度在对滚珠丝杠副的设计时由原来从一端固定一端悬空，变成-边简支-端固定的支撑结构。因为滚珠丝杆副具有轴向间隙,所以为了保证反向传动的精度还有轴向的刚度，必须要消除结构的轴向间隙。消除间隙的方法有很多中,在这里我选择采用双螺母结构。轴承选择角接触球轴承。文献7：针对现有溜板箱的使用功能,在分析国内外同类机床溜板箱的基础上,开发设计了新系列溜板箱。主要增加了溜板纵向定程与保险装置和向尾座方向空行程返回与保险装置与横向定程保险装置。溜板纵向定程与保险装置的工作原理：将位于床鞍前后的 2 个可移动的挡铁,用 2个内六角螺钉将固定在床身前三角形导轨。床鞍的纵向定程由 2 个挡铁来控制。工作前,先把测量杆放在托架和吊架上,其左端与调整定程螺钉接触,其右端与安装在溜板箱体上的触头接触,反复试调,直至达到要求，将挡铁用内六角螺钉紧定牢固,然后取下测量杆,方可进行工作。工作时,当溜板箱接近挡铁时，溜板箱上的触头与挡铁上的调整螺钉接触,迫使触头推动溜板箱内的杠杆使纵向啮合的离合器脱开,切断纵向进给，即可达到预调尺寸,又保证了安全。向尾座方向空行程返回与保险装置的工作原理：将杆顺时针方向旋转当床鞍朝尾座方向返回时定位指块下边的斜面与尾座前面的触头相接触时触头推动定位持块连网杆一月左移推动溜板箱内的杠杆使效向啮合的离合器脱开切断纵向返回进给，这样即可防止床鞍与尾座相控确保系统安全又可减轻工人的疲劳强度。横向定程保险装置：横向定程是通过档块或挡块与定位挡块接触后实现的。因为因为定位挡块的横向移动可以带动轴做横向移动通过杠杆切断溜板箱内的横向自动进给停止运动。定位挡块在任何情况下都可以使刀架横向自动定程或手摇进给。用作定程时它可以处在挡块和挡块之间或挡块与挡块之间手摇进给时它与任何挡块都不接触，则刀架可自由移动。档块除了起到行程中止作用之外这个档块还可以选择适当位置上起到刀具的横向定位作用。因为这个挡块是可以调整的。文献8：本实用新型涉及一种普通机床进给箱结构，是机床的重要组成部件，属于机床技术领域，本实用新型是对现有采用凸轮或凸轮鼓控制基本组齿轮啮合的普通机床三轴滑移机构进给箱结构的改进，设置在箱盖上的球杆拨动装置拨动设置在箱体上对应基本组齿轮处的拨动齿轮滑块装置，本实用新型结构简单，加工制造容易，操纵灵活，通过设置误动作自锁装置，可有效的防止误动作，本实用新型可与现有采用三轴滑移机构进给箱的普通机床配套，具有很好的经济效益。一种普通机床进给箱结构，包括箱体，箱盖，输入轴，固定在箱体内中间的基本组齿轮，箱体内两端部的倍速机构、公英制转换机构，走刀和螺纹切削转换机构，螺纹输出轴和走刀输出轴，其特征是箱体上对应基本组齿轮处固有拨动齿轮滑块装置、定位装置、误动作自锁装置，拨动齿轮滑块装置中各齿轮拨动块的叉口置于相应滑动齿轮的两侧，箱盖上对应箱体的拨动齿轮滑块装置固有球杆拨动装置，球杆拨动装置中球杆前端的球头置于拨动滑块装置中相应拨动滑块的拨动槽内。文献9：数控机床的进给系统是整个机床加工过程的重要组成，在进行相应的零件加工时，被加工件的加工精度会极大地受到进给系统的影响。因此要想保证零件的加工精度，提高加工质量，就要对机床进给机构所存在的间隙进行准确的掌握，并采取有效的技术或结构措施等，消除这种间隙，从而提高位移及运动精度，保证加工质量。本文中对数控机床进给系统中常用到的消隙结构进行了详细的分析与探讨。主要方法如下：双螺母消隙丝杠，复合螺母消隙丝杠，低预紧无间隙单螺母丝杠； 双片斜齿轮轴向弹簧消隙，机械预载双齿轮消隙，电气预载双齿轮消隙。文献10:卧式车床,具有车床的床身、床脚、油盘等铸造结构,床头箱采用三支承结构,进给箱设有公英制螺纹转换机构,溜板箱内设有锥形离合器安全装置,机床纵向设有四工位自动进给机械碰停装置,尾座设有变速装置等。本文详述了卧式车床进给传动的种类及存在的优缺点。对传统卧式车床进给传动机构进行了改进设计,并介绍了它的改进后的应用及优势。此设计的进给传动机构具有简化路线、操纵简单、可靠等优点。新设计出的进给传动系统包括基本组、增倍组、光杆或丝杆传动的移换机构。基本组包含 11 对齿轮，可由它经它直接实现公制、英制螺纹的加工;同时，基本组上的轴齿轮通过键与轴一起转动，齿轮全部空套在空心轴上，通过转动手柄从而带动齿条的套简移动。另外，基本组的齿轮也可以根据实际需要减少或者进行重新设计。加工公制螺纹时的传动比可以为 4/6、6/6、7/6、9/6、10/6、11/6。这 6 种传动比与三轴滑移加工公制螺紋时的传动比完全相同，能保证国家标准中所有种类的公制螺纹都可以实现。增倍组有 3 对齿轮，实现 1/2、1/1、2/1 的螺纹倍数关系，与主轴箱内扩大螺距 1/8 的传动比相结合，实现螺距系列化。很明显，新型的进给传动路线比传统的进给传动系统结构简化，而且不需要公制和英制螺纹移换机构，从而使得操纵机构简单可靠。文献11：研制了一种实用的机床进给传动机构,介绍了该实用机构的组成,并且用实际应用说明该机构的可行性和有效性。对机床进给传动系统的要求主要有如下 5 个方面:1)系统零部件的低惯量的要求。进给系统零件刚性在满足系统受力工况时,应减小运动部件质量及尺寸。2) 系统零件结合面之间的低摩擦阻力要求。导轨一般采用具有较小摩擦因数的直线滚动导轨副、静压导轨。3)系统零部件的高刚度要求。机床的进给传动系统的高刚度主要取决于传动部件的高刚度。传动机构的刚度不足会导致工作台产生爬行现象，从而导致系统的传动精度差。所以说提高传动系统的刚性是提高系统精度的有效途径。4)系统的高谐振性要求。为了提高进给系统的抗振性,应使进给系统中的机械零部件具有较高的固有频率，进给系统要求进给传动的固有频率应高于伺服驱动系统的固有频率的 23 倍。5)消除传动间隙。设计中可采用消隙间隙的联轴节及有消除措施的传动副等方法。主要结构：主运动，同步带与同步带轮，丝杠丝母副，进给机构的运动保护，主轴箱与立柱间。主运动：此传动机构用在机床的主轴箱上下竖直的进给运动中，伺服电机驱动同步带轮带动同步齿形带驱动丝杠旋转带动丝母和主轴箱竖直上下运动。同步带与同步带轮：同步带轮的选择在满足传动转矩与刚性时带轮的直径的选择尽量小,保证传动机构的低惯量。3)丝杠丝母副。丝杠的上下两端用丝杠专用的丝杠轴承支撑并且固定在具有足够刚性的轴承座上，同时轴承座固定在机床立柱上。丝杠的长度在满足主轴箱的行程时要尽量短,保证传动系统机构的低惯量。12进给机构的运动保护：在丝杠的上端安装一个电磁离合器，此电磁离合器在得电时松开,失电时夹紧,以防止主轴箱在主机失电的状态下滑落,保证了机构的安全。主轴箱与立柱间：主轴箱用直线导轨副安装在立柱上以保证主轴箱与立柱间的联接刚性，同时直线导轨与导轨滑块间是滚动摩擦具有较低的摩擦因数，保证了进给运动的低摩擦阻力的要求。总结：根据上述文献主要内容，我认为选择滚珠丝杠副使系统具有反应快,精度高、低速时不爬行等特点。消隙结构选择双螺母结构。轴承选择角接触球轴承。基本组的齿轮也可以根据实际需要减少或者进行重新设计。加工公制螺纹时的传动比可以为4/6、6/6、7/6、9/6、10/6、11/6。这 6 种传动比与三轴滑移加工公制螺紋时的传动比完全相同，能保证国家标准中所有种类的公制螺纹都可以实现。增倍组拟采用 3 对齿轮，实现 1/2、1/1、2/1 的螺纹倍数关系，与主轴箱内扩大螺距 1/8 的传动比相结合，实现螺距系列化。C6150 机床进给系统结构设计摘 要C6150 机床是能对是对轴、盘，环等多种类型工件进行多种工序加工的卧式车床，适合小批量的车削零件加工。常用于加工工件的内外回转表面、端面和各种内外螺纹。机床的进给系统主要包括进给箱和溜板，是影响机床加工精度的重要因素。进给箱机是改变机床切削时的进给量或改变表面形成运动中刀具和工件相对运动关系的机构。溜板箱是将丝和光杠传递的旋转运动转变为溜板箱的直线运动并带动刀架进行进给运动。本次设计是以 C6150 机床为研究对象，设计其进给系统的结构。设计的思路是先通过分析机床主要技术参数来确定机床进给系统的方案， 再对机床的进给箱和溜板箱的结构进行分析设计，以及对箱体内主要零部件设计及校核，最后再详细阐述机床进给箱和溜板箱的运动过程。本文对机床的进给系统的主要结构进行了设计与说明。先是对电机进行了选型，再对机床进给箱和溜板箱内部主要轴及轴上零件进行了设计及强度校核并且对机床进给箱以及溜板箱的工作过程进行了详细的说明，最后确定了 C6150 机床进给系统的结构。关键词：机床进给系统进给箱 溜板箱IIAbstractC6150 machine tool is a horizontal lathe that can process various types of workpieces such as shaft, disc, ring and so on. It is suitable for small batch turning parts processing. It is commonly used to process internal and external rotary surfaces, end faces and various internal and external threads of workpieces.The feed system of the machine tool mainly includes feed box and slide plate, which is an important factor that affects the machining accuracy of the machine tool. The feeding box machine is a mechanism that changes the feed rate of machine tool cutting or changes the relative movement relationship between the tool and workpiece during the movement of the surface. The sliding plate box changes the rotational motion of the wire and the light bar into the linear motion of the slide box, and drives the tool carrier to feed. This design takes the C6150 machine tool as the research object, and designs the structure of its feed system. The design idea is to determine the program of the machine tool feed system by analyzing the main technical parameters of the machine tool, then analyze and design the structure of the feed box and the slide box, and the design and check of the main parts in the box. Finally, the movementprocess of the feed box and the slide box is expounded in detail.The main structure of the feed system of the machine tool is designed and explained in this paper. First, the motor is selected, then the design and strength check of the main shaft and shaft of the machine tool feed box and the slide box are checked, and the working process of the feed box and the slide box is explained in detail. Finally, the structure of the feed system of the C6150 machine tool is determined.Key word：Machine toolFeed systemFeed boxSlide boxC6150 机床进给系统结构设计目录摘 要IAbstractII1.绪论11.1 C6150 机床进给系统结构设计的目的和意义11.2 C6150 机床的总体布局及参数11.3 C6150 机床发展概况21.4 主要设计工作及内容42.进给系统方案的确定52.1 机床主要技术参数52.2 机床进给系统分析53. C6150 机床进给箱结构设计和分析83.1 C6150 机床进给箱结构分析83.2 电机的选择93.3 Ia 轴上齿轮的设计及校核93.4 Ia 轴的结构设计及校核143.5 轴 Ia 上轴承的选用及其校核163.6 轴 II 齿轮的设计及校核173.7 II 轴的结构设计与校核223.8 轴 II 上轴承的选用及其校核243.9 其余轴的设计254. C6150 机床溜板箱结构分析和设计274.1 C6150 机床溜板箱结构分析274.2 电机的选择284.3 溜板箱 IX 轴及轴上零件设计285.结论33参考文献34附录 1 外文译文35附录 2 外文原文38致 谢451.绪论1.1 C6150机床进给系统结构设计的目的和意义C6150 机床是对轴、盘、环等多种类型工件进行多种工序加工的卧式车床， 适合小批量的车削零件加工。常用于加工工件的内外回转表面、端面和各种内外螺纹，采用相应的刀具和附件，还可进行钻孔、扩孔、攻丝和滚花等。它具有以下特点：1、低频力矩大、输出平稳。2、高性能矢量控制。3、转矩动态响应快、稳速精度高。4、减速停车速度快。5、抗干扰能力强等。C6150 的进给系统主要包括进给箱和溜板箱等。溜板箱与进给箱配合可让刀架进行螺纹切削。纵,横向走刀进给和快移动等功能。它是影响机床加工精度的重要因素。设计 C6150 机床的进给系统过程中能综合利用到已学过的知识，能对已学过的知识进行进一步加深理解与记忆,所以，本课题十分有意义。1.2 C6150机床的总体布局及参数卧式车床在加工过程主要是轴类零件和直径不太大的盘类零件，因此采用卧式布局。为了适应右手操作的习惯，主轴箱布置在左上端。图1-1是C6150机床结构示意图，其主要组成部件及功能如下：图 1-1C6150 机床结构示意图主轴箱支撑主轴并带动工件作回转运动。箱内装有齿轮、轴等零件，组成变速传动机构，变换箱外手柄位置，可使主轴得到多种不同的转速。进给箱是进给传动系统的变速机构。它把交换齿轮箱传递来的运动，经过变速后传递给丝杆，以实现各种螺纹的车削或机动进给。交换齿轮箱用来将主轴的回转运动传递到进给箱。更换箱内的齿轮，配合进给箱变速机构，可以得到车削各种螺距的螺纹的进给运动；并满足车削时对9不同纵、横向进给量的需求。溜板箱 接受光杆传递的运动，驱动床鞍和中、小滑板及刀架实现车刀的纵横进给运动。溜板箱上装有一些微手柄和按钮。可以方便地操纵车床上来选择诸如机动、手动、车螺纹及快速移动等到运动方式。床身是车床的大型基础部件，精度要求很高，用来支撑和连接车床的各个部件。床身上面有两条精确的导轨，床鞍和尾座可沿着导轨移动。刀架部分由床鞍、两层滑板和刀架体共同组成用于装夹车刀并带动车刀作纵向、横向和斜向运动。尾座安装在床身导轨上，并可沿着导轨纵向移动，以调整结构其工作位置。尾座主要用业安装后顶尖，以支撑较长的工件，也可以安装钻头、铰刀等切削刀具进行孔加工。床身前后两个床脚分别与床身前后两端下部连为一体，用以支撑床身及安装在床身上的各个部件。可以通过调整垫块把床身调整到水平状态，并用其所长地脚螺栓固定在此工作场地上。冷却装置冷却装置主要通过冷却泵将切削液加压后经冷却嘴喷射到切削区域。1.3 C6150机床发展概况国内：中国产业调研网发布的 2017 年中国车床行业发展调研与发展趋势分析报告认为，按用途和结构的不同，车床主要分为卧式车床和落地车床、立式车床、转塔车床、单轴自动车床、多轴自动和半自动车床、仿形车床及多刀车床和各种专门化车床，如凸轮轴车床、曲轴车床、车轮车床、铲齿车床。在所有车床中， 以卧式车床应用最为广泛。由于车床产品应用面广，在机床产品中占有较大的比例，车床的产量占金属切削机床总量的 25.6%左右。2015 年，我国车床产量已经超过 20 万台。普通车床近 2016 年的平均需求量在 11 万台，但是由于数控化率不断的提高，中国市场宏观环境的走低，国家积极倡导淘汰落后产能的政策下，未来普通车床市场将加速缩水，预计普通车床市场年复合缩水比例达到 12%-15%，而对应的经济型卧车需求量将代替普通车床市场的消减以 7.5%-9%的速度增长。2016 年，我国车床消费量为 14.37 万台；2017 年车床消费量约 15 万台。由于中国经济已经步入“新常态”，当经济处于下行周期，而有效需求又不能快速启动时，工业特别是重化工业的产能过剩问题将变得更加突出，相当数量的企业将进入短期“去库存”、中长期“去产能”的艰难过程中。同时中国制造 2025“智能专项”已经启动，普通车床产能将进一步缩减，产能逐渐由数控车床取代，故预计“十三五”期间，车床产量将有所下降，后期将逐渐追平截至 2016 产量，预计到 2020 年，我国车床产量达到 22 万台左右。经济下行时期，中国车床下游行业都将受其影响，而下游行业的发展直接影响车床的需求量。预计到 2022 年，我国车床需求量在 14.6 万台左右。车床性能发展趋势：提高切削速度: 近几年来由于刀具材料的飞速发展,要求车床相应的提高主轴转速，增大功事提高切削速度。目前普通车床比较经济适用的转速为 2000 转/ 分左右，因为它符介经济切削速度的发展。提高自动化程度: 对普通车床来说，在单件小批生产中非切削时间约占 80% 左右,并且切削性能也没有充分发挥，据调查在 85%的开动时间中机床功率效率平均使用功率不超过 25%; 在 95%的开机床额定功率动时间里，机床功率效率不超过50%，车床的主轴转速在绝大多数情况下仅用到 60%以下.产生这种现象的主要原因是当高速切削时由于车床自动化程度低,人工操作不能适应所造成。基于上述情况我们认为，当前普通车床的发展趋势是在适当改进切削性能的基础上，着重提高自动化程度，最大限度地缩短非切削时间,以便提高生产量。国外：据国际咨询机构预测，今后世界上数控机床将以较高的速度发展，在金切机床中几乎所有品种均可实现数控化；数控系统向高度集成(采用 64 位 CPU)、高分辨率(0.1um)、小型化方向发展。机械加工向工序复合化、智能化方向发展。未来工厂将广泛应用数控机床、柔性加工单元和柔性加工生产线，最终实现计算机集成制造系统。工厂可以灵活地根据用户需要，在短时间内设计、制造出全新 的产品，实现更高精度、效率和效益。高精度化。国外效控系统的设定单位由 1um 发展到 0.1um 和 0.01um。1992 年 7 月，日本 FANUC 公司在庆祝该公司成立二十周年的新成果展示会上，展示了实现纳米加工的整套技术，实现了 0.001um脉冲的控制系统，能牍利执行每个脉冲当量为 0.001um 的伺服单元，伺服电机、气浮丝杠、气浮主轴等部件，能检测纳米级精度的高精度检测反馈系统。据资料介绍，这是世界上第一个真正实现纳米加工的成套技术。高速化。快速行程已从 24mmin 提高到 240mmin(当设计单位为 1um 时)， 加工中心的切削进给速度可达 10mmin 以上。数控系统已从 16 位微机发展到32 位、64 位机，或用 40 多个 CPU 的结构。FANUC 公司开发的 15B 数控系统就采用了 64 位微机的 RISC 技术(压缩、优化程序、消除跟踪误差)。高可靠性。FANUC 公司的计算机数控系统的平均无故障工作时(MTBF)是 0.01 次 月台，即实现了 100 个月里出现一次故障的高可靠性从而使机器人也实现了0.013 次月台的高可靠性(另一种说法是国外数控系统的 MTBF 在 1 万小时以上)。系统化。在新厂筹建和老厂扩建过程中，人们已注意到了耍在系统工程观念指下来添置数控机床、柔性加工单位及柔性制造系统、机器人等机电一体化产品。德国的维勒尔公司已经给世界各国提供了上百条柔性制造系统。FANUC 公司还在筑波科学城中按计算机集成制造系统(O1MS)的五层结构建成 CIMS 模式的工厂。富士通公司建立了绍津 CIMS 工厂，富士电机也建立了吹上 C1MS 工厂德国的西门子公司建立了 CIMS 数控系统制造厂。1.4 主要设计工作及内容（1）C6150机床传动系统图设计根据 C6150 机床的基本参数及机床结构特点进行机床传动系统图设计。(2）进给箱结构设计，进给箱装配图绘制。根据 C6150 机床的传动系统图设计进给箱的结构设计，完成进给箱内部的齿轮校核，轴的校核及轴承的选择，最后完成进给箱的装配图。(3）溜板箱结构设计，溜板箱装配图绘制。根据机床的传动系统图进行溜板箱的结构设计，完成溜板箱内部的齿轮校核， 轴的校核及轴承的选择，最后完成溜板箱箱的装配图。完成一份主要部件的三维造型，最终设计出了 C6150 机床传动系统图一份，进给箱及其装配图，溜板箱及其装配图，主要部件三维造型。本文内容将依据本次设计的经过，详细介绍设计步骤和相关技术分析。文章中以设计者的设计思想为依据，用插图加以阐述。最后对本次设计进行了总结概括。2.进给系统方案的确定2.1 机床主要技术参数C6150 型卧式车床的技术参数如下： 工件最大回转直径：在床鞍上280 毫米在床面上500 毫米主轴孔径52 毫米主轴前端孔锥度莫式 6 号主轴转速范围（17 级）201250 转/分加工螺纹范围：公制180 毫米英制7/1640 牙/英寸模数0.540 毫米节径7/880 径节进给量范围：纵向0.0286.528 毫米/转横向0.0102.456 毫米/转快速纵向 5.4 米/分；横向 1.95 米/分主电机：功率5.5 千瓦转速1450 转/分2.2 机床进给系统分析C6150 机床主要有主传动链和进给传动链两部分。进给系统主要由进给箱和溜板箱组成。如图 2-1 所示为机床传动系统框图。图 2-2 为 C6150 机床主运动转速图，图 2-3 为 C6150 机床传动系统图。其中图 2-3 划分为三大部分： A 部分为机床床头箱，其主要功能是支撑主轴，由主电机转动带动箱体内的各个轴和齿轮的转动，从而使主轴转动，由于主轴的内部结构是空心的，将工件插入主轴就能带动工件旋转。B 分是机床的进给箱，它是能改变机床进给运动情况的变速机构。通过挂轮箱中齿轮与进给箱中轴上的齿轮啮合带动进给箱内部的各个轴转动，通过拨叉改变齿轮的啮合的齿数来改变传动比，进给箱中的转动的在经过变速后，挂轮箱再将的运动通过联轴转移到丝杆和光杆上，最后使机床的能完成精确切削各种螺纹的转动。C 部分是机床溜板箱，它可以接受到进给箱的运动，通过箱体内部的各种齿轮啮合将运动传递到刀架机构上，从而实现控制和驱动刀架，即让刀架能产生相对于机床的纵向运动以及横向运动。图 2-1C6150 机床传动框图图 2-2C6150 机床主运动转速图图 2-3C6150 机床传动系统图3. C6150 机床进给箱结构设计和分析3.1 C6150 机床进给箱结构分析溜板箱的总体结构如图 3-1 所示。一共包含 6 根轴。其中轴 Ia 为与挂轮箱相连，是进给箱内运动的来源，轴 Ib 和轴 III 为输出轴，轴VI 和轴V 是支撑拨叉移动的轴。轴 Ia 上设计了一个双联滑移齿轮，选用了一对向心轴承。轴 Ib 上共设计有两个齿轮其中一个为三联滑移齿轮，选用了两对轴承，一对向心轴承，一对推力轴承，末端还设计有连接一个联轴器。轴 II 上共设计有五个齿轮，选用了一对向心轴承。齿轮轴 III 上共设计有 3 个齿轮，其中有一个设计为双联滑移齿轮，由于轴设计得太长，所以一共选用有五个轴承，都是用的向心轴承。轴 IV 上设计了一个拨叉。轴V 上一共设计了三个拨叉。运动过程分析：轴 Ia 接收到挂轮箱的转动得到动力转动，轴 IV 上的拨叉放置与轴的最左端，使轴 Ia 上面的双联滑移齿轮在最左边，使双联滑移齿轮左端齿轮轴 II 左端齿轮啮合转动从而带动轴 II 转动。此时轴V 第一个拨叉放置在最右端， 从而使轴 II 上最右端的齿轮与轴 III 上的双联滑移齿轮右端齿轮啮合，从而带动轴III 转动。拨动轴V 上最后两个拨叉，使得轴 III 上齿轮与 Ib 上的齿轮啮合，从而带动轴 Ib 转动。 通过改变拨叉的位置使不同的齿轮啮合以达到机构变速。图 3-1C6150 机床进给箱装配图3.2 电机的选择已知主轴转速 nmin = 20r / min ， nmax = 1250r / min 。主轴转速级数 Z = 17 ,根据功率估算的计算公式可以算出电机功率。其中ap = 3.5， f主切削力：FZ = 1900ap f 0.75 = 1900 3.5 0.35 0.75= 3026.06N= 0.35 。（3-1）切削功率：p= FZ l KW = 3026.06 90 = 3.6KW（3-2）切6210062100估算电机功率：p = p 切 = 3.6 = 5.2kw（3-3）h总0.7根据计算值 p=5.2kw 选择电机为三相异步电动机，其型号选为Y 2 -132S - 4 ， 根据它的参数可以确定其额定转速是1450r / min ，额定功率为 5.5kw。3.3 Ia 轴上齿轮的设计及校核3.3.1 齿轮的设计试取两个啮合的齿轮，大小齿轮的齿数都为 18。轴 Ia 上的齿轮材料选为 40 Cr，齿轮的处理选用高频淬火和齿部回火。齿轮表面的硬度达到250HBS 。II 轴大齿轮采用 ZG310 - 570 ，齿轮选择经过正火处理， 齿轮的齿面硬度达到 217 HBS。轴的转速如下：得到VI 轴转速：n = 1450 118 27 26 26 22 21 66 56 = 37.98r / min （3-4）016543525256666630根据 C6150 传动系统图可以知道 Ia 轴的转速等于VI 轴的转速。所以n0 = n1 = 37.98r / min 。假设 C6150 机床的工作寿命：N1 = 60n9 jLh = 60 37.981 2 365 8 = 13308192（3-5）N = N1 = 133081922u（3-6）查图得: Z N1 = 1.42, Z N 2 = 1.40 。又因为选择 Z X 1 = Z X 2 = 1.0,取SHmin = 1.0，ZW= 1.11, Z LVR = 0.92 。查表可得sH lim1 = 695MPa 。sH lim1 = 695MPa，sH lim 2 = 640MPa 。由公式可以算出接触应力：19sH 1= sH lim1 Z SN1ZX 1ZWZ LVR= 695 1.42 1.0 1.11 0.92 = 1007.82MPa（3-7）sH 2= sH lim 2 Z SN 2 ZX 2 ZW 2 ZLVR= 640 1.40 1.0 1.11 0.92 = 915MPa因为sH 1 大于sH 2 。所以取sH = sH 1 = 1007.82MPa（3-8）按齿面的接触强度可以知道中心距：1p = p h，其中h= 0.96 0.998 0.987 0.974（3-9)1p = 5.5 0.96 0.998 0.987 0.974 = 4.06kw小齿轮传递的转矩：1T = 9.55106 P1 = 9.55106 n14.0637.98= 1.02 106 N mm（3-10）aE取keZ 2e= 1.1,f = 0.08，可查得 Z= 189.8MPa1/ 2 ，传动比为u = 1，算得：ZH = 2.5（3-11）中心距的计算公式：a (u +1)（3-12）1.11.02 106 (2.5102 189.8)2 = 2 3 = 37.79mm2 0.0811007.822齿数初步选为 Z1 = Z2 = 18 ，模数选为m1 = m2 = 3.5mm ，所以能够确定两齿轮的中心距为：a = (Z1+ Z2) m = 63mm 2（3-13）分度圆直径：d1 = d2 = mz = 3.518 = 63mm（3-14）a齿轮齿顶圆柱直径：da1= da 2= d + 2h*m = 63 + 2 3.5 = 70mm（3-15）3.3.2 齿轮的校核由前面的设计可知两个齿轮的齿数均为 Z1 = Z2 = 18 ，模数m1 = m2 = 3.5mm ， 由此可得齿轮的分度圆的直径：d1 = d2 = 63mm 。选 K Ht = 1.3，选取齿轮的齿宽系数fd = 1，可得齿轮的区域系数 ZH = 2.5 。由表可知材料的弹性影响系数EZ = 189.8MPa1/ 2 。由下列公式可计算接触疲劳强度用重合度系数 Ze。aa1= arccosz1cosa/(z1+ 2h* )a= arccos18 cos 20o /(18 + 2)= 32.2o(3-16)aa 2= arccosZ2cosa1 /(Z2+ 2h* )a= arccos18 cos 20o /(18 + 2)= 32.2o(3-17)ea = Z (tana- tana ) + Z(tana- tana ) / 2p= 1.55(3-18)1Ze =a1= 0.6542 a 2(3-19)计算接触疲劳许用应力：假设 C6150 机床能正常工作的寿命为二年，所得到应力循环次数：N1 = 60n1 jLh = 60 37.981 2 365 8 = 13308192N = N1 = 133081922u(3-20)1查图得接触疲劳寿命系数： K HN = 1.42 , KHN 2 = 1.40一般选择齿轮的安全系数 S=1，可得：sH 1sH 2= KHN1sH lim1 = 1.42 695 = 986.9MPa S= KHN 2sH lim 2 = 1.40 640 = 896MPa S(3-21)根据要求取小的接触疲劳许用应力：sH = sH 2 = 896MPa所以能得到分度圆直径：3d1t 2.5 0.654 2= 3 2 1.31.02 106 2 189.8189.8 896(3-22)= 59.763mm再对小齿轮进行调整分度圆直径：齿轮的圆周速度：Vm = d1t n8 /60 1000 = 0.12m/s(3-23)宽齿宽bb = fd d1t = 59.763mm计算实际载荷系数KH :由表查得使用系数K A = 1.25。因为V = 0.12m/s ,选择的八级精度的齿轮,可查得齿轮的动载荷系数 KV圆周力如下：(3-24)= 1.3。F = 2T / d= 2 1.02 106 / 59.763 = 34134.8N(3-25)t111tK A Ft1 / b = 1.25 34134.8 / 59.763 = 713.96N / mm 100N / mm(3-26)齿轮的齿间载荷分配系数 KHa = 1.2 ，并且能够查出齿轮的齿向载荷分布系数KH = 1.421。所以齿轮的实际载荷系数：K = K A KV K HaK Hb = 1.25 1.31.2 1.421 = 2.77(3-27)分度圆直径根据公式可得：d1 = d1t= 59.7631.1 = 65.74(3-28)齿轮模数：m = d1 / z1 = 65.74 /18 = 3.6mm 。根据齿轮的齿根弯曲疲劳强度进行设计：mt 初步选择系数 KFt = 1.3。齿轮弯曲疲劳强度用重合系数(3-29)Y = 0.25 + 0.75 = 0.25 + 0.75 = 0.73(3-30)eea计算YFaYsa ：sF 1.55齿轮的齿形系数选择为YFa1 = 2.7,YFa1 = 2.7 。齿轮的应力修正系数Ysa1 = 1.53,Ysa 2 = 1.53。所以可查出两齿轮的齿根弯曲疲劳极限是：sFN1 = 650MPa,sFN 2 = 500MPa 。对齿轮的弯曲疲劳寿命系数选择为 KFN1 = 0.85, KFN 2 = 0.88。选择齿轮的弯曲疲劳安全系数S = 1.4 。= KFN1sFlim1 = 0.85 650 = 394.64MPaF1S1.4= KFN2sFlim2 = 0.88 500 = 314.28MPa(3-31)F 2S1.4YFa1Ysa1 = 2.7 1.53 = 0.0105(3-32)sF 1394.64YFa 2Ysa 2 = 2.7 1.53 = 0.0121sF 2314.28由上可知大齿轮的 YFaYsa 大一些，所以：sF YFaYsasF = YFa 2Ysa 2 = 0.0164 sF 2(3-33)计算模数:mt 2 1.31.02 106 0.73= 3 0.01211818(3-34)= 2.84mm调整齿数模数：计算圆周速度v ，齿宽b 和宽高比b / h ：d1 = mt z1 = 51.12mm ，Vm = d1t n8 /60 1000 = 0.045m/s 。(3-35)b = fd d1 = 51.12mm。(3-36)h = (2h* + c* )m= 7.1mm ，b / h = 7.2(3-37)at计算实际载荷系数 KF ：根据v = 0.045m / s ，选择齿轮的精度为八级，所以查得齿轮的载动系数为 KV= 1.1。F = 2T / d= 2 1.02 106 / 51.12 = 39906.1N(3-38)t111K A Ft1 / b = 1.25 39906.1/ 51.12 = 975.7N / mm 100N / mm取齿间载荷分配系数 FFa = 1.2。查表取 KHb = 1.421, FFb = 1.4 。则载荷系数为：K F = K A KV K FaK Fb = 1.25 1.11.4211.4 = 2.735则可计算齿轮模数为；(3-39)(3-40)m = mt综上所述：= 2.84 1.095 = 3.1mm(3-41)通过齿根接触疲劳计算的模数，来选择齿轮的模数为 m = 3.5mm ，按照齿轮的接触 疲劳能 得到两 个齿轮的 分度圆 直径都 为 d = 63mm , 所以 可以得 到z1 = d1 / m = 18 ，所以取 z1 = 18， z1 = uz1 = 18 。由以上分析可知，所有的疲劳轻度都达到要求，对于双联齿轮的另外一齿也可做出相似的分析。3.4 Ia 轴的结构设计及校核3.4.1 Ia 轴的设计验算初选轴径:由前面设计可知 p = 9.81w 。选择轴的材料为 45 钢，经调质处理：d A 0= 100 = 24.5mm(3-42)根据上述描述有轴结构如图 3-2 所示：图 3-2轴 Iad1 = 35mm , d2 = 31mm ， d3 = 45mm ， d4 = 35mm ， d5 = 23mm , d6 = 25mm l1 = 100 mm ， l2 = 2 mm ， l3 = 30mm ， l4 = 225mm , l5 = 2mm , l6 = 13mm 。3.4.2 Ia 轴的校核如图 3-3 为轴的受力图。在 XAY 平面上：图 3-3轴的受力图AC=80mm,BD=130mm,AD=140mm,AB=270mmFt 2 48 + Ft 3 140 = RBY 270(3-43)CZAY所以,RBY = 2051.427 NRAY = Ft 2 + Ft 3 - RBY = 1657.647 N(3-44)所以：C 断面DZBYD 断面M= 80R= 79.568 103 N mm M= 130R= 129.24 103 N mm(3-45)(3-46)图3-4轴的垂直弯矩图所以可以得到轴的垂直弯矩图3-4。在XAZ平面上：RZFr 2 80 + R 270 = Fr 3 140RBZ = 561.47 N(3-47)所以，RBZ = 561.47 NRAZ = 80.574NCYAZ所以，C断面M= R 80 = 3.868 103 N mm(3-48)DYBZM= R130 = 35.373103 N mm图 3-5轴的水平弯矩图综上可得轴的水平弯矩图 3-5。合成弯矩 C 断面(3-49）MC =(3-50)= 79.66 103 N mm合成弯矩 D 断面M D =(129.24 103 )2 + (35.373103 )2(3-51)= 339 103 N mm图 3-6轴的合成弯矩图综上可得州的合成弯矩图 3-6。因为 M D M C所以：, 所以 D 断面为危险截面。M 2 + (aT )2s = 1= 25MPa(3-52)c0.1d又因为 45 刚轴的材料s-1 = 59MPa ，所以轴安全。综上，轴 Ia 满足安全要求。3.5 轴Ia 上轴承的选用及其校核由于轴 Ia 上安装有一个双联齿轮，只在轴径方向受力，在轴向没有受理，所以可以选用向心球轴承，型号选为 6305。假设选用的轴承能正常工作的寿命 15 年，每年按 300 天算。根据深沟球轴承型号 6305 查出Cr 和Cor 。Cr = 25500N , Cor = 15200N 。F1v = RAY = 1657.674N , F2v = RBY = 2051.427 N水平面支反力 F1h 、 F2h ：F1h = RAZ = 80.574N ， F2h = RRZ = 561.47 N合成支反力 Fr1 、 Fr 2 ：(3-53)(3-54)Fr1 = 1659.631N(3-55)Fr 2 = 2126.876N(3-56)计算轴承的当量载荷 Pr1 、 Pr 2 。由于 Fa = 0 。查表： X1 = 1.41, Y1 = 0查表取载荷系数fP = 1.1。P1 =f p Fr1 = 1.11659.636 = 1825.594N(3-57)查得 X 2 = 1,Y2 = 0。所以 P1 =f p Fr 2 = 1.1 2126.876 = 233.956N(3-58)校核所选轴承：由于两各支承用相同的轴承，都是向心轴承，所以计算用当量动载荷较大的轴承。查表得到轴承的载荷系数为 fP = 1，可以取轴承的温度系数为 ft = 1，所以轴承工作寿命如下：10 6 C eLh =(3-59)60 n P =106Lh60 25500337.98 2339.5636 = 73093.6h (16 300 15)= 72000h选的轴承满足寿命要求。3.6 轴II 齿轮的设计及校核(3-60)3.6.1 齿轮的设计试取两啮合齿轮的齿数情况如下： 选择的小齿轮 Z1 = 24 , 选择的大齿轮Z2 = 36 。 II 轴小齿轮材料选择为 40 Cr，齿轮的处理选用经过高频淬火和齿部回火。齿轮的表面的硬度达到250HBS 。III 轴大齿轮采用 ZG310 - 570 ，齿轮选用正火处理，齿轮的齿面硬度达到217HBS 。由前面设计可知到达 II 轴时，转速n2 = n1 = 37.98r / min 。假设机床能正常工作的寿命为两年，应力循环次数：N1 = 60n2 jLh = 60 37.981 2 365 8 = 13308192(3-61)N = N1 = 88721282u(3-62)查图得 Z N1 = 1.43, Z N 2 = 1.41。又因为选择 Z X 1 = Z X 2 = 1.1,取SHmin = 1.0，ZW= 1.12, ZLVR = 0.95查表可得：sH lim1 = 690MPa，sH lim 2 = 635MPa 。由公式可以算出接触应力sH 1= sH lim1 Z SN1ZX 1ZWZ LVR= 690 1.431.11.12 0.95= 1154.83MPa(3-63)sH 2= sH lim 2 Z SN 2 ZX 2 ZW 2 ZLVR= 635 1.411.11.12 0.95= 1047.9MPa因为sH 1 大于sH 2 ，所以取sH = sH 1 = 1154.83MPa(3-64)(3-65)按齿面接触强度确定中心距：p2 = 4.06 0.99 0.98 = 3.94kw。(3-66)小齿轮传递的转矩：1T = 9.55106 P2 = 9.55106 n23.9437.98= 0.99 106 N mm(3-67)aE取keZ 2e= 1.1,f = 0.08可查得 Z= 189.8MPa1/ 2 。传动比为u = 36 / 24 = 1.5。(3-68)又因为 ZH = 2.5(3-69)所以中心距：kT Z Z Z 2a (u +1) 1 H E e 2fau sH 1.1 0.99 106 (2.5102 189.8)2 = 2.5 3 (3-70)= 65mm2 0.0811007.822选择齿轮的 Z1 = 24 , Z2 = 36 ，模数m1 = m2 = 2.25mm 。所以齿轮的中心距为：a = (Z1+ Z2) m = 67.5mm 2(3-71)分度圆直径：d1 = mz1 = 24 2.25 = 54mm d2 = mz2 = 36 2.25 = 81mm(3-72)(3-73)齿轮齿顶圆柱直径：da1= d1+ 2h*m = 54 + 2 2.25 = 58.5mm(3-74)ada 2= d2+ 2h*m = 81+ 2 2.25 = 85.5mm(3-75)a3.6.2 齿轮的校核由前面的设计可知 Z1 = 24 , Z2 = 36 ，模数为 2.25，齿轮的分度圆直径的大小如下： d1 = 54mm ， d2 = 81mm 。试选 K Ht = 1.3。选择齿轮的齿宽系数fd = 1。可查得齿轮的区域系数ZH = 2.5 。E能查表得到齿轮的材料弹性影响系数 Z = 189.8MPa1/ 2 。a所以齿轮的接触疲劳强度用重合度系数 Ze：aa1= arccosz1cosa/(z1+ 2h* )= arccos24 cos 20o /(24 + 2)= 29.8o(3-76)aa 2= arccosZ2cosa1 /(Z2+ 2h* )a= arccos36 cos 20o /(36 + 2)= 27.1o(3-77)ea = Z (tana- tana ) + Z(tana- tana ) / 2p1a1= 1.992a 2(3-78)Ze =4 -ea = 0.813(3-79)29假设机床能正常工作的寿命为两年，应力循环次数为：u = 36 = 1.5 24N1 = 60n1 jLh = 60 37.981 2 365 8 = 13308192(3-80)(3-81)N = N1 = 88721282u(3-82)查图得接触疲劳寿命系数1K HN = 1.42 , KHN 2 = 1.40选择齿轮的安全系数 S=1 可得：sH 1sH 2= KHN1sH lim1 = 1.42 692 = 982.64MPa S= KHN 2sH lim 2 = 1.40 630 = 882MPa S(3-83)取小的作为该齿轮副的接触疲劳许用应力：sH = sH 2 = 882MPa试着计算小齿轮分度圆直径：3d1t 2.5 0.81 2= 3 2 1.3 0.99 106 2 189.8189.8 882(3-84)= 49.18mm齿轮圆周速度：Vm = d1t n2 /60 1000 = 0.097m/s(3-85)齿宽b ：b = fd d1t = 49.18mm齿轮精度选择八级,可以计算出齿轮的实际载荷系数 KH : 由表查得使用系数 K A = 1.25。根据V = 0.097m/s，齿轮的精度为八级精度，查得齿轮的动载荷系数 KV由此可以计算出齿轮的圆周力:(3-86)= 1.25。F = 2T / d= 2 0.99 106 / 49.18 = 40260.2N(3-87)t111tK A Ft1 / b = 1.25 40260.5 / 49.18 = 1023.3N / mm 100N / mm取齿轮的齿间载荷分配系数 KHa = 1.2选取齿轮的齿向载荷分布系数 KH = 1.43(3-88)实际载荷系数：K = K A KV K HaK Hb = 1.25 1.25 1.2 1.43 = 2.68(3-89)即可得到分度圆直径：d1 = d1t= 49.181.1 = 53.83mm(3-90)相应的齿轮模数:m = d1 / z1 = 53.83 / 24 = 2.24mm(3-91)按照齿根弯曲疲劳强度设计mt 试选 KFt = 1.3，齿根弯曲疲劳强度用重合度系数：(3-92)Y = 0.25 + 0.75 = 0.25 + 0.75 = 0.62(3-93)eea计算 YFaYsa ：sF 1.99查图取得齿形系数YFa1 = 2.68,YFa 2 = 2.63。应力修正系数Ysa1 = 1.56,Ysa 2 = 1.62 。小齿轮和大齿轮的齿根弯曲疲劳极限分别为：sFN1 = 650MPa,sFN 2 = 500MPa 。取弯曲疲劳寿命系数 KFN1 = 0.92, KFN 2 = 1.14。取弯曲疲劳安全系数S = 1.4 。= KFN1sFlim1 = 0.92 650 = 427.14MPaF1S1.4= KFN2sFlim2 = 1.14 500 = 407.14MPaF 2S(3-94)1.4YFa1Ysa1 = 2.681.56 = 0.000978(3-95)sF 1427.14YFa 2Ysa 2 = 2.631.62 = 0.0104(3-96)sF 2407.14由上可知 YFa 2Ysa 2 大一些，所以：sF 2 YFaYsasF = YFa 2Ysa 2 = 0.0104 sF 2(3-97)计算模数：mt 2 1.3 0.99 106 0.62= 3 0.010424 24（3-98）= 2.21mm调整齿数模数：圆周速度v ，齿宽b ，宽高比b / h ：d1 = mt z1 = 53.04mmVm = d1t n2 /60 1000 = 0.105m/sb = fd d1 = 53.04mm(3-99)(3-100)(3-101)h = (2h* + c* )m = 4.97mm ， b / h = 10.67 。(3-102)at计算实际载荷系数 KF ：根据v = 0.105m / s ，齿轮为 8 级精度，查图得齿轮的载动系数 KV= 1.1F = 2T / d= 2 0.99 106 / 53.04 = 37330.3N(3-103)t121K A Ft1 / b = 1.25 37330.3 / 53.04 = 879.76N / mm 100N / mm取齿间载荷分配系数 FFa = 1.2 查表取 K Hb = 1.45 , FFb = 1.4 则载荷系数为：K F = K A KV K FaK Fb = 1.25 1.11.2 1.4 = 2.31(3-104)(3-105)则可计算齿轮模数为；m = mt综上所述：= 2.211.11 = 2.45mm(3-106)通过齿根接触疲劳计算得到出模数，来选择齿轮的模数为m = 2.25mm ，按照齿轮的接触疲劳计算能得到齿轮的分度圆直径为 d = 54mm , 算出小齿轮齿数z1 = d1 / m = 24 ，取 z1 = 24 ， z1 = uz1 = 36 。由以上分析可知，齿面接触疲劳强度和齿根弯曲疲劳强度均满足要求。3.7 II 轴的结构设计与校核验算初选轴径：d A 0= 120 = 23.6mm(3-107)根据上图 3-7 可知的轴结构为：图 3-7轴 II 的结构所以：d1 = 25mm ， d2 = 22mm ， d3 = 35mm ， d4 = 23mm ， d5 = 25mm l1 = 17mm ， l2 = 3mm ， l3 = 225mm ， l4 = 2mm ， l5 = 18mm 。由上可知：齿轮圆周力：dt 3F = 2T1 =32 0.99 10424= 2730.16N(3-108)齿轮径向力：Fr 3 = Ft 3 tana= 2730.16 0.36 = 982.8N（3-109)dt 2由前面的设计可知 F = 2T1 =22 0.99 10418= 1100N(3-110)Fr 3 = Ft 3 tana= 1100 0.36 = 3640N(3-111)如图 3-8 为轴的受力情况。在 XAY 平面上：AC=45mm,CB=170mm，DB=20mm。图 3-8轴的受力图Ft 2 45 + Ft 3 160 = RBY 235CZAYRAY = Ft 2 + Ft 3 - RBY = 4260.63N（3-112) (3-113)所以，C 断面D 断面M= 45R= 144.2 103 N mm M= 20R= 89.24 103 N mmDZBY在 XAZ 平面上：RZFr 2 45 + R 230 = Fr 3 215RBZ = 761.47 N(3-114)所以，RBZ = 761.47 NRAZ = 64.586N所以，C 断面M= R 45 = 2.88103 N mm(3-115)CYAZDYBZM= R 20 = 5.76 103 N mm合成弯矩 C 断面(3-116)MC =(144.2 103 )2 + (2.88103 )2(3-117)= 173.1103 N mm合成弯矩 D 断面MD =(189.24 103 )2 + (5.76 103 )2(3-118)= 233.1103 N mm因为 M D M C , 所以 D 断面为危险截面。M 2 + (aT )2s = 1= 34MPac0.1d又应为 45 钢轴材料s-1 = 59MPa ,所以安全。3.8 轴II 上轴承的选用及其校核轴 II 上装有 5 个齿轮，只受到径向力，所以选择向心轴承，型号为：6205。校核轴承，轴承使用寿命为 15 年，每年按 300 天计算。查出Cr 和Cor 。Cr=25000N，Cor=1200NF1v = RAY = 1657.674N ， F2v = RBY = 2051.427 N(3-119)水平面支反力 F1h 、 F2h ：F1h = RAZ = 80.574N F2h = RRZ = 561.47 N合成支反力Fr1 、Fr 2 ：(3-120)(3-121)Fr1 = 1659.631N（3-122）Fr 2 = 2126.876N(3-123)计算轴承的当量载荷 Pr1 、 Pr 2由于 Fa = 0查表： X1 = 1.41, Y1 = 0查表取载荷系数fP = 1.1P1 = f p Fr1 = 1.11659.636 = 1825.594N(3-124)查得 X 2 = 1,Y2 = 0P1 = f p Fr 2 = 1.1 2126.876 = 233.956N(3-125)由于两支承用相同的轴承，故按当量动载荷较大的轴承 P2 计算，查表取载荷系数fP = 1 ，查表取温度系数 ft = 1，计算轴承工作寿命：10 6 C eLh =(3-126)60 n P =106Lh60 255003 = 73093.6h (16 300 15) = 72000h37.98 2339.5636 结论：所选的轴承满足寿命要求。3.9 其余轴的设计3.9.1 轴 III 的设计设计及校核过程同上。如图 3-9 所示为轴 III 的结构。图 3-9轴 III 的结构l1 = 17mm ， l2 = 260mm ， l3 = 2mm ， l4 = 3mm ， l5 = 62mm ， l6 = 3mml7 = 2mm ， l8 = 20mm ， l9 = 2mm ， l10 = 18mm相对应的直径分别为：25mm，35mm，28mm，35mm,26mm,35mm,33mm,35mm,24mm,25mm。轴 III 因轴向距离较长，且只受到径向力所以采用五支轴承向定方式，都选择向心轴承，从左到右依次选用 6005，6305,6005,6008,6008。3.9.2 轴 Ib 的设计设计及校核过程同上。如图 3-10 为轴 Ib 的结构示意图：图 3-10轴 Ib 的结构l1 = 13mm, l2 = 2mm, l3 = 160mm, l4 = 2mm, l5 = 15mm 。对应的直径分别为 25mm,23mm,35mm,23mm,25mm。轴 Ib 上有三联滑移和一个可以滑移的齿轮。使用深沟球轴承 6305。4. C6150 机床溜板箱结构分析和设计4.1 C6150机床溜板箱结构分析C6150机床溜板箱结构如图4-1,4-2所示。V 轴是齿轮轴，外部连接手柄，其中它的齿数为17，模数为2。VI 轴上只有一个齿轮：齿数为69，模数为2;VIII 轴上有一个双联齿轮，大端的齿数为63，小端得齿数为23，,模数都是2。IX 轴上有一个涡轮和一个齿轮，涡轮的齿数为44，模数为2.5。齿轮的齿数为26，模数为2， 一端连接着电机。VII 轴上只有一个齿轮，其齿数为39，模数为2。 X 轴是一个花键轴，右端连接了 XI 轴上的圆柱凸轮。XI 轴一端连接手柄，内部套有一个圆柱凸轮和一个端面凸轮。转动手柄1，带动圆柱凸轮2拨动轴VIII 上双联齿轮，将进给箱由正反向机构、蜗轮副传入轴 IX 的运动，分别传至轴VI 或轴VII ，实现纵向或横向进给。也可带动端面凸轮3操纵开合螺母，由丝杠传动刀架进行螺纹加工。由于圆柱凸轮2与端面凸轮3都用手柄1操纵，从而保证了两运动的互锁。脱落蜗杆机构除用于接通或切断纵、横向进给运动外，还起安全保险作用和用于定程加工，由手柄6操纵。当进给受到阻力使蜗轮停止，而蜗杆继续转动便产生轴向力，推动带挡块Q 的蜗杆架4向左(或向右)移动，经销钉T1 (或T2 )拨动星形块5和手柄6顺时针转动， 星形块5经支钉使带顶块P的支架7逆时针转动，将顶块P和挡块Q分离，蜗杆架落下，即蜗杆与蜗轮脱开，运动被切断。逆时针转动手柄6，由星形块5等将蜗杆架4 复位，支架7因重心偏离也自动复位，顶块P和挡块Q又相碰，蜗杆架4被顶住，蜗杆与蜗轮啮合，运动重新接通。蜗轮副脱开啮合的最大扭矩，由螺钉11通过弹簧10、压板9，控制摆杆8的摆动阻力加以调整。手柄12用于操纵正反向机构。脱开蜗轮副和开合螺母时，可由快速电机直接传动轴 IX ,刀架得快速进给。否则，轴 IX 上的层压板齿轮Z56在轮毂中打滑。图 4-1溜板箱装配图 a图 4-2溜板箱装配图 b4.2 电机的选择根据已给的参数：电机功率90w，转速为1450r/min选择三相异步电机,选择型号为5IK90GU-S/S3F。电机的额定功率为90w，额定转速为1450r/min。4.3 溜板箱IX 轴及轴上零件设计4.3.1 IX 轴上齿轮的验算同上述设计可知溜板箱内部各主要轴尺寸及轴上齿轮的齿数与模数。与电机轴上齿轮齿数为12，模数为2；与其啮合的齿轮齿数为56，模数为2。 轴 IX 上的小齿轮的材料选用40Cr，齿轮的处理是齿部的高频淬火和回火处理，齿轮的齿面硬度能达到250HBS 。轴VIII 上面的大齿轮选用 ZG310 - 570 ，齿轮的处理选择为通过正火处理，使齿轮的齿面硬度达到214HBS .模数都为选为2mm。P = 90W , N = 1450r / minXI 轴的转速为n1n = 1450 12 = 310.7r / min156(4-1)小齿轮传递的转矩：11T = 9.55106 p / n= 2766.3N mm(4-2)sH lim1 = 825MPa ，sH lim 2 = 560MPa试选择系数KHt = 1.3 。取得齿轮的齿宽系数fd = 1HE可得齿轮系数 Z= 2.5 ，所以可知齿轮的材料弹性影响系数 Z = 189.8MPa1/ 2 。a所以能得到疲劳强度用重合度系数 Zeaa1= arccosz1cosa/(z1+ 2h* )= arccos26 cos 20o /(26 + 2)= 29.25o(4-3)aa 2= arccosZ2cosa1 /(Z2+ 2h* )a= arccos63 cos 20o /(63 + 2)= 24.5oea = Z (tana- tana ) + Z(tana- tana ) / 2p= 1.83(4-4)1Ze =a1= 0.852a 2(4-5)假设 C6150 机床的能正常工作的寿命为二年，由公式可求得：N1 = 60n1jLh= 60 310.7 1 2 365 8 = 1.08108u = z1z2= 2663(4-6)N = N1 = 2.64 1082u查图得接触疲劳寿命系数1KHN = 1.41, KHN 2 = 1.42齿轮的安全系数 S=1 可得：sH 1sH 2= KHN1sH lim1 = 1.41 825 = 1163.25MPa S= KHN 2sH lim 2 = 1.42 560 = 798MPa S(4-7)取sh 2 上述作为接触疲劳许用应力：sH = sH 2 = 798MPa试着计算齿轮分度圆直径：3d1t 2.5 0.85 189 2= 3 2 1.3 2766 .3 3.44 789（4-8）= 49.18mm圆周速度:Vm = d1t n1/60 1000 = 0.78m/s。（4-9）齿宽b :b = fd d1t = 49.18mm 。(4-10)齿轮精度选择 8 级，计算实际载荷系数 KH ，由表查得使用系数 K A = 1.25。39根据V = 0.78m/s ，8 级精度，查图得动载荷系数 KV计算齿轮的圆周力：Ft1 = 2T1 / d1t = 2 2766.3 / 49.18 = 112.5N= 1.3；(4-11)K A Ft1 / b = 1.25112.5 / 49.18 = 28.59N / mm 100N / mm查表取齿轮的齿间载荷分配系数为 KHa = 1.2. 查表可得齿向载荷分布系数 KH = 1.421。实际载荷系数：K = K A KV K HaK Hb = 1.25 1.31.2 1.421 = 2.77(4-12)即可得到按实际载荷系数算得的分度圆直径d1 = d1t= 49.181.1 = 54.098mm(4-13)相应的齿轮模数：m = d1 / z1 = 65.74 /18 = 2.08mm(4-14)按照齿根弯曲疲劳强度设计：mt 试选 KFt = 1.3弯曲疲劳强度用重合度系数：(4-15)Y = 0.25 + 0.75 = 0.25 + 0.75 = 0.73(4-16)eea计算 YFaYsa ：sF 1.55查图取得齿形系数YFa1 = 2.7,YFa1 = 2.25应力修正系数Ysa1 = 1.6,Ysa 2 = 1.67齿根弯曲疲劳极限为：sFN1 = 650MPa,sFN 2 = 500MPa取弯曲疲劳寿命系数 KFN1 = 0.85, KFN 2 = 0.88。取弯曲疲劳安全系数S = 1.4 。= KFN1sFlim1 = 0.85 650 = 394.64MPaF1S1.4= KFN2sFlim2 = 0.88 500 = 314.28MPaF 2S1.4YFa1Ysa1 = 2.7 1.6 = 0.0109(4-17)sF 1394.64YFa 2Ysa 2 = 2.7 1.67 = 0.0143(4-18)sF 2YFaYsasF 314.28= YFa 2Ysa 2 = 0.0143 sF 2(4-19)计算模数：mt 2 1.3 2766.3 0.73= 3 0.014326 26(4-20)= 1.88mm调整齿数模数：圆周速度v ,齿宽b ，宽高比b / h ：d1 = mt z1 = 1.88 26 = 48.88mm Vm = d1n1/60 1000 = 7.9m/sb = fd d1 = 48.88mm(4-21)(4-22)(4-23)h = (2h* + c* )m = (2 1+ 0.25) 1.88 = 4.23mm ， b / h = 6.8。(4-24)at计算实际载荷系数 KF根据齿轮的圆周速度 v = 7.9m / s 齿轮的精度为 8 级， 能查到齿轮的载动系数KV = 1.25。F t1= 2T1 / d1 = 2 2766.3 / 48.88 = 113.19NK A Ft1 / b = 1.25113.19 / 48.88 = 28.9N / mm 100N / mm取齿间载荷分配系数 FFa = 1.2 查表取 K Hb = 1.45 , FFb = 1.32 则载荷系数为：K F = K A KV K FaK Fb = 1.25 1.11.45 1.32 = 2.63则可计算齿轮模数为；(4-25)(4-26)(4-27)m = mt= 1.88 = 2.28mm(4-28)综上所述：通过齿根接触疲劳计算得到的模数，来选择齿轮的模数为m = 2mm ，按照齿轮的接触疲劳计算能得到小齿轮的分度圆直径都为 d = 52mm ,所以可以得到大齿轮的数据： d = 126mm, m = 2mm由以上分析可知，所有的疲劳轻度都达到要求，对于双联齿轮的另外一齿也可做出相似的分析。4.3.2 IX 轴的设计设计同进给箱轴的设计。d A 0= 20 mm(4-29)根据上述描述有轴结构为：图 4-3 IX 轴的结构所以根据图 4-3 所示，得到轴的数据如下：l1 = 25mm, l2 = 12mm, l3 = 95mm, l4 = 4mm, l5 = 9mm l6 = l7 = l8 = 2mm对应的直径分别为 20mm，25mm,30mm,25mm,28mm,25mm,22mm,20mm。选用深沟球轴承 6203。其余轴和齿轮校核同上。5.结论本次设计的主要内容是基于 C6150 机床的相关参数进行机床进给系统的设计， 详细分析了机床的结构，并完成了对 C6150 机床进给箱和溜板箱的总体结构设计， 完成了对主电机的选型，完成了对进给箱中主要轴 Ia ，轴 II 及上齿轮，轴承的设计、校核及选用。完成了溜板箱中主要对轴 IX 及轴上齿轮，轴承的设计、校核及选用。具体情况如下：重点设计的数据如下：进给箱:轴 Ia 上两联滑移齿轮的齿数分别为 18,3