手动平面磨床的总体设计论文【带一张CAD图】

1 第 1 章 绪论 1.1 磨床的类型与用途 1.1.1 磨床的类型及其特点 用磨料磨具（砂轮、砂带、油石和研磨料等）为工具进行切削加工的机床，统称为磨床（英文为 Grinding machine），它们是因精加工和硬表面的需要而发展起来的 1。 磨床种类很多，主要有： 手动平面磨床 磨床、内圆磨床、平面磨床、工具磨床和用来磨削特定表面和工件的专门化磨床，如花键轴磨床、凸轮轴磨床、曲轴磨床 手动磨床 等 2。 对 手动平面磨床 磨床来说，又可分为普通 手动平面磨床 磨床、万能 手动平面磨床 磨床、无心 手动平面磨床 磨床、 宽砂轮 手动平面磨床 磨床、端面等 以上均为使用砂轮作切削工具的磨床。此外，还有以柔性砂带为切削工具的砂带磨床，以油石和研磨剂为切削工具的精磨磨床等。 磨床与其他机床相比，具有以下几个特点： 1、磨床的磨具（砂轮）相对于工件做高速旋转运动（一般砂轮圆周线速度在 35 米 /秒左右，目前已向 200 米 /秒以上发展）； 2、它能加工表面硬度很高的金属和非金属材料的工件； 3、它能使工件表面获得很高的精度和光洁度； 4、易于实现自动化和自动线，进行高效率生产； 5、磨床通常是电动机 -油泵 -发动部件，通过机械，电气，液压传动 -传动部件带动工件和砂轮相对运动 -工件部分组成 1。 1.1.2 磨床的用途 磨床可以加工各种表面，如内、 手动平面磨床 柱面和圆锥面、2 平面、渐开线齿廓面、螺旋面以及各种成形表面。磨床可进行荒加工、粗加工、精加工和超精加工，可以进行各种高硬、超硬材料的加工，还可以刃磨刀具和进行切断等，工艺范围十分广泛。 随着科学技术的发展，对机械零件的精度和表面质量要求越来越高，各种高硬度材料的应用日益增多。精密铸造和精密锻造工艺的发展，使得有可能将毛坯直接磨成成品。高速磨削和强力磨削，进一步提高了磨削效率。因此， 磨床的使用范围日益扩大。它在金属切削机床所占的比重不断上升。目前在工业发达的国家中，磨床在机床总数中的比例已达 30%-40%。 据 1997 年欧洲机床展览会 (EMO)的调查数据表明， 25%的企业认为磨削是他们应用的最主要的加工技术，车削只占 23%， 钻削占22%，其它占 8%；而磨床在企业中占机床的比例高达 42%，车床占23%，铣床占 22%，钻床占 14%3。由此可见，在精密加工当中，有许多零部件是通过精密磨削来达到其要求的，而精密磨削加工会要在相应的精密磨床上进行，因此精密磨床在精密加工中占有举足轻重 的作用。但是要实现精密磨削加工，则所用的磨床就应该满足以下几个基本要求： 1.高几何精度。 精密磨床应有高的几何精度，主要有砂轮主轴的回转精度和导轨的直线度以保证工件的几何形状精度。主轴轴承可采用液体静压轴承、短三块瓦或长三块瓦油膜轴承，整体度油楔式动压轴承及动静压组合轴承等。当前采用动压轴承和动静压轴承较多。主轴的径向圆跳动一般应小于 1um，轴向圆跳动应限制在 2 3um 以内。 2.低速进给运动的稳定性。 由于砂轮的修整导程要求 1015mm/min，因此工作台必须低速进给运动，要求无爬行和无冲击现象并能 平稳工作。 3.减少振动。 精密磨削时如果产生振动，会对加工质量产生严重不良影响。故对于精密磨床，在结构上应考虑减少振动。 4.减少热变形。 精密磨削中热变形引起的加工误差会达到总误差的 50，故机床和工艺系统的热变形已经成为实现精密磨削的主要障碍。 3 2 手动平面磨床的总体设计 2.1 设计方案 确定设计的 M250 手动平面磨床的类型为卧轴矩台平面磨床。 2.1.1 设计方案一 方案一拖板移动式：磨头主轴做垂直进给运动，工作台做横 /纵向进给运动。如图 2 1 所示： 图 2 1 卧轴矩台平面磨床 拖板移动式 2.1.2 设计方案二 方案二磨头移动式：磨头主轴做垂直进给运动以及横向进给运动，工作台做纵向进给运动。如图 2 2 所示： 4 图 2 2 卧轴矩台平面磨床 磨头移动式 2.1.3 设计方案对比 方案 1 的结构热边形小，精度稳定性好，垂直进给灵敏度高，操作方便；横向进给稳定性好，但结构较复杂，工艺要求高。 方案 2 的结构磨头做垂直进给和横向进给，其中重心位置变化会引起结构变形；热变形影响大，故横向进给精度低 ；磨头攻率大，磨削效率高，但因刚度低，垂直进给灵敏度差。 通过两个方案的对比，根据本设计的机床是用于精加工，所以采用方案 1。 卧轴矩台平面磨床的横向进给机构由微型直流电机驱动，能实现断续、快速、自动横向进给，砂轮端面磨削工件侧面横向进给运动。此横向进给运动还设计有横向进给手轮和微量进给机构，可以实现手动进给以及微进给，提高加工精度。 对进给机构进行改进的目的是为了提高精度，因此使用滚珠丝杠作为传动元件，滚珠丝杠副作为精密、高效的传动元件在精密机床、数控机床得到广泛应用，可用精密定位自动控制、动力传递和运动转 换。 5 2.1.4 设计改进 本设计是在原机床设计的基础上加以改进，针对设计的要求对M250 手动平面磨床的横向以及纵向进给机构进行改进。 原设计的 M250 手动平面磨床采用的是滑动丝杠，并且设计了横向以及纵向手动进给装置，相对精度较低。 改进设计中，用滚珠丝杠代替原有的滑动丝杠，在保留横向以及纵向手动进给装置的基础上 为了适应不同型号砂轮，以及不同类型的工件，在加工中都能达到同等精度要求，所以在横向进给机构中设计使用齿轮变速机构以及微量进给装置 ，提高了加工精度，操作简单、省力。 2.2 进给系统的组成 2.2.1 机 动进给装置 手动平面磨床的进给系统包括纵向进给和横向进给两部分。对于纵向进给装置机动进给系统主要是完成工作台在纵向快速移动的需要和实现零件加工时工作台的往复运动。机动进给装置采用三相交流异步电动机，调速方式是变频无级调速。工作台由行程开关组成的电气系统控制电动机的正反转，实现工作台的往复运动。 横向进给装置的机动进给系统同样可以完成工作台在横向进给方向上的快速移动，由于横向进给系统对磨削过程起到至关重要的作用，因此横向进给系统在调速时要平稳，因此选用直流电动机。直流电动机的调速范围较交流异步电动机的范围窄， 在设计的同时为扩大调速范围满足更大的加工范围，设计了 2 级变速。 2.2.2 手动进给装置 设计中的手动进给装置包括两部分，手动进给和微量进给。主 6 要的作用就是人为的调整进给量，扩大加工范围 ,提高加工精度。 2.3 小结 通过两个方案的对比，确定了最终的设计方案。 工作台由电动机或手动装置驱动进行横向以及纵向运动，还在横向进给机构中增设了变速机构以及微量进给装置，提高适用范围。 7 3 进给机构设计计算 3.1 纵向进给机构的设计计算 3.1.1 切削力的计算 1.切削用量的选择与计算 磨削用量的选择原则通常是：在保 证工件表面质量的前提下尽量提高生产率。换言之，磨削用量是在保证磨削温度较低、磨削表面粗糙度较低的条件下，尽量选取较大的径向进給量 rf 、轴向进给量af和工件速度wv。 砂轮速度sv一般为 sm3530 ，普通磨削时砂轮速度固定不变，不必选择；高速磨削时 smvs 10040或更高些。 砂轮速度一般比车削时的速度大 1510 倍左右。 工件速度wv在粗磨时常取为 min8515 m 精磨时为 min5015 m 。 手动平面磨床 磨削时，速比 15060ws vv；内圆磨削时 8040ws vv，wv太低时，工件易烧伤；wv太高时机 场可能产生振动。 背吃刀量pa或径向进给量 rf ：粗磨时可取 mm07.001.0 ，精磨时可取 mm02.00025.0 ，镜面磨时可取 mm0015.00005.0 。 砂 轮 的 轴 向 进 給 量af：粗磨时可取 sb85.03.0；精磨时可取 sb3.01.0 ， sb 为砂轮宽度， af 是指工件每转或每一个工作行程时砂8 轮的轴向位移量。 因此 磨轮宽度 B=63 mm 砂轮直径sd=500 mm 进给吃刀量 rmmbasf 1211.0 磨削吃刀量 mmap 01.0 砂轮线速度 1000 sss ndv （ 3 1） 根据已知砂轮转速 min2850 Rns 所以smndv sss 575.741000 5.4750014.31000 工件速度 10002 tw Lnv （ 3 2） L 工作台行程长度 mmL 530 tn 工作台往复频率 min10tn 所以m i n6.101000 10530210002 mLnv tw 表 3 1 切削用量 磨 轮 宽度 B 进给吃刀 量fa 砂 轮 线速度sv 砂 轮 直径sd 磨 削 吃刀量pa 工 件 速度wv 63mm 12 rmm 74.57 sm 500 mm 0.01 mm 10.6 minm 9 2.切削力的计算 选取工件材料为淬火钢 由机械工程手册 1查得公式 wspFc vvaGF c （ 3 3） 49.0pc FF （ 3 4） 其中 pa 磨削吃刀量，取 mmap 01.0 sv 砂轮线速度，由计算得 smvs 575.74 wv 工件速度，由计算得 min6.10 mvw 由机械工程手册表 1.2 9 查得 22PG 84.0 49.0pc FF 将上述参数带入式 （ 3 3）解得磨削力 NF c 46.001.022 84.0 知背向吃刀力： NFp 94.049.0 46.0 3. 磨削功率mP 由机械工程手册 1查得磨削功率公式 scm vFP 310 （ 3 5） 其中 cF 磨削力，由计算得 NFc 46.0 sv 砂轮线速度，由计算得 smvs 575.74 由公式 （ 3 5）计算得 10 kWvFP scm 034.0575.7446.01010 33 3.1.2 滚珠丝杠的设计与计算 1.滚珠丝杠副设计和使用注意事项 主要尺寸参数的选择应根据机床使用要求全面综合考虑，因为丝杠副的公称直径、基本导程、预紧力、负载滚珠的有效圈数与丝杠的寿命、位 移精度、刚度、驱动力矩等有密切关系。如果某一项特性不能满足时，可以重新选择丝杠直径、导程、有效圈数等，直到完全满足。 为使滚珠丝杠受力均匀，提高耐用度和精度保持性，螺母不应受径向力和倾覆力矩，并应尽量使作用在螺母上的轴向合力通过丝杠轴心。 以螺母 手动平面磨床 柱面和凸缘面为安装基面，螺母安装直径和座孔的配合为67gH，应保持螺母座孔与丝杠支撑轴承孔同心且螺母座孔端面与轴心线垂直。 设计单螺母的滚珠丝杠副时，应使丝杠和螺母同时受拉应力压应力，而不要一个受拉一个受压，以使滚珠 受力均匀。 如果丝杠不转，螺母旋转，则应将螺母和齿轮安装在套筒上，套筒由轴承支撑以承受轴向和径向力，这就可以避免螺母承受径向载荷。 如果要使滚珠丝杠和螺母分开，可在丝杠轴径上套一个辅助套筒，套的外径略小于丝杠螺纹滚道的前径，这样在拧出螺母时，滚珠不致失落。 支撑滚珠丝杠轴的两轴承座孔与滚珠螺母座孔应保证同轴。同轴度公差建议取 6 7 级或高于 6 级。螺母座轴线与导轨面轴线要保证平行，平行度公差可取为 mm100002.0，当插管式滚珠丝杠副水平安装时，应将螺母上的插管，置于滚珠丝杠副轴线的 下方。这样的安装方式可使滚珠易于进入插管，滚珠丝杠副的摩擦力矩较小。 11 要注意螺母座、轴承座及其紧固螺钉的设计保证有足够的刚度。 有恒温要求的高精度滚珠丝杠可将丝杠轴做成中空，通过恒温油，以降低丝杠轴的温升。 为了减少滚珠之间的相互摩擦可以采用间隔滚珠或在闭合回路内减少几个滚珠的方法，采用间隔滚珠时，间隔滚珠的直径比负载滚珠小数 m10 ，可消除滚珠之间的摩擦，对提高滚珠丝杠副的灵敏度有非常明显的效果。但负载滚珠数只剩了一半，因此刚度和承载能力也都相应降低。 滚珠丝杠副的承 载能力用额定负载荷表示，其定义、计算和选用方法与滚动轴承基本相同。一般根据额定动载荷选用滚珠丝杠副，只有当 min10 rn 时按额定静载荷选用。对于细长承受压缩的滚珠丝杠副需作压杆稳定性计算，对转速高、支撑跨距大的滚珠丝杠副作临界转速的校核，对精度要求高的传动进行刚度验算，转动惯量校核，对闭环控制系统还要进行谐振频率的验算。 2.丝杠的导程和转速 由额定寿命公式 mwkahtmah nf ffffFCL 6010)( 63 （ 3 6） 其中 L 、hL 修正后的额定寿命 aC 额定轴向动负荷 N mF 丝杠的轴向当量负荷 N mn 丝杠的当量转速 tf 温度系数 hf 硬度系 数，常取 1hf 12 af 精度系数 wf 负荷性质系数 kf 可靠性系数 知 kahtmhwma ffffnLfFC3 61060 （ 3 7） 由实用机床设计手册 15查得（取机床精度为 5 级） 1tf 1hf 9.0af 1kf 2.1wf 初 选 电 动 机 型 号 为 Y90S 4 型 异 步 电 动 机 ， 额 定 转 速min1400 rn N ，取使用时最高转速为 min1000 r ，电动机与丝杠通过减速器连接。工作台最大进给速度 min6.10m ax mv ，故丝杠导程应为mmPh 10 。丝杠转速：磨削时取 min90 rnm ， 快 速 移 动 时 取min1000m ax rn 。 由实用机床设计手册 15查得丝杠所受总的轴向力由公式 )( WFfKFP Pc （ 3 8） 式中 K 载荷系数 ，取 15.1K f 摩擦系数，取 16.0f W 工作台重量，设工作台重量为 NkgfW 80080 将参数带入公式 （ 3 8）得 13 NWFfKFP Pc 73.128)80094.0(16.046.015.1)( 所以， NCa 6.7419.011110901 5 0 0 0602.173.128 36 初 选 丝 杠 为 内 循 环 浮 动 反 向 器 双 螺 母 垫 片 预 紧 滚 珠 丝 杠mmd 400 mmPh 10 144.7wD ， 5 列，型号为 FFZD4010，额定动负载 KNCa 56，大于算出的aC值。预紧力 NFFap 1 4 0 0 025.0 ，大于最大轴向载荷的 31 ，这种丝杠可用。 3.丝杠螺纹部分长度ul ul等于 工 作 台最 大 行 程 )530( mm 加螺 母 长度 )193( mm 加 两 端余 程)40( mm mml u 803240193530 支撑跨距 1L 应略大于ul，取为 mmL 8501 4.临界转速 2 2229910crc Ldfn （ 3 9） 式中w02 2.1 Ddd 2f 丝杠支撑方式系数，查实用机床设计手册16表 3.7 37 cL 临界转速计算长度，查实用机床设计手册 16表 3.7 37 mmDdd w 4.31144.72.1402.102 14 查实用机床设计手册 15表 3.7 37 73.42 f （两端固定） mmL c 6902 803850405302193 m a x2332m i n1 4 6 2 3)106 9 0( 104.3173.49 9 1 0 nrn rc 两端固定，丝杠一般不会受压，故不需进行压杆稳定性验算 5.预拉伸计算 （ 1）温升引起的伸长量t 设温升为 C5.3 ，则螺纹部分伸长量为 mtlutH 31803.05.31011 6 （ 3 10） 丝杠全长的伸长量t为 mtLt 3385.05.31011 61 ，为此，丝杠的目标行程可定为比公称行程小 mm85.0031.0 。丝杠在安装时，进行预拉伸，伸长量为 mm033.0 。 （ 2）预拉伸力tF 根据学欧拉公式 u0lAEtF （ 3 11） 6 6 8 0 N803.0101.20 3 1 4.04103.3lAE 1122u0 tF 6.润滑、防护和密封 润滑 滚珠丝杠必须润滑。滚珠轴承用的各种润滑剂原则上都可用。主轴用的各种润滑剂和润滑方式都可用于紧密滚珠丝杠。一般情况下采用锂基润滑脂，高速和需要严格控制温升时，可用汽轮机油，循环润滑或喷雾润滑。 15 防护和密封 丝杠防护套有伸缩套管式、折叠套管式和螺旋钢带保护套。后者有专业厂生产，应用较大。 3.1.3 轴承的选择 根 据 实 用 机 床 设 计 手 册 15表 3.7 46 轴 承 型 号 采 用7603030TVP 300 dmm 72D mm 19B mm 动 负 载NC a 34500 ，预负荷 NFao 4300 表 3 2 轴承参数 型号 0d (mm) D (mm) B (mm) 动负载aC( N ) 预负荷aoF(N ) 7603030TVP 30 72 19 34500 4300 1.预负荷 轴承的预负荷不应小于轴承最大载荷的 31 ，丝杠两端固定，故轴承的最大载荷等于拉伸力tF加最大外载荷的一半。 NFFF t 7050371668021 m a x ，故符合要求。 2.疲劳寿命计算 轴承要求的动负荷可按公式计算 Pf KKKKfCnnNFnc 1 （ 3 12） 考虑到机床特点，上式中系数 1K 、NK、 FK 、nK均取 1，进给力的方向是可变的轴承负荷可能是mFP，也可能是mt FFP 21。 16 两者机会均等，故取其平均值tFP，当量转速 min90 rnm ，故718.0903 1003100 3 cn nf，如寿命为 1500 h ，则 11.3hf，NC c 2 8 9 3 56680718.0 11.3 ， 可 以 看 出 NNC c 3450028935 所 以 轴 承 可用。 3.1.4 电动机的选择 纵向进给运动实现的是工作台的纵向往复运动，它连续运行，负载 平衡，对于启动制动没有特殊要求，所以优先选用三相异步电动机。并且采用变频调速方式。 初选电动机型号为 Y90S 4 型异步电动机。其主要参数：额定功率为 KWPN 1.1，效率 %78 ，额定电流 AIN 7.2， 功 率 因 数78.0cos ，额定转矩 NmTN 2.2 ，额定转速 min1400 rn N ，转动惯量20021.0 kgmJ 。 3.1.5 减速机构的设计与计算 1.基本尺寸的计算 材料的选择 选择小齿轮材料为 40Cr（ 调质），硬度为 280HBS，大齿轮材料为 45 钢（调质）硬度为 240HBS，二者材料硬度差为 40HBS。传动比 4.110001400 i 取小齿轮齿数 351 Z 4912 iZZ 。 17 模数 mmm 2 齿高 mmh 5.4225.2 20 mmmZd 7035211 mmmZd 9849222 mmmhddaa 74470211 mmmhddaa 102498222 mmdda 842 98702 21 2.强度校核计算 齿根危险截面的弯曲强度条件 FSaFatF bm YYKF （ 3 13） 式中 tF 圆周力，112 dTFt ，单位为 N K 载荷系数， HHvA KKKKK FaY 齿形系数，可由机械设计使用手册 16表10 5 查得 SaY 应力校正系数 齿面接触疲劳强度计算 HtEH iibdKFZ 15.21 （ 3 14） 式中 EZ 弹性影响系数，单位为 21MPa i 传动比 H 齿轮的许用应力 18 SK NH lim （ 3 15） 式中 NK 寿命系数 lim 齿轮的疲劳极限 S 疲劳强度安全系数 （ 1）按 齿轮接触疲劳强度校核 按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限 MPaH 6001lim 大齿轮的接触疲劳强度极限 MPaH 5502lim 计算循环次数 hjLnN 11 60 （ 3 16） 式中 1n 齿轮转速，单位为 minr j 齿轮每转一圈时，同一齿面啮合的次数 hL 齿轮的工作寿命，单位 h 由公式（ 3 16）计算得 911 1005.61530082114006060 hjLnN 9912 1032.44.1 1005.6 iNN 由 机械设计使用手册 16图 10 19 查得，接触疲劳寿命系数 90.01 HNK 95.02 HNK 计算接触疲劳许用应力 取失效概率为 10%，安全系数 1S MP aMP aSK HHNH 54060090.01l i m11 （ 3 17） 19 MP aMP aSK HHNH 5.52255095.02l i m22 取弹性模量 MPaZ E 5.189 由电动机的参数知 mmNmNT 31 102.22.2 由上述计算得齿轮的分度圆直径为 mmd 701 为了使机床结构紧凑，且金属切削机床的齿轮传动，若传递的功率不大时d可小到 0.2 所以，取齿宽系数 28.0d 由公式1db d计算得 mmb 20 4.1i KKKKK vA 由 机械设计使用手册 16表 10 2 查得，使用系数 1AK 根据smndv 129.5100060 14007014.3100060 11 ， 7 级精度 由图 10 816查得动载荷系数 12.1vK 假设 mNbFK tA 100 ，由 机械设计使用手册 16表 10 3 查得2.1 FH KK 由表 10 4， 7 级精度小齿轮相对支撑非对称布置 查得 bKddH 322 1023.06.0118.012.1 145.1201023.028.03.06.0118.012.1 322 HK 54.11 HHvA KKKKK 20 12 31 1.4754.1 14.17020 102.2254.18.1895.2 HH MP a 所以，齿面接触疲劳强度满足要求。 （ 2） 按齿根弯曲强度校核 由 机械设计使用手册 16图 10 20c 查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限 MPaFE 5001 大齿轮的弯曲疲劳强度极限 MPaFE 3802 由图 10 1816查得弯曲疲劳寿命系数 85.02 FNK 88.02 FNK 计算弯曲疲劳许用应力 取弯曲疲劳安全系数 4.1S ， MP aMP aSK FEFNF 57.3034.1 50085.0111 （ 3 18） MP aMP aSK FEFNF 86.2384.1 38088.0222 由 4.4225.220 hb ， 145.1HK查图 10 1316得 09.1FK 计算载荷系数 K 12.11 FFvA KKKKK 查取齿形系数 由表 10 516查得 45.21 FaY 326.22 FaY 查取应力校正系数 由表 10 516查得 65.11 SaY 696.12 SaY 齿根弯曲强度校核 由公式（ 3 13） 21 得 1311112.75.22065.145.270 102.2246.12FSaFaF MP abmYYd TK 所以，满足齿根弯曲强度条件。 3.转动惯量的计算 （ 1）齿轮转动惯量计算 121411 1077.0 LDJ Z （ 3 19） 其中 1D 齿轮 1Z 分度圆直径 mmD 701 1L 齿厚 2131241 1037.010207077.0 k g mJ Z 23124122422 1042.110209877.01077.0 k g mLDJ Z （ 2）丝杠转动惯量计算 124 1077.0 PPP LDJ （ 3 20） 其中 PD 丝杠直径 PL 丝杠长度 23124124 1058.1108034077.01077.0 k g mLDJ PPP （ 3）丝杠传动，一级齿轮降 速时传动系统折算到电机轴上的总转动惯量 2221 21 MPJJiJJ Pr （ 3 21） 233323 8014.3210101058.11042.14.111037.0 22 223 0021.010965.1 kg mkg m 4.功率的计算 kWWWmNFvP 1.17.2260 6.1073.128m i n6.1073.128 mNmNr WnPT 2.2217.0m i n10007.2255.955.9 ， 所 以 选 用 电 机合适。 3.1.6 手动传动装置的设计与计算 1.锥齿轮的设计参数 纵向进给传动的行程大，为了提高效率所以在进行手动进给的时候提高速 度，手轮每转一转丝杠行程两个导程即 20 mm 。由此知，锥齿轮的传动比为 2i 。 即， 212 ZZi，取 351 Z ， 5.2m 7012 iZZ 分锥角： 57.261arc tan1 i， 43.6357.26902 齿宽系数： 3.0R 分度圆直径： mmmZd 5.87355.211 mmmZd 175705.222 外锥距： mmdR 8.9757.26s in2 5.87s in2 11 中锥距： mmRRRm 13.833.05.018.975.01 23 齿宽： mmRb R 34.298.973.0 齿轮中点分度圆直径： mmddd Rmm 375.743.05.015.875.01121 齿顶高： mmmhhaa 5.221 齿根高： mmmhhff 32.121 顶圆直径： mmhdddaaa 9257.26co s5.225.87co s2 11121 齿根角： 76.18.97 3121 a r c tgRha r c tg fff 齿顶角： 46.18.97 5.2121 a r c tgRha r c tg aaa 顶锥角： 03.2846.157.261121 aaa 根锥角： 81.2476.157.261121 fff 冠顶距： mmhdAAakk 38.8657.26s i n5.22175s i n2 11221 2.手动传动装置的结构及其工作原理 进行手动进给时将电机前的电磁离合器脱开啮合，并且牙嵌式离合器有一半固定，另一半可以随时活动使得离合器可以灵活的实现脱开以及啮合，半离合器的活动由紧固在离合器上的紧定螺钉进行导向并且起到限位的作用。推动手轮使 牙嵌式离合器啮合，转动手柄进行进给。当不需要手动进给时，手柄处的弹簧可以实现复位的功能。常态下牙嵌式离合器是脱开啮合的状态。 手动装置是个独立的结构，它与纵向进给的联结是依靠螺栓，并且为了安装方便采用上下箱封装。 24 12345 1 紧定螺钉 2 进给手轮 3 锥齿轮 4 牙嵌式离合器 5 弹簧 图 3 1 纵向手动装置结构图 3.2 横向进给机构的设计计算 3.2.1 切削力的计算 根据查阅 机械设计使用手册 16知，横向进给时的切削力 远小于纵向进给时切削力，可以忽略不计，但是在横向移动时要克服工作台产生的摩擦力，所以横向进给机构的主要计算力为： 25 WFfF pf （ 3 22） 式中 f 摩擦系数，取 16.0f pF 背向磨削力，单位 N W 机床总重，单位 N 因此由前计算结果计算得 NWFfF pf 2.12880094.016.0 3.2.2 滚珠丝杠的计算 由实用机床设计手册 15查得 (取机床精度为 5 级 ) 1tf 1hf 9.0af 1kf 2.1wf 精磨取 sf ba 3.01.0，取 rmmaf 3.6631.0 m in41.41 0 0 0 m in7003.61 0 0 0 mrrmmnav wff 1.丝杠的导程和转速 初 选 电 动 机 最 大 速 度 为 min1000 r ， 取 使 用 时 最 高 转 速 为min700 r ， 电 动 机 与 丝 杠 通 过 减 速 器 连 接 。 工 作 台 最 大 进 给 速 度min41.4m ax mv ，故丝杠导程应为 mmPh 6 。丝杠转速： min401 rn min602 rn 快 速 进 給 时 min700max rn ， 所 以 当 量 转 速26 m in502 6040 rn m 。 所以将参代入公式（ 3 7）得 NC a 99.6079.0111 10501 5 0 0 0602.12.128 36 初 选 丝 杠 为 内 循 环 浮 动 反 向 器 双 螺 母 垫 片 预 紧 滚 珠 丝 杠mmd 400 mmPh 6 ， 4wD ， 5 列，型号为 FFZD4006，额定动负载KNCa 26 ，大于算出的 aC 值。预紧力 NFF ap 650025.0 ，大于最大轴向载荷的 31 ，这种丝杠可用。 2.丝杠螺纹部分长度ul ul等于工作 台最大 行 程 )220( mm 加螺母 长度 )128( mm 加两 端余程)24( mm mml u 396224128220 支撑跨距 1L 应略大于ul，取为 mmL 4501 3.临界转速 2 2229910crc Ldfn mmDdd w 2.3542.1402.102 查实用机床设计手册 15表 3.7 37 73.42 f （两端固定） mmL c 3 3 52 3 9 64 5 0242 2 021 2 8 27 m a x2332m in661837)10335( 102.3573.49910 nrn rc 两端固定，丝杠一般不会受压，故不需进行压杆稳定性验算 4.预拉伸计算 （ 1）温升引起的伸长量t 设温升为 C5.3 ，则螺纹部分伸长量为 mtl utH 25.15396.05.31011 6 丝杠全长的伸长量t为， mtLt 33.1745.05.31011 61 为此，丝杠的目标行程可定为比公称行程小 mm45.01525.0 。丝杠在安装时，进行预 拉伸，伸长量为 01733.0 。 （ 2）预拉伸力tF 根据材料力学欧拉公式 NF t 9398396.0101.203522.0414.310733.1lAE 1122u0 3.2.3 轴承的选择 根据实用机床设计手册 15表 3.7 46 选取轴承型号。 表 3 3 轴承参数 型号 0d (mm) D (mm) B (mm) 动负载aC(N ) 预负荷 aoF(N ) 7603030TVP 30 72 19 34500 4300 28 1.预负荷 轴承的预负荷不应小于轴承最大载荷的 31 ，丝杠两端固定，故轴承的最大载荷等于拉伸力tF加最大外载荷的一半。 NFFF t 9 1 4 399.607218 9 3 921 m a x ，故符合要 求。 2.疲劳寿命计算 轴承要求的动负荷可按公式计算 Pf KKKKfC n nNFnc 1，考虑到机床特点，上式中系数 1K 、NK、 FK 、nK均取 1，进給力的方向是可变的，轴承负荷可能是mFP，也可能是mt FFP 21。两者机会均等， 故 取 其 平 均 值tFP， 当 量 转 速 min50 rnm ，故874.0503 1003100 3 cn nf，如寿命为 1500h ，则 11.3hf NC c 3 1 8 0 88 9 3 97 1 8.0 11.3 ，可以看出 NNC c 3 4 5 0 03 1 8 0 8 所以轴承可用 3.2.4 电动机的选择 1.电机的初选 初选电动机型号为 Z2 32 型直流电动机，额定功率 1.1KW ，额 定 电 流 6.58 A ， 效 率 76 ， 最 高 转 速 2000 minr ， 额 定 转 速1000 minr ，飞轮转矩 22 05.1 NmGD 。 2.功率的验算 29 kWWWmNFvP 1.14.960 41.42.128m i n41.42.128 mNr WnPT 013.0m in7004.955.955.9 ，所以选用电机合适。 3.2.5 减速机构的设计与计算 1.基本尺寸的计算 材料的选择 选择小齿轮材料为 40Cr（调制），硬度为 280HBS，大齿轮材料为 45 钢（调质）硬度为 240HBS，二者材料硬度差为 40HBS。传动比 43.17001000 i 取小齿轮齿数 281 Z 4012 iZZ 。 模数 mmm 5.2 齿高 mmh 20 mmmZd 70285.211 mmmZd 100405.222 mmmhddaa 75570211 mmmhddaa 1 0 551 0 0222 mmdda 852 100702 21 2.强度校核计算 （ 1）按齿面疲劳强度校核 按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限 MPaH 6001lim 30 大齿轮的接触疲劳强度极限 MPaH 5502lim 由公式（ 3 16）计算循环次数 911 1032.4153008211 0 0 06060 hjLnN 9912 1002.343.1 1032.4 iNN 由 机械设计使用手册 16图 10 19 查得，接触疲劳寿命系数 95.01 HNK 97.02 HNK 计算接触疲劳许用应力 取失效概率为 10%，安全系数 1S MP aMP aSK HHNH 57060095.01l i m11 MP aMP aSK HHNH 5.53355097.02l i m22 弹性模量取 MPaZ E 5.189 112 dTFt mmNmmNT 451 10051.11 0 0 01.1105.95 为了使机床结构紧凑，且金属切削机床的齿轮传动，若传递的功率不大时d可小到 0.2 所以，取齿宽系数 28.0d 由公式1db d计算得 mmb 20 43.1i KKKKK vA 由 机械设计使用手册 16表 10 2 查得，使用系数 1AK 31 根据smndv 66.3100060 10007014.3100060 11 ， 7 级精度 由图 10 8 查得动载荷系数 11.1vK 假设 mNbFK tA 100 ，由表 10 316 查得 2.1 FH KK 由表 10 4， 7 级精度小齿轮相对支撑非对称布置 查得 bKddH 322 1023.06.0118.012.1 145.1201023.028.03.06.0118.012.1 322 HK 53.11 HHvA KKKKK 12 41 25.47543.1 143.17020 10051.1253.18.1895.2 HH MP a 所 以，齿面接触疲劳强度满足要求。 （ 2）按齿根弯曲强度校核 由图 10 20c 查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限 MPaFE 5001 大齿轮的弯曲疲劳强度极限 MPaFE 3802 由图 10 1816查得弯曲疲劳寿命系数 85.02 FNK 88.02 FNK 计算弯曲疲劳许用应力 取弯曲疲劳安全系数 4.1S MP aMP aSK FEFNF 57.3034.1 50085.0111 MP aMP aSK FEFNF 86.2384.1 38088.0222 由 20 hb ， 145.1HK查图 10 1316得 32 08.1FK 计算载荷系数 K 11.11 FFvA KKKKK 查取齿形系数 由表 10 516查得 55.21 FaY 4.22 FaY 查取应力校正系数 由表 10 516查得 61.11 SaY 67.12 SaY 齿根弯曲强度校核 由公式bm YYKF SaFatF得 1411115.355.22061.155.270 10051.1244.12FSaFaF MP abmYYd TK 所以，满足齿根弯曲强度条件。 3.2.6 手动进给装置的设计与计算 1.手动装置设计与计算 设计的横向进给系统中通过手轮装置能够实现的最小进给量为手轮每转一转横向进给机构运动 mm3 ，通过上面计 算知丝杠的导程为 mm6 ， 所 以 手 动 装 置 的 降 速 比 为 236 i， 331 Z 712 Z 5.2m 。 2.手动装置的结构及其工作原理 （ 1） 工作原理 横 向 进 给 手 动 装 置 的 工 作 原 理 与 纵 向 进 给 装 置 的 工 作 原 理 相似，为了提高加工范围，使得装置适应精加工，减小进给量，所以在设计传动的过程中设计了齿轮降速，以齿轮作为传动件带动滚珠33 丝 杠进行进给。 （ 2） 手动装置的结构 1 23456 1 进给手轮 2 紧定螺钉 3 牙嵌式离合器 4 蜗轮 5 蜗杆 6 弹簧 图 3 2 横向进给手动装置 3.微量进给装置的设计与计算 微量进给装置由蜗轮蜗杆传动。因为在蜗杆传动中，当使用单头蜗杆时，蜗杆旋转一周，蜗轮只转过一个齿，因而能实现大的传动比。在动力传动中，一般传动比 805i ；在分度机构或手动机构的传动中，传动比可达 300；若只 传递运动，传动比可达 1000。由于传动比大，零件数目又少，因而结构很紧凑。 （ 1）选择蜗杆传动类型 根据 GB/T10085 1988 的推荐采用渐开线蜗杆 （ 2）选择材料 考虑到蜗杆传动传递的功率不大，速度只是中等，故蜗杆用 45钢；因希望效率高些，耐磨性好些，故蜗杆螺旋齿面要求淬火，硬度为 45 55HRC。蜗轮用铸锡磷青铜 110 PZCnSn ，金属模铸造。为了34 节约贵重的有色金属，仅齿圈用青铜铸造，而轮芯用灰铸铁 HT100制造。 （ 3）尺寸计算 规定微量进给装置的进给量为每一转 mm1.0 ，在通过上级传动所以蜗杆传动的降速比为 40i ，所以选取蜗杆的头数 11Z 392 Z 5.2m 由实用机床设计手册15查得mma 63 mmd 281 变位系数 1.02x mmmZd 5.9722 蜗杆直径系数 2.115.2281 mdq 蜗杆轴向齿距 mpa 蜗杆导程 85.71 mZp z 蜗杆齿顶圆直径 mmmhddaa 332 *11 蜗杆齿根圆直径 mmcmhddaf 222 *11 顶隙 mmmcc 5.05.22.0 蜗杆齿顶高 mmmhhaa 5.21 蜗杆齿根高 mmmchhaf 31 蜗 杆齿高 mmhhhfa 5.5111 蜗杆齿宽 mmb 381 蜗轮分度圆直径 mmmZd 5.975.23922 蜗轮齿顶圆直径 mmmhddaa 5.1022 *22 35 蜗轮齿根圆直径 mmmhddaf 5.922 *22 蜗轮齿顶高 mmxhmhaa 75.22*2 蜗轮齿根高 mmcxhmhaf 75.2*2*2 蜗轮齿宽 mmdba 75.2475.0 12 4.微量进给装置的结构及其工作原理 （ 1）微 量进给装置的结构 图 3 3 偏心套工作原理图 1 2 345 1 蜗轮 2 蜗杆 3 偏心套 36 4 微量进给手柄 5 弹簧 6 调整手柄 图 3 4 横向微量进给装置 （ 2）微量进给装置的工作原理 微量进给装置由蜗轮蜗杆组成，因为蜗轮蜗杆可以达到很大的传动比，所以可以实现很小的进给量。 在常态下蜗轮与蜗杆保持脱开啮合的状态，当需要进行微量进给时调整手柄 6，使得蜗轮与蜗杆啮合， 在转动微量进给手柄 5 进行进给运动，穿透偏心套的螺钉起一个导向的作用，实现蜗轮与蜗杆啮合与脱开啮合的运动。 偏心套的结构是 手动平面磨床 与安装孔同心，内圆相对 手动平面磨床 偏心。本设计偏心套的工作原理是，偏心套与调整手柄一起运动，当需要调整偏心套实现蜗轮与蜗杆的啮合或脱开啮合时搬动调整手柄使得偏心套在安装孔内转动，由于是偏心套在做整体运动因此安装在偏心套内圆的蜗杆实现偏心运动，从而实现蜗轮蜗杆啮合脱开啮合的运动，为了准确的控制偏心套的运动位置，在偏心套的安装面上开四分之一的环形槽，由螺钉导向。 3.3 小结 依据传 动关系确定设计参数，通过计算确定各个部分尺寸。由尺寸确定具体的设计结构。 37 4 其他零部件的选取 4.1 导轨的选取 按运动学原理，所谓导轨就是将运动构件约束到只有一个自由度的装置。这一个自由度可以是直线运动或者是回转运动。 导轨装置，在机械中是使用频率较高的零部件之一。没有不使用导轨的金属切削机床；在测量机、绘图机上，导轨是它们的工作基准；在其他机械中，例如轧机、压力机、纺织机等也都离不开导轨的导向。由此可见，导轨的精度、承载能力和使用寿命等都将直接影响机械的工作原理。 1.导轨类型、特点及应用 见表。 2.导轨形式的选择 磨床理想的进给机构导轨应为液静压导轨，但是这种导轨加工难度大，需要配备专门的恒温油箱，使用维护复杂。 通过对经济性和制造难易程度的考虑，选用燕尾形滑导轨动。选用燕尾形导轨还考虑到整体结构的，由于横向进给机构和纵向进给结构的安装位置不是在正中，为了避免在运动过程中机床产生倾斜影响精度，所以最终确定选用燕尾形滑动导轨。 导轨间隙调整装置广泛采用镶条和压板，结构形式很多，设计时一般要求如下：调整方便，保证刚性，接触良好；镶条一般应放在受力较小一侧、如要求调整后中心位置不变，可在导轨两侧各放一根镶条 ；导轨长度较长（ 120mm）时 ,可采用两根镶条在两端调节，使结