毕业设计（论文）-泵体零件三面铣专用机床设计说明书.doc

河南科技大学毕业设计（论文）泵体零件三面铣专用机床设计摘 要 组合机床，是由大量的通用部件和少量专用部件组成的工序集中的高效率机床。其特点有：结构紧凑、工作质量可靠、设计和制造周期短、投资少、经济效果好、生产率高等。 本次设计的题目是铣削组合机床及主轴组件。首先针对所要加工的零件入手，对机床进行总体方案设计，进而确定机床的总体布局，随后，对主轴组件进行设计。在设计主轴组件时，以主轴为线索，在满足刚度、精度等要求下，完成其它（如进给、轴向调节机构、卡具等）所有零件的设计。 设计机械加工工艺规程遵循如下原则： 1）保证零件图样上所有技术要求的实现。 2）必须能满足生产纲领的要求。 3）在满足技术要求和生产纲领要求的前提下，要求工艺成本最低，低耗节能。 4）尽量减轻工人的劳动强度，保障生产安全。维护环境卫生。本产品是按用户要求而设计的，用户讨论合格后，投入生产，希望指导、鉴定。关键词：组合机床，主轴组件，主轴，进给，卡具The design of pump body parts three face milling machineAbstract Modular Machine, by the large number of common parts and a small number of specialized components of the process focused efficient machine. Its features include compact, reliable quality, design and manufacturing cycle shorter, less investment and economic effects, and higher productivity. The design is the subject of combined milling machine spindle components. First of all, for the processing of parts to start with a general program of machine design, machine tool and then determine the overall layout, then the design of the main components. Components in the design of the spindle to spindle for clues, to meet the stiffness and precision required to complete the other (such as feed, axial adjustment agencies, clamping apparatus, etc.) the design of all parts. Design mechanical processing order to follow the following principles 1) To ensure that all parts drawings on the realization of the technicalrequirements. 2) Program must be able to meet production requirements. 3) To meet the technical requirements and requirements of the productionprogram, under the premise of the minimum requirements of cost, low energy. 4) Minimize the labor intensity of workers, protection of production safety.This product is based on user requirements and design, the user discussion after passing the production, hope the guide, identified.KEY WORDS: modular machine, spindle components, spindle，feed，clamping apparatus.目录第一章 机床总体设计11.1 工件加工要求11.2 工艺分析11.2.1 工艺方法的确定11.2.2 机床总体布局21.3 机床主要技术参数的确定21.3.1 确定工件余量31.3.2 选择切削用量31.3.3 运动参数31.4 主运动驱动电动机功率的确定41.5 进给驱动电动机功率的确定5第二章 主轴箱设计52.1 传动系统的设计计算52.2 轴的设计9第三章 滚珠丝杠及伺服电动机的选择143.1 工作台进给系统的计算143.2 立铣进给系统的计算21第四章 夹具设计254.1 定位基准的选择254.2 定位装置的选择254.3 铣削力和夹紧力计算25结 论28参考文献29致谢31 2第一章 机床总体设计1.1 工件加工要求 本次毕业设计要求设计一台组合机床，用于加工齿轮泵体的三侧面，工件材料为，T200硬度为190210HB,生产批量为大批量，铸造毛坯。加工部位的加工要求如下： (1)被加工表面的粗糙度均为R a1.6； (2)被加工表面的相互位置精度为： (3)平面12 之间的距离为86mm； (4)上下表面之间的平行度要求为0.04mm 选用硬质合金端铣刀，刀齿材料为YG6，铣刀盘直径为75110，刀具齿数Z=10。图1-1.工件图1.2 工艺分析1.2.1 工艺方法的确定机床的工艺方法是多种多样的，工艺方法对机床的结构和性能的影响很大，工艺方法的改变常导致机床的运动、传动、布局、结构、性能以及经济效果等方面的一系列变化。 用端铣刀进行铣削加工时，生产率不仅提高了，也能满足工件所要求的加工精度，且装夹快速，方便。因此，当生产量很大时，用组合机床进行加工更合理。1.2.2 机床总体布局 机床的总体布局指确定机床的组成部件之间的相对位置及相对运动关系。根据加工要求，机床总体布局图如图1-2 所示工件安装在工作台上，铣削动力头带动铣刀作旋转主运动，工作台作纵向进给运动，完成对工件的切削加工。此方案的优点是各部件均是针对泵体设计的，因此，结构紧凑，刚性好，生产率高，加工质量稳定。图12 机床总体图1.机座 2.伺服电机 3.主电机 4.变速箱 5.主轴箱 6.立柱 7.工作台1.3 机床主要技术参数的确定 机床主要技术参数包括主参数和基本参数，基本参数又包括尺寸参数，运动参数，动力参数。1.3.1 确定工件余量 齿轮泵壳体，零件材料为HT200，硬度190210HB，生产类型为大批量，铸造毛坯。查机械制造工艺设计简明手册表2.22.5,取加工余量为2.5mm。1.3.2 选择切削用量 根据组合机床设计简明手册第132133 页，选择铣削切削用量。根据本次设计所加工的零件要求，其表面粗糙度数值较高，加工材料为铸铁，查表6-16 得： =0.20.4mm/z,V=5080m/min,取 =0.2mm/z。1.3.3 运动参数 机床的运动参数包括主运动转速和转速范围、进给量范围、进给量数列以及空行程速度等。此次设计主要确定主运动的运动参数。（1）主轴最高，最低转速 按照典型工序的切削速度和刀具(或工件)直径、计算主轴最高转速N max， 最低转速N min 。计算公式如下： (1-1) (1-2)式中：Nmax 、N min 主轴最高、最低转速(r/min)V max 、V min 最高、最低切削速度(m/min)d max 、d min 最大、最小计算直径(mm)根据机械制造工艺金属切削机床设计指导第6970 页，查表2.2-3取最大，最小切削速度：V max =200300m/min， 取V max =250m/minV min =1520m/min, 取V min =20m/min铣床的d max 、d min 可取使用的刀具最大、最小直径，即：d max =110mm, d min =75mm则主轴最高转速为 取标准数列值： N max =1000r/min 最低转速为： 取标准数列值： N min =56r/min1.4 主运动驱动电动机功率的确定(1)切削功率的计算 本次设计的组合机床为面的粗精铣，铣削速度为： 计算铣削工件时的切削功率 (1-3)式中：B铣削宽度，B=90mm t铣削深度，t=2mm 每齿进给量，=0.2mm/r Z转数级数，取Z=10 则铣削功率的大小为： =2.88010517.5=3.91KW(2)估算电动机功率 根据机械制造工艺金属机床设计指导第72 页，有 式中：主传动系统的机械效率，回转运动的机床=0.70.85。(3)选择主电机 查机械设计课程设计手册第155 页表12-1，选Y132-4 电机，主要参数有： 额定功率P e =5.5KW，满载转速 n e =1440r/min，同步转速n=1500r/min，级数P=4，质量m=68kg。1.5 进给驱动电动机功率的确定 查金属切削机床设计第41 页，可知：进给驱动电动机功率取决于进给的有效功率和传动件的机械效率，即： （1-4） 式中： N s 进给驱动电动机功率(KW) Q 进给抗力(N) Vs进给速度(m/min) s进给传动系统的总机械效率(一般取0.150.2) 粗略计算时，可根据进给传动与主传动所需功率之比值来估算进给驱动电机功率。 对于铣床： N s =0.2N=0.25.5=1.1KW 查机械设计课程设计手册第155 页表12-1，选Y90S-4 电机，主要参数有：额定功率P e =1.1KW，满载转速 =1440r/min，同步转速n=1500r/min，级数P=4，质量m=22kg。第二章 主轴箱设计2.1 传动系统的设计计算一 传动系统传动比分配 本机床主轴箱采用一级传动： 传动比为2.89 按任务书的要求，本机床要同时铣两端面随后铣上表面。因被加工零件两端面所要达到的各级参数都完全相同，故设计成相互对称的传动系统。二 计算传动装置的运动和设计参数1. 推算出各轴的转速和转矩 各轴的转速： 各轴输入功率为齿轮传动效率 各轴输入转矩 三 齿轮模数的估算及其校核齿轮模数计算及强度校核选定齿轮类型、精度、材料及齿数 1） 按照所示的传动方案选用直齿圆拄齿轮传动 2） 组合机床为一般工作机器，速度不高，故选用7级精度 3） 材料选择：选用小齿轮材料40，硬度为280HBS，大齿轮材料为45号钢硬度为240HBS，二者材料硬度为40HBS 4） 选小齿轮齿数Z1=23 大齿轮齿数Z2=67。 2 按齿面接触强度设计 由设计计算公式机械设计第七版进行试算，所涉及的公式到机械设计的第七版得。 （2-1） 1 确定公式内的各计算数值 1）试选择载荷系数2）计算小齿轮传递的转矩 3）由表中可得选取齿宽系数为1 4）由表中可查材料弹性系数5）由图可知按齿轮面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限大齿轮的接触疲劳强度极限。 6）计算应力循环次数 7）由图可知 查得接触疲劳寿命系数 8）计算接触疲劳强度许用应力取失效概率为1% 安全系数S=1 则有：计算试算小齿轮分度圆直径，代入中较小的值： 由于大于等于58.286毫米，故取为65毫米。计算摸数 按齿轮弯曲强度设计由公式得弯曲强度的设计公式为： （2-2）由图则有小齿轮的弯曲强度疲劳强度极限，大齿轮的弯曲疲劳强度极限 由表上则有弯曲的疲劳强度寿命系数 计算弯曲疲劳许用应力：取弯曲疲劳安全系数S=1.4，由书中的公式有： 计算载荷系数K K=11.121.21.35=1.814 查取齿形系数 查取应力系数计算大，小齿轮的并加以比较： 大齿轮的计算值大。（2） 设计计算 对比计算结果，取，则有： ，取 这样设计出的齿轮传动，既满足了齿面接触疲劳强度，又满足了齿根弯曲疲劳强度，并做到结构紧凑，避免浪费。 此时关于几何计算 1计算分度圆的直径： ， 2计算中心距： 3计算齿轮宽度 取, 2.2 轴的设计 在转轴设计中，其特点是不能首先通过精确计算确定轴的截面尺寸。因为转轴工作时，受弯矩和转矩联合作用，而弯矩又与轴上载荷的大小及轴上零件相互位置有关，所以当轴的结构尺寸未确定前，无法求出轴所受的弯矩。因此，转轴设计时，开始只能按扭转强度或经验公式估算轴的直径，然后进行轴的结构设计，最后进行轴的强度验算。1.初估各轴直径 查机械设计手册（中册）表8-347按扭转强度及刚度计算轴径的公式或以得到按扭转强度计算的估算轴径为： 实心轴： （2-3） 空心轴： （2-4）其中：轴端直径； 根据许用扭转角确定的系数，按机械设计手册（中册）表8-348选取； 轴的输入功率； 轴的计算转速； 空心轴的内径和外径之比，计算系数的值见机械设计手册（中册）表8-361。 如图2-1所示，由材料力学的知识可知，剪应力在横截面上是线性分布的，圆心处为零，当圆周上有最大应力值时，中心部分的应力仍较小，材料并没有充分发挥作用。如果将这部分材料旋转在离圆心比较远的地方，可明显地增大截面的极惯性矩，这样就自然提高了轴的承载能力。当然，并不是说所有的轴都要做成空心的，对一些直径较小的轴，如果加工成空心轴，反而会因加工工序增加或加工困难而增加成本、造成浪费。 图2-1 图2-2 受扭转轴横截面剪应力分布图 铣刀盘安装示意图 机床的传动系统中，传动轴的直径一般不会太大，因此，多数情况下传动轴都是实心的；但主轴因为其尺寸参数通常由结构需要而定，而主轴前端要安装刀具，因此，为了拉紧刀具并保证铣刀尖与主轴的同轴度，主轴一般都做成空心的，其内部分布着芯轴和拉刀装置，如图2-2所示。因此，该传动系统、轴按实心轴计算公式估算。查机械设计手册（中册）表8-348几种常用材料的及值，得45钢值为，计算中取，则另由传动系统示意图可知，轴联轴器端应有一个键槽，因此轴的最小轴径应在18.5mm的基础上增大5%，即：取主轴内径和外径之比为，查机械设计手册（中册）表8-361空心轴系数表得计算系数，则满足强度要求的主轴最小直径为：2.主轴结构的初步拟定 主轴的结构主要决定于主轴上所安装的刀具、夹具、传动件、轴承和密封装置等的类型、数目、位置和安装定位的方法，同时还要考虑主轴加工和装配的工艺性，一般在机床主轴上装有较多的零件，为了满足刚度要求和能得到足够的止推面以及便于装配，常把主轴设计成阶梯轴，即轴径从前轴颈起向后依次递减。 主轴是空心的或者是实心的，主要取决于机床的类型。此次设计的主轴，也设计成阶梯形，同时，在满足刚度要求的前提下，设计成空心轴，以便通过刀具拉杆。 主轴端部系指主轴前端。它的形状决定于机床的类型、安装夹具或刀具的形式，并应保证夹具或刀具安装可靠、定位准确，装卸方便和能传递一定的扭矩。 查金属切削机床设计第135页中通用机床主轴端部的形状图，选短圆锥法兰盘式主轴端部结构形式。其特点是：主轴端面上有四个螺孔，用来固定和传递扭矩给刀具。主轴是空心的，前端有锥度为7:24的锥孔，结构如下所示：图2-3 短圆锥法兰盘式主轴端部结构3.主轴直径的选择 主轴直径对主轴组件刚度的影响很大，直径越大，主轴本身的变形和轴承变形引起的主轴前端位移越小，即主轴组件的刚度越高。 但主轴前端轴颈直径 D 1越大，与之相配的轴承等零件的尺寸越大，要达到相同的公差则制造越困难，重量也增加。同时，加大直径还受到轴承所允许的极限转速的限制，甚至为机床结构所不允许。 通常，主轴前轴颈直径 D 1可根据传递功率，并参考现有同类机床的主轴轴颈尺寸确定。查金属切削机床设计第157页表5-12中，几种常见的通用机床钢质主轴前轴颈的直径D 1，可供参考。 已知主电机功率=5.5KW，机床类型是铣床，查上表中对应项，初取D1=80。主轴后轴颈直径D2和前轴颈直径D1的关系，可根据下列经验公式来定：. D2=（0.70.85）D1 因此，有 D2=（0.70.85）D1=（0.70.85）80=5668，取D2=65。4.主轴内孔直径 该组合机床用于铣削加工，其主轴需有一通过铣刀拉杆的孔，该主轴内孔直径应取在一定范围内，才不致影响主轴刚度。一般，主轴内孔直径受到主轴后轴颈的直径所限制。 由材料力学可知，刚度K正比于截面惯性矩I，它与直径之间有下列关系： （2-5） 根据此式可得：当0.3时，空心与实心截面主轴的刚度很接近；当=0.5时，空心主轴的刚度为实心主轴刚度的90%，对刚度影响不大；当0.7时，则主轴刚度急剧下降，故一般应使0.7，即d0.7D。由以上分析可得： d0.7 D2 =0.765=45.5 考虑到此组合机床主轴为铣削主轴，铣刀拉杆的直径比较小，故可将e取小些，即取=0.5，即： d=3274N 9滚珠丝杠副工作图设计 （1）滚珠丝杠螺纹长度 余程=32mm =738+232=802mm （2）两端固定支承距离 =860mm，丝杠全长L=994mm （3）行程起点离定支承距离 =62mm3.工作台丝杠校验 1传动系统的刚度计算 （1）计算滚珠丝杆的拉压刚度 本工作台的丝杠支承方式为两端固定，当滚珠丝杠的螺母中心位于滚珠丝杆两支承的中心位置（a=/2，=860mm）时，滚珠丝杆螺母副具有最小拉压刚度，计算为： 当滚珠丝杆的螺母副中心位于行程的两端位置时，滚珠丝杆螺母副具有最大拉压刚度计算得： （2）计算滚珠丝杠螺母副支撑轴承的刚度 = 22.34 （3-5）式中轴承接触角； 滚动体直径（mm）； Z滚动体个数；最大轴向工作载荷（N）； 已知轴承的接触角=60，滚动体直径=4.25mm，滚动体个数Z=10,轴承的最大轴向工作载荷= 35850=17550N,得 = 22.34 =22.34由两端固定支承 =2=2719=1438N/m（3）计算滚珠与滚道的接触刚度K （3-6）式中查样本上的刚度（m）； 额定动载荷；由样本查得：=1580N/m； =30700N；=1294N = 2传动系统刚度验算及滚珠丝杠副的精度选择 （1）计算 N/um 计算 N/um 静摩擦力 （2）验算传动系统刚度 （3-7） 已知反相差值或重复定位精度为6 N/m （3）传动系统刚度变化引起的定位误差 （4）确定精度，任意300mm内的行程变动量 对半闭环系统而言， 定位精度为12m/300mm 所以 所以=8m9.584取丝杠精度取为2级。 （5）确定滚珠丝杠副的规格代号 已确定得型号：FFZD 公称直径：40mm，导程 8mm 螺纹长度：802mm 丝杠全长：994mm P类2级精度 即：FFZD4008-5-P2/994802 3验算滚珠丝杠副临界压缩载荷 因丝杠所受最大轴向载荷小于丝杠预拉伸里不用验算。 4验算滚珠丝杠副的临界转速 （3-8）式中临界转速计算长度（mm）。 由样本得：=34.9mm， f=21.9，得 5验算 （3-9）式中滚珠丝杠副的节圆直径（mm）； 滚珠丝杠副的最高转速。 r/min 6基本轴向额定静载荷验算 式中滚珠丝杠副的基本轴向额定载荷（N）； 静态安全系数。 由样本得：=1.5，=17550N，=84900N 所以 1.517550=26325=2388N 9滚珠丝杠副工作图设计 （1）滚珠丝杠螺纹长度 余程=40m =510+240=660mm （2）两端固定支承距离 =720mm，丝杠全长L=852mm （3）行程起点离定支承距离 =72mm第四章 夹具设计4.1 定位基准的选择 拟定加工路线的第一步是选择定位基准。该工序选择底面和两弧面作为定位基准。 为了提高加工效率，缩短辅助时间，决定用简单的螺母为夹紧机构。4.2 定位装置的选择由于底面较大所以采用支撑板来定位底面，弧面采用V型块定位，卡具图如图4-1。图4-1 机床卡具图4.3 铣削力和夹紧力计算（1）刀具： 硬质合金镶齿三面刃铣刀 100mm z=10机床： 专用组合铣床 由公式 得 （4-1）查表 9.48 得其中： 修正系数 z=10 代入上式，可得 F=889.4N 因在计算切削力时，须把安全系数考虑在内。安全系数 K=其中：为基本安全系数1.5 为加工性质系数1.1 为刀具钝化系数1.1 为断续切削系数1.1 所以 （2）夹紧力的计算 选用夹紧螺钉夹紧机 由 （4-2） 其中： f为夹紧面上的摩擦系数，取 F=+G G为工件自重 夹紧螺钉： 公称直径d=20mm，材料45钢 性能级数为6.8级 螺钉疲劳极限： 极限应力幅：许用应力幅：螺钉的强度校核：螺钉的许用切应力为 s=3.54 取s=4 得 满足要求 经校核： 满足强度要求，夹具安全可靠， 使用快速螺旋定位机构快速人工夹紧，调节夹紧力调节装置，即可指定可靠的夹紧力 结 论组合机床是以系列化、标准化的通用部件为基础，配以少量的专用部件组成的一种高生产率机床。它具有自动化程度较高，加工质量稳定，工序高度集中等特点，因此，组合机床在大批、大量生产中得到广泛应用。目前，组合机床的研制正向高效、高精度、高自动化和柔性化方向发展。三个月左右的时间，我综合运用专业课程和技术基础课程的基本知识，结合生产实际来进行分析，解决实际工程中的问题，完成了铣削组合机床及主轴组件的设计。这次设计，让我掌握了设计金属切削机床的基本程序和方法；巩固、深化和扩展了我对所学的专业课程和技术基础课程的知识，树立了我正确的工程设计思想；培养了我查阅和使用标准、规范、手册、图册及相关技术资料的能力以及计算、绘图、数据处理、计算机辅助设计等方面的能力参考文献1 大连组合机床研究所.组合机床设计第一册（第一版，机械部分）M.北京：机械工业出版社，1975年6月2 沈阳工业大学，大连铁道学院，吉林工学院.组合机床设计（第1版）M.上海：上海科学技术出版社，1985年9月3 组合机床编写组.组合机床讲义(第1版)M.北京：国防工业出版社，1972年4月4