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北京交通大学海滨学院毕业设计（论文）开题报告姓名学号专业设计（论文）题目中接头过扣机设计1. 毕业设计(论文)的目的及意义（含国内外的研究现状分析）：(1)本题目研究的目的及意义在现代工业运用领域中，大多数机器零部件的制造都是用机床大批量完成的，在集成制造业中，组合机床的应用越来越广泛，能大力提高生产力，从这个意义上讲，对组合机床的研究与设计具有重要的现实意义。组合机床是根据工件加工需要，以通用部件为基础，配以少量专用部件组成的一种高效专用机床。组合机床是按系列化标准化设计的通用部件和按被加工零件的形状及加工工艺要求设计的专用部件组成的专用机床。由于通用部件已经标准化和系列化，可根据需要灵活配置，从而缩短了设计和制造的周期，因此，组合机床兼有低成本和高效率的优点，在大批、大量生产中得到了广泛的应用，并可用以组成自动生产线。现代大型工业技术的飞速发展，降低了组合机床的实现成本，软件支持机制也使得实现变得更为简单，因此，对组合机床的研究与设计具有十分重要的理论意义和现实意义。由于组合机床是由大量的通用部件和少量的专用部件组成且工序集中的高效专用机床。由万能机床和专用机床发展而来。由于组合机床工序的高度集中，即在一台机床上可同时完成一种或几种不同工序加工，因此适应了产量大、精度高的生产要求，并且克服了万能机床结构复杂、劳动强度大、生产效率低、精度不易保证的缺点，以及专用机床通用性差、不适应现代技术迅速发展、产品经常更新的要求。所以，组合机床及其自动线已广泛应用到汽车、柴油机、电动机、仪器仪表以及军工产品等的生产上，并显示出巨大的优越性。 (2)本题目国内、外研究现状，水平和发展趋势目前，组合机床是大批量机械产品实现高效、高质量和经济性生产的关键装备，因而被广泛应用于汽车、拖拉机、内燃机和压缩机等许多工业生产领域。其中，特别是汽车工业，是组合机床最大的用户。如德国大众汽车厂在Salzgitter的发动机工厂，在大批量生产的机械工业部门，大量采用的设备是组合机床。因此，组合机床的技术性能和综合自动化水平，在很大程度上决定了这些工业部门产品的生产效率、产品质量和企业生产组织的结构，也在很大程度上决定了企业产品的竞争力。 我国加入WTO以后，制造业所面临的机遇与挑战并存、组合机床行业企业适时调整战略，采取了积极的应对策略，出现了产、销两旺的良好势头，截至2005年4月份，组合机床行业企业仅组合机床一项，据不完全统计产量已达1000余台，产值达3.9个亿以上，较2004年同比增长了10%以上，另外组合机床行业增加值、产品销售率、全员工资总额、出口交费值等经济指标均有不同程度的增长，新产品、新技术较去年年均有大幅度提高，可见行业企业运营状况良好。在目前企业产品结构正发生变化，组合机床行业企业主要针对汽车、摩托车、内燃机、农机、工程机械、化工机械、军工、能源、轻工及家电行业提供专用设备，随着我国加入WTO后与世界机床进一步接轨，组合机床行业企业产品开始向数控化、柔性化转变。从近两年是企业生产情况来看，数控机床与加工中心的市场需求量在上升。 八十年代以来，国外组合机床技术在满足精度和效率要求的基础上，正朝着综合成套和具备柔性的方向发展。组合机床的加工精度、多品种加工的柔性以及机床配置的灵活多样方面均有新的突破性进展，实现了机床工作程序软件化、工序高度集中、高效短节拍和多功能知道监控。国外组合机床技术的发展趋势是（1）广泛应用数控技术。国外主要的组合机床生产厂家都有自己的系列化完整的数控组合机床通用部件，在组合机床上不仅一般动力部件应用数控技术，而且夹具的转位或转角、换箱装置的自动分度与定位也都应用数控技术，从而进一步提高了组合机床的工作可靠性和加工精度。广州标致汽车公司由法国雷诺公司购置的缸盖加工生产线，就是由三台自动换箱组合机床组成的，其全部动作均为数控，包括自动上下料的交换工作台、环形主轴箱库、动力部件和夹具的运动，其节拍时间为58秒。(2)发展柔性技术，80年代以来，国外对中大批量生产，多品种加工装备采取了一系列的可调、可变、可换措施，使加工装备具有了一定的柔性。如先后发展了转塔动力头、可换主轴箱等组成的组合机床；同时根据加工中心的发展，开发了二坐标、三坐标模块化的加工单元，并以此为基础组成了柔性加工自动线。2. 基本内容和技术方案：2.1设计内容包括(1)运动设计 根据给定的被加工零件，确定机床的切削用量，通过分析比较拟定传动方案和传动系统图，确定传动副的传动比及齿轮的齿数，并计算主轴的实际转速与标准的相对误差。(2)动力设计 根据给定的工件，初算传动轴的直径、齿轮的模数；确定动力箱；计算多轴箱尺寸及设计传动路线。完成装配草图后，要验算传动轴的直径，齿轮模数否在允许范围内。还要验算主轴主件的静刚度。(3)结构设计 进行主运动传动轴系、变速机构、主轴主件、箱体、润滑与密封等的布置和机构设计。即绘制装配图和零件工作图。(4)编写设计说明书2.2制定工艺方案。零件加工工艺将决定组合机床的加工质量、生产率、总体布局和夹具结构等。所以，在制定工艺方案时，必须计算分析被加工零件图，并深入现场了解零件的形状、大小、材料、硬度、刚度，加工部位的结构特点加工精度，表面粗糙度，以及定位，夹紧方法，工艺过程，所采用的刀具及切削用量，生产率要求，现场所采用的环境和条件等等。并收集国内外有关技术资料，制定出合理的工艺方案。根据被加工的中接头零件图，设计加工两端螺纹的工艺过程。(1) 加工螺纹的主要技术要求。对中接头两侧孔进行螺纹加工，螺纹的深度为23mm工件材料为Q235-A，HB150左右。 (2) 工艺分析加工该内螺纹时，位置度公差为0.1mm根据组合机床用的工艺方法及能达到的经济精度，可采用如下的加工方案。在攻丝前最好在孔口倒角，以使丝锥容易进入空中，有利于准确的保证攻丝深度。攻丝一般都采用一个工步一次加工出需要的深度。一次性加工该内螺纹。3. 主要参考文献：1 机械工程手册. 电机工程手册编辑委员会编 机械工业出版社 19792 陈碧秀 朱立三译 自动机床及自动线 上海科学技术出版社3 郭爱连主编 机械设计手册 化学工业出版社 19914 邱宣怀编 机械设计 高等教育出版社 5 机械制造工艺学 西北工业大学出版社 6 机械夹具设计手册 华东纺织工业学院 19837 北京工业大学图册编写组编著 机械装配图册 北京：机械工业出版社8 陈秀宁 施高义编 机械设计课程设计 浙江：浙江大学出版社 19919 唐宗军主编 机械制造基础，北京：机械工业出版社10 邱宣怀 机床设计图册 华东纺织工学院等 19834. 进度安排： 2013.1.4-2013.2.19熟悉设计软件、收集相关资料； 2013.2.20-2013.3.5研究中接头过扣机工作原理、设计方案论证；2013.3.6-2013.3.19确定、完成中接头过扣机总体方案设计；2013.3.20-2013.5.14完成中接头过扣机装配图及相关技术文件；2013.5.15-2013.5.28撰写论文，总结分析结果和过程，准备毕业答辩资料；2013.5.29-2013.6.9准备毕业答辩.5. 指导教师意见：填写说明：查阅资料是否全面，提出的研究方案和计划进度是否可行，还有什么需要注意和改进的方面，是否同意按学生提出的计划进行等。指导教师签字： 日期： 年 月 日6. 系意见：签字：系（盖章）日期： 年 月 日注：表中所填内容采用5号字，中文采用宋体、英文采用Times New Roman字体， 表中段落采用1.5倍行距，首行缩进2个字符。每一页的外框四周均采用双线条，当底部出现单线条时，应该修正为双线条。 1第 1 章 绪论1.1 本课题的研究背景及意义现代社会中，人们为了高效、经济地生产各种高质量产品，日益广泛的使用各种机器、仪器和工具等技术设备与装备。为制造这些技术设备与装备，又必须具备各种加工金属零件的设备，诸如铸造、锻造、焊接、冲压和切削加工设备等。由于机械零件的形状精度、尺寸精度和表面粗糙度，目前主要靠切削加工的方法来达到，特别是形状复杂、精度要求高和表面粗糙度要求小的零件，往往需要在机床上经过几道甚至几十道切削加工工艺才能完成。因此，机床是现代机械制造业中最重要的加工设备。在一般机械制造厂中，机床所担负的加工工作量，约占机械制造总工作量的 40%60%，机床的技术性能直接影响机械产品的质量及其制造的经济性，进而决定着国民经济的发展水平。可以这样说，如果没有机床的发展，如果不具备今天这样品种繁多、结构完善和性能精良的各种机床，现代社会目前所达到的高度物质文明将是不可想象的。一个国家要繁荣富强，必须实现工业、农业、国防和科学技术的现代化，这就需要一个强大的机械制造业为国民经济各部门提供现代化的先进技术设备与装备，即各种机器、仪器和工具等。然而，一个现代化的机械制造业必须要有一个现代化的机床制造业做后盾。机床工业是机械制造业的“装备部” 、 “总工艺师” ，对国民经济发展起着重大作用。因此，许多国家都十分重视本国机床工业的发展和机床技术水平的提高，使本国国民经济的发展建立在坚实可靠的基础上。机床是人类在长期生产实践中，不断改进生产工具的基础上生产的，并随着社会生产的发展和科学技术的进步而渐趋完善。最原始的机床是木制的，所有运动都是由人力或畜力驱动，主要用于加工木料、石料和陶瓷制品的泥坯，它们实际上并不是一种完整的机器。现代意义上的用于加工金属机械零件的机床，是在 18 世纪中叶才开始发展起来的。当时，欧美一些工业最发达的国家，开始了从工场手工业向资本主义机器大工业生产方式的过度，需要越来越多的各种机器，这就推动了机床的迅速发展。为使蒸汽机的发明付诸实用，1770 年前后创制了镗削蒸汽机汽缸内孔用的镗床。1797 年发明了带有机动刀架的车床，开创了用机械代替人手控制刀具运动的先声，不仅解放了人的双手，并使机床2的加工精度和工效起了一个飞跃，初步形成了现代机床的雏型。续车床之后，随着机械制造业的发展，其他各种机床也陆续被创制出来。至 19 世纪末，车床、钻床、镗床、刨床、拉床、铣床、磨床、齿轮加工机床等基本类型的机床已先后形成。上世纪初以来，由于高速钢和硬质合金等新型刀具材料相继出现，刀具切削性能不断提高，促使机床沿着提高主轴转速、加大驱动功率和增强结构刚度的方向发展。与此同时，由于电动机、齿轮、轴承、电气和液压等技术有了很大的发展，使机床的转动、结构和控制等方面也得到相应的改进，加工精度和生产率显著提高。此外，为了满足机械制造业日益广阔的各种使用要求，机床品种的发展也与日俱增，例如，各种高效率自动化机床、重型机床、精密机床以及适应加工特殊形状和特殊材料需要的特种加工机床相继问世。50 年代，在综合应用电子技术、检测技术、计算技术、自动控制和机床设计等各个领域最新成就的基础上发展起来的数控机床，使机床自动化进入了一个崭新的阶段，与早期发展的仅适用于大批大量生产的纯机械控制和继电器接触器控制的自动化相比，它具有很高柔性，即使在单件和小批生产中也能得到经济的使用。综观机床的发展史，它总是随着机械工业的扩大和科学技术的进步而发展，并始终围绕着不断提高生产效率、加工精度、自动化程度和扩大产品品种而进行的，现代机床总的趋势仍然是继续沿着这一方向发展。我国的机床工业是在 1949 年新中国成立后才开始建立起来的。解放前，由于长期的封锁统治和 19 世纪中叶以后帝国主义的侵略和掠夺，我国的工农业生产非常落后，既没有独立的机械制造业，更谈不上机床制造业。至解放前夕，全国只有少数城市的一些规模很小的机械厂，制造少量简单的皮带车间、牛头刨床和砂轮等；1949 年全国机床产量仅 1000 多台，品种不到 10 个。解放后，党和人民政府十分重视机床工业的发展。在解放初期的三年经济恢复时期，就把一些原来的机械修配厂改建为专业厂；在随后开始的几个五年计划期间，又陆续扩建、新建了一系列机床厂。经过 50 多年的建设，我国机床工业从无到有，从小到大，现在已经成门类比较齐全，具有一定实力的机床工业体系，能生产 5000 多种机床通用品种，数控机床 1500 多种；不仅装备了国内的工业，而且每年还有一定数量的机床出口。3我国机床行业的发展是迅速的，成就是巨大的。但由于起步晚、底子薄，与世界先进水平相比，还有较大差距。为了适应我国工业、农业、国防和科学技术现代化的需要，为了提高机床产品在国际市场上的竞争能力，必须深入开展机床基础理论研究，加强工艺试验研究，大力开发精密、重型和数控机床，使我国的机床工业尽早跻身于世界先进行列。在现代工业运用领域中，大多数机器零部件的制造都是用机床大批量完成的，在集成制造业中，组合机床的应用越来越广泛，能大力提高生产力，从这个意义上讲，对组合机床的研究与设计具有重要的现实意义。组合机床是根据工件加工需要，以通用部件为基础，配以少量专用部件组成的一种高效专用机床。组合机床是按系列化标准化设计的通用部件和按被加工零件的形状及加工工艺要求设计的专用部件组成的专用机床。由于通用部件已经标准化和系列化，可根据需要灵活配置，从而缩短了设计和制造的周期，因此，组合机床兼有低成本和高效率的优点，在大批、大量生产中得到了广泛的应用，并可用以组成自动生产线。现代大型工业技术的飞速发展，降低了组合机床的实现成本，软件支持机制也使得实现变得更为简单，因此，对组合机床的研究与设计具有十分重要的理论意义和现实意义。由于组合机床是由大量的通用部件和少量的专用部件组成且工序集中的高效专用机床。由万能机床和专用机床发展而来。由于组合机床工序的高度集中，即在一台机床上可同时完成一种或几种不同工序加工，因此适应了产量大、精度高的生产要求，并且克服了万能机床结构复杂、劳动强度大、生产效率低、精度不易保证的缺点，以及专用机床通用性差、不适应现代技术迅速发展、产品经常更新的要求。所以，组合机床及其自动线已广泛应用到汽车、柴油机、电动机、仪器仪表以及军工产品等的生产上，并显示出巨大的优越性。在工业高速发展的现代化浪潮中，各种机械设计和制造业中，组合机床的应用越来越广泛，越来越转化为生产力，从这个意义上讲，对组合机床的研究具有重要的现实意义。组合机床是根据工件加工需要，以通用部件为基础，配以少量专用部件组成的一种高效专用机床。组合机床是按系列化标准化设计的通用部件和按被加工零件的形状及加工工艺要求设计的专用部件组成的专用机床。由于通用部件已经标准化和系列化，可根据需要灵活配置，从而缩短了设计和制造的周期，因此，组合机床兼有低成本和高效率的优点，在大批、大量4生产中得到了广泛的应用，并可用以组成自动生产线。总体方案的设计主要包括制定工艺方案（确定零件在组合机床上完成工艺内容及加工方法，选择定位基准和夹紧部位，决定工步和刀具种类及其结构形式，选择切削用量等） 、确定机床配置形式、制订影响机床总体布局和技术性能的主要部件的结构方案。总体方案的拟定是设计组合机床最关键的一步。方案制定得正确与否，将直接影响机床能否达到合同要求，保证加工精度和生产率，并且结构简单、成本较低和使用方便。对于同一加工内容，有各种不同的工艺方案和机床配置方案，在最后决定采用哪种方案时，必须对各种可行的方案作全面分析比较，根据工件的加工要求和特点，按一定的原则、结合组合机床常用工艺方法、充分考虑各种影响因素，并经技术经济分析后拟订出先进、合理、经济、可靠的工艺方案。在组合机床诸多零件中，多轴箱和夹具与组合机床密切相关，是组合机床的重要组成部件。它是选用通用零件按专用要求设计的，所以是组合机床设计过程中工作量较大的零部件，就多轴箱设计来说，工作量主要集中在传动系统的设计上，轴的设计必须保证各轴的转速、旋向、强度和刚度，而且应当考虑有无让刀，有无调位机构等。夹具是组合机床的重要组成部件，是根据机床的工艺和结构方案的具体要求而专门设计的。它是用于实现被加工零件的准确定位，夹压，刀具的导向，以及装卸工件时的限位等作用的。组合机床夹具和一般夹具所起的作用看起来好象很接近，但是其结构和设计要求却有着很显著的甚至是很根本的区别。组合机床夹具的结构和性能，对组合机床配置方案的选择，有很大的影响。因此，本课题基于使设计出的机床结构简单、使用方便、效率高、质量好提出的要求。具体的工作就是要制定工艺方案，进行机床结构方案的分析和确定，进行组合机床总体设计，组合机床的部件设计和施工设计，使其具有工程意义，实现其在实际应用中的价值。1.2 本课题国内外研究概况世界上第一台组合机床于 1908 年在美国问世，30 年代后组合机床在世界各国得到迅速发展。至今，它已成为现代制造工程（尤其是箱体零件加工）的关键设备之一。5现代制造工程从各个角度对组合机床提出了愈来愈高的要求，而组合机床也在不断吸取新技术成果而完善和发展。目前，组合机床是大批量机械产品实现高效、高质量和经济性生产的关键装备，因而被广泛应用于汽车、拖拉机、内燃机和压缩机等许多工业生产领域。其中，特别是汽车工业，是组合机床最大的用户。如德国大众汽车厂在Salzgitter 的发动机工厂，在大批量生产的机械工业部门，大量采用的设备是组合机床。因此，组合机床的技术性能和综合自动化水平，在很大程度上决定了这些工业部门产品的生产效率、产品质量和企业生产组织的结构，也在很大程度上决定了企业产品的竞争力。 我国加入 WTO 以后，制造业所面临的机遇与挑战并存、组合机床行业企业适时调整战略，采取了积极的应对策略，出现了产、销两旺的良好势头，截至 2005 年 4 月份，组合机床行业企业仅组合机床一项，据不完全统计产量已达1000 余台，产值达 3.9 个亿以上，较 2004 年同比增长了 10%以上，另外组合机床行业增加值、产品销售率、全员工资总额、出口交费值等经济指标均有不同程度的增长，新产品、新技术较去年年均有大幅度提高，可见行业企业运营状况良好。在目前企业产品结构正发生变化，组合机床行业企业主要针对汽车、摩托车、内燃机、农机、工程机械、化工机械、军工、能源、轻工及家电行业提供专用设备，随着我国加入 WTO 后与世界机床进一步接轨，组合机床行业企业产品开始向数控化、柔性化转变。从近两年是企业生产情况来看，数控机床与加工中心的市场需求量在上升。（1）行业企业产品结构的变化组合机床行业企业主要针对汽车、摩托车、内燃机、农机、工程机械、化工机械、军工、能源、轻工及家电行业提供专用设备，随着我国加入 WTO 后与世界机床进一步接轨，组合机床行业企业产品开始向数控化、柔性化转变。从近两年是企业生产情况来看，数控机床与加工中心的市场需求量在上升，而传统的钻、镗、铣组合机床则有下降趋势，中国机床工具工业学会的机床工具行业企业主要经济指标报表是统计数据显示，仅从几个全国大型重点企业生产情况看，2003 年生产数控机床 890 台，产值 16187 万元，生产加工中心148 台，产值 5770 万元；2004 年生产数控机床 985 台，产值 25838 万元，生产加工中心 159 台，产值 7099 万元；而 2005 年，截至 4 月份，数控机床、加工6中心、产值已接近 2003 年全年水平，故市场在向数控、高精制造技术和成套工艺装备方面发展。（2）行业企业的快速转变“九五”后期，在组合机床行业企业的 50 多家组合机床分会会员中，仅有两家企业实行了股份改造，一家企业退出国有转为民营，其余的都是国有企业。而从 2001 至 2002 年，不到两年的时间，就先后有十几家企业实行股份制改造，一些小厂几乎全部退出国有转为民营，现在一些国家重点国有企业也在酝酿股份制改造，转制已势不可档， “民营经济在经历了从被歧视，被藐视到不可小视和现在高度重视 4 个阶段后，焕发勃勃生机。 ”组合机床行业企业正在以股份制、民营化等多种形式快速发展。（3）组合机床技术装备现状与发展趋势组合机床及其自动线是集机电于一体是综合自动化度较高的制造技术和成套工艺装备。它的特征是高效、高质、经济实用，因而被广泛应用与工程机械、交通、能源、军工、轻工、家电行业。我国的传统的组合机床及组合机床自动线主要采用机、电、气、液压控制，它的加工对象主要是生产批量比较大的大中型的箱体类和轴类零件（近年研制的组合机床加工连杆、板件等也占一定份额） ，完成钻孔、扩孔、铰孔，加工各种螺纹、镗孔、车端面和凸台，在孔内镗各种形状槽，以及铣削平面和成型面等。组合机床的分类繁多，有大型组合机床和小型组合机床，有单面、双面、三面、卧式、立式、倾斜式、复合式，还有多工位回转台组合机床等；随着技术的不断是进步，一种新型的组合机床柔性组合机床越来越受人们是亲昧，它应用多位主轴箱、可换主轴箱、编码随行夹具和刀具的自动更换，配以可编程序控制器（PLC） 、数字控制（NC）等，能任意改变工作循环控制和驱动系统，并能灵活适应多种加工的可调可变的组合机床。另外，近年来组合机床加工中心、数控组合机床、机床辅机等在组合机床行业中所占份额也越来越大。由于组合机床及其自动线是一种技术综合性很高的高技术专用产品，是根据用户特殊要求而设计的，它涉及到加工工艺、刀具、测量、控制、诊断监控、清洗、装配和试漏等技术。我国组合机床及其组合机床自动线总体技术水平比发达国家相对落后，国内所需的一些高水平组合机床及自动线几乎都从国外进7口。工艺装备的大量进口势必导致投资规模的扩大，并使产品生产成本提高。因此，市场要求我们不断开发新技术、新工艺、研制新产品，由过去的“刚性”机床结构，向“柔性”化方向发展，满足用户需要，真正成为刚柔兼备的自动化装备。 八十年代以来，国外组合机床技术在满足精度和效率要求的基础上，正朝着综合成套和具备柔性的方向发展。组合机床的加工精度、多品种加工的柔性以及机床配置的灵活多样方面均有新的突破性进展，实现了机床工作程序软件化、工序高度集中、高效短节拍和多功能知道监控。国外组合机床技术的发展趋势是（1）广泛应用数控技术。国外主要的组合机床生产厂家都有自己的系列化完整的数控组合机床通用部件，在组合机床上不仅一般动力部件应用数控技术，而且夹具的转位或转角、换箱装置的自动分度与定位也都应用数控技术，从而进一步提高了组合机床的工作可靠性和加工精度。广州标致汽车公司由法国雷诺公司购置的缸盖加工生产线，就是由三台自动换箱组合机床组成的，其全部动作均为数控，包括自动上下料的交换工作台、环形主轴箱库、动力部件和夹具的运动，其节拍时间为 58 秒。(2)发展柔性技术，80 年代以来，国外对中大批量生产，多品种加工装备采取了一系列的可调、可变、可换措施，使加工装备具有了一定的柔性。如先后发展了转塔动力头、可换主轴箱等组成的组合机床；同时根据加工中心的发展，开发了二坐标、三坐标模块化的加工单元，并以此为基础组成了柔性加工自动线。80 年代以来，国外组合机床技术在满足精度和效率要求的基础上，正朝着综合成套和具备柔性的方向发展。组合机床的加工精度、多品种加工的柔性以及机床配置的灵活多样方面均有新的突破性进展，实现了机床工作程序软件化、工序高度集中、高效短节拍和多功能知道监控。组合机床技术的发展趋势是：（1）广泛应用数控技术国外主要的组合机床生产厂家都有自己的系列化完整的数控组合机床通用部件,在组合机床上不仅一般动力部件应用数控技术,而且夹具的转位或转角、换箱装置的自动分度与定位也都应用数控技术,从而进一步提高了组合机床的工作可靠性和加工精度。广州标致汽车公司由法国雷诺公司购置的缸盖加工生产线,就是由三台自动换箱组合机床组成的,其全部动作均为数控,包括自动上下料的交换工作台、环形主轴箱库、动力部件和夹具的运动,其节拍时间为 58 秒。8(2)发展柔性技术80 年代以来,国外对中大批量生产,多品种加工装备采取了一系列的可调、可变、可换措施,使加工装备具有了一定的柔性。如先后发展了转塔动力头、可换主轴箱等组成的组合机床;同时根据加工中心的发展,开发了二坐标、三坐标模块化的加工单元,并以此为基础组成了柔性加工自动线(FTL)。这种结构的变化,既可以实现多品种加工要求的调整变化快速灵敏,又可以使机床配置更加灵活多样。(3)发展综合自动化技术汽车工业的大发展,对自动化制造技术提出了许多新的需求,大批量生产的高效率,要求制造系统不仅能完成一般的机械加工工序,而且能完成零件从毛坯进线到成品下线的全部工序,以及下线后的自动码垛、装箱等。德国大众汽车公司KASSEL 变速箱厂 1987 年投入使用的造价 9000 万马克的齿轮箱和离合器壳生产线,就是这种综合自动化制造系统的典范。该系统由两条相似对称布置的自动线组成,三班制工作,每条线日产 2000 件,节拍时间为 40 秒。全线由 12 台双面组合机床、18 台三坐标加工单元、空架机器人、线两端的毛坯库和三坐标测量机组成,可实现 3 种零件的加工。空架机器人完成工件下线的码垛装箱工作。随着综合自动化技术的发展,出现了一批专门从事装配、试验、检测、清洗等装备的专业生产厂家,进一步提高了制造系统的配套水平。(4)进一步提高工序集中程度国外为了减少机床数量,节省占地面积,对组合机床这种工序集中程度高的产品,继续采取各种措施,进一步提高工序集中程度。如采用十字滑台、多坐标通用部件、移动主轴箱、双头镗孔车端面头等组成机床或在夹具部位设置刀库,通过换刀加工实现工序集中,从而可最大限度地发挥设备的效能,获取更好的经济效益。1.3 机床设计的目的、内容、要求1设计的目的机床设计毕业设计，其目的在于通过机床主运动机械变速传动系统的结构设计，使我们在拟定传动和变速的结构方案过程中，得到设计构思、方案的分析、结构工艺性、机械制图、零件计算、编写技术文件和查阅资料等方面的综合训练，树立正确的设计思想，掌握基本的设计方法，培养基本的设计方法，9并培养了自己具有初步的结构分析、结构设计和计算能力。2设计内容(1)运动设计 根据给定的被加工零件，确定机床的切削用量，通过分析比较拟定传动方案和传动系统图，确定传动副的传动比及齿轮的齿数，并计算主轴的实际转速与标准的相对误差。(2)动力设计 根据给定的工件，初算传动轴的直径、齿轮的模数；确定动力箱；计算多轴箱尺寸及设计传动路线。完成装配草图后，要验算传动轴的直径，齿轮模数否在允许范围内。还要验算主轴主件的静刚度。(3)结构设计 进行主运动传动轴系、变速机构、主轴主件、箱体、润滑与密封等的布置和机构设计。即绘制装配图和零件工作图。(4)编写设计说明书3. 设计要求评价机床性能的优劣，主要是根据技术经济指标来判定的。技术先进合理，亦即“质优价廉”才会受到用户的欢迎，在国内和国际市场上才有竞争力。机床设计的技术经济指标可以从满足性能要求、经济效益和人机关系等方面进行分析。1.4 机床的设计步骤1. 调查研究研究市场和用户对设计机床的要求，然后检索有关资料。其中包括情报、预测、实验研究成果、发展趋势、新技术应用以及相应的图纸资料等。甚至还可以通过网络检索技术查阅先进国家的有关资料和专利等。通过对上述资料的分析研究，拟订适当的方案，以保证机床的质量和提高生产率，使用户有较好的经济效益。2拟定方案通常可以拟定出几个方案进行分析比较。每个方案包括的内容有：工艺分析、主要技术参数、总布局、传动系统、液压系统、控制操作系统、电系统、主要部件的结构草图、实验结果及技术经济分析等。在制定方案时应注意以下几个方面：（1） 当使用和制造出现矛盾时，应先满足使用要求，其次才是尽可能便于制造。要尽量用先进的工艺和创新的结构；（2） 设计必须以生产实践和科学实验为依据，凡是未经实践考验的方案，必须经过实验证明可靠后才能用于设计；（3） 继承与创造相结合，尽量采用先进工艺，迅速提高生产力，为实现10四个现代化服务。注意吸取前人和国外的先进经验，并在此基础上有所创造和发展。3. 工作图设计首先，在选定工艺方案并确定机床配置形式、结构方案基础上，进行方案图纸的设计。这些图子包括：被加工零件工序图、加工示意图、机床联系尺寸图和生产率计算卡，统称“三图一卡”设计。并初定出主轴箱轮廓尺寸，才能确定机床各部件间的相互关系。其次，绘制机床的总装图、部分部件装配图、液压系统图、PLC 接线图和梯形图。然后，整理机床有关部件与主要零件的设计计算书，编制各类零件明细表，编写机床说明书等技术文件。最后，对有关图纸进行工艺审查和标准化审查。1.5 本论文的主要工作内容及技术方案本次设计工作将设计一台中接头过扣机，用于对自行车中轴处中接头两侧孔进行螺纹加工的专用组合机床。在满足使用要求情况下，应设计出质量好、效率高、重量轻、结构简单、成本低、使用方便的专用机床。合理地选择组合机床的通用部件，恰当的组合机床的配置型式，合理地选择切削用量，以及设计高效率的夹具、工具、刀具进给系统就是本次设计主要内容。具体的工作就是要进行机床结构方案的分析和确定，进行组合机床总体设计，组合机床的部件设计和施工设计。根据被加工的中接头零件图，设计加工两端螺纹的工艺过程。(1) 加工螺纹的主要技术要求。对中接头两侧孔进行螺纹加工，螺纹的深度为 23mm工件材料为 Q235-A，HB150 左右。(2) 工艺分析加工该内螺纹时，位置度公差为 0.1mm根据组合机床用的工艺方法及能达到的经济精度，可采用如下的加工方案。在攻丝前最好在孔口倒角，以使丝锥容易进入空中，有利于准确的保证攻丝深度。攻丝一般都采用一个工步一次加工出需要的深度。一次性加工该内螺纹。11第 2 章 组合机床的总体设计2.1 组合机床工艺方案的拟定工艺方案的拟订是组合机床设计的关键一步。因为工艺方案在很大程度上决定了组合机床的结构配置和使用性能。因此，应根据工件的加工要求和特点，按一定的原则、结合组合机床常用工艺方法、充分考虑各种影响因素，并经技术经济分析后拟出先进、合理、经济、可靠的工艺方案。2.1.1 确定组合机床工艺方案的基本原则 组合机床工艺方案的基本原则（1）粗精加工分开原则 粗加工的切削负荷较大，切削产生的热变形、较大夹压力引起的工件变形以及切削振动等，对精加工工序十分不利，影响加工尺寸精度和表面粗糙度。因此，在拟订工件一个连续的多工序工艺过程时，应选择粗精加工工序分开的原则。（2）工序集中原则 组合机床运用多刀集中在一台机床上完成一个或多个工件的不同表面的复杂过程，从而有效的提高生产率。因此，在拟订工艺方案时，在保证加工质量和操作维修方便的情况下，应适当提高工序集中程度，以便减少机床台数、占地面积和节省人力，取得理想的效益。本机床由于螺纹孔直径较大，精度较高，要求主轴和机床刚度较好，通过丝锥对两端孔进行一次性加工，从而保证精度，质量，生产率。 备注攻丝机床都是借助电动机正转进行攻丝，加工完了电动机反转使丝锥退出工件。电动机的反向和停止是由攻丝行程控制机构来操纵的。为了确保攻丝电12动机的可靠反向和停止，在电气控制系统设计上，除了一般动作控制信号外，还必须增设互锁保险开关。为了在丝锥退回原位电动机能及时停止，不因惯性转动造成丝锥超程，破坏攻丝机构的原位状态，在电动机停转时，一般应采用刹车机构以制动。当一个主轴箱上攻丝主轴少于 8 根时可以不用。对特大的攻丝主轴箱有时还应设置两个或更多的刹车机构，以确保可靠的制动。本设计的主轴箱的主轴只有 2 根，所以不需要2.1.2 组合机床工艺方案的拟订根据分析、研究被加工零件中接头两端面螺纹孔，技术要求及生产纲领。深入现场调查分析零件（或同类零件）的加工工艺方法，定位和加紧，所采用的设备、刀具及切削用量，生产率情况及工作条件等方面的现行工艺资料，以便制定出切合实际的合理工艺方案。攻丝一般都采用一个工步一次加工出需要的深度。但当螺纹孔较深时，可以利用二次进给的方法来攻丝。第一次攻到一段距离后，丝锥反转退回，但不全部退出工件，然后丝锥又正转攻进，一直到需要的深度。这样可以减少因切削阻塞使扭力矩增大，甚至使丝锥折断。这种分两次攻丝的进给运动，也是通过特殊的攻丝行程控制机构自动控制的。其工作原理与通用的攻丝行程控制机构类似。亦可以在通用的攻丝行程控制机构上增加两个行程开关和挡铁来实现。2.1.3 确定组合机床配置型式及结构方案应考虑的问题根据工件的特点、工艺要求、生产率要求及工艺方案等，可大体确定采用哪种基本配置型式的机床。配置方案不同对机床的复杂程度、通用化程度、结构工艺性、加工精度、机床重新调整的可能以及经济性等都有不同的影响。因此，确定机床配置型式和结构方案时应考虑以下主要问题。在确定机床配置型式和结构方案时，首先要考虑如何稳定地保证零件的加工精度。影响加工精度的主要因素有夹具误差和加工误差两方面。夹具误差：一般精加工的夹具公差为零件公差的 1/31/5。固定式夹具单工位组合机床可达到的加工精度很高。132.2 加工示意图加工示意图是组合机床设计的重要图纸之一，在机床总体设计中占有重要地位。它是设计刀具、夹具、主轴以及选择动力部件的主要资料，同时也是调整机床和刀具的依据。加工示意图，要反映机床的加工过程和加工方法，刀具尺寸及加工尺寸，主轴尺寸及伸出长度，主轴、刀具、工件间的联系尺寸等，根据机床要求的生产率及刀具特点，合理地选择刀削用量，决定动力头的工作循环。加工示意图应绘制成展开图，其绘制顺序是：首先按比例绘制工件的外形及加工部位的展开图，加工示意图还要绘制出工件加工部位的图形。加工示意图还要考虑一些特殊要求（如工件抬起、主轴定位、危险区等） 。决定动力头的工作循环及行程。最后，选择切削用量及附加必要的说明。综合考虑以上各种注意事项，可以看出加工示意图的绘制方法可以分为几个步骤，即刀具的选择、工序间余量的确定等。2.2.1 技术分析螺纹孔：M35 精度等级：7H材料：Q235-A 硬度： HB150加工深度 L=23mm2.2.2 刀具的选择刀具的类型的选择决定于所切螺纹的性质、所切螺纹在工件上的位置、工件的构造与尺寸及生产的批量。选用机用丝锥 M35/1.25 GB3464-83。2.2.3 切削用量的选取组合机床所选择的切削用量比一般通用机床的切削用量要低一些。总体上说：在采用多轴加工的组合机床的切削用量和切削速度要低一些。根据现有组合机床使用情况，多轴加工的切削用量比通用机床单刀加工的切削用量约30%左右。查阅 2 P51 表 2-17 攻丝切削速度加工材料为 Q235-A 切削速度：v=48m/min 14 查 10 P1142 表 14-90由公式计算得 (2-1)1 357.99/ min301.25xvmyc dvmt p取 v=8m/min进给量为丝锥的导程f=1.25mm/r由公式：v= d n 得:主轴转速 n=318r/min2.2.4 确定主轴类型、尺寸主轴类型主要依据工艺方法和刀杆与主轴的联结结构进行确定。主轴轴颈及轴端尺寸主要取决于进给抗力和主轴刀具系统结构。 通用攻螺纹主轴有两种(1)滚锥轴承攻螺纹主轴(2)滚针轴承攻螺纹主轴。 主轴类型查9 表 4-2 选用圆锥滚子轴承攻螺纹主轴 主轴尺寸根据公式： (2-2)46.210dT可算出本设计中攻螺纹主轴的大致直径式中：d主轴直径（mm） T转矩（Nm） D螺距大径（mm） P螺距（mm）加工普通碳素钢时 (2-3)95TD P由于本设计中 D=35mm，P=1.25mm，所以查9中表 3-5 攻螺纹主轴直径的确定，得攻螺纹 M35 的主轴直径 d=30mm转矩 T=39.54Nm2.2.5 选择接杆加工螺纹时，常采用攻螺纹靠模装置和攻螺纹卡头及相配套的攻螺纹接杆，15丝锥用相应的弹簧夹头装在攻螺纹接杆上。查9中图 8-1选用用于夹持 M16M45 的机用丝锥弹簧夹头。查9中图 8-6选用攻螺纹卡头及攻螺纹接杆。2.2.6 动力部件工作循环及行程的确定动力部件的工作循环是指加工时，动力部件从原始位置开始运动到加工终了位置，又返回到原位的动作过程。工作进给长度的确定L工 (2-4)12=+LLLL工：工作进给长度，：切入长度，：加工长度，：切出长度L工1LL2L=23+7=30mm L工切入长度一般为 510mm，取 7mm。 切出长度为 0。2.3 机床联系尺寸图2.3.1 机床联系尺寸图作用和内容 机床联系尺寸图是以被加工零件工序图和加工示意图为依据，并按初步选定的主要通用部件以及确定专用部件的总体结构而绘制的。是用来表示机床的配置形式、主要构成及各部件安装位置、相互关系、运动关系和操作方位的总体布局图。 机床联系尺寸总图表示的内容：16 1表示机床的配置形式和总布局。 2完整齐全的反映各部件之间的主要装配关系和联系尺寸、专用部件的主要轮廓尺寸、运动部件的运动极限位置及滑台工作循环总的工作行程和前后备量尺寸。 3标注主要通用部件的规格代号和电动机型号、功率及转速，并标出机床分组编号及组件名称，全部组件应包括机床全部通用及专用零部件。 4标明机床验收标准及安装规程。2.3.2 绘制机床尺寸联系总图之前应确定的内容动力部件的选择主要是确定动力箱和动力滑台。根据已定的工艺方案和机床配置形式并结合使用及修理因素，确定机床为卧式双面单工位组合机床，滚珠丝杠滑台实现工作进给运动，选用配套的动力箱驱动攻丝主轴。动力部件规格与滑台要匹配，其驱动功率主要依据是根据主轴所传递的切屑功率来选用。确定攻丝电机功率，应考虑丝锥钝化的影响，一般按计算功率的 1.52.5 倍选取。 (2-5)PP切削主轴箱式中：消耗于主轴的切削功率的总和，单位为 kw；P切削 主轴箱的传动效率，加工黑色金属时取 0.80.9，加工有色金属时取 0.70.8，主轴数多、传动复杂时取小值，反之取大值。查组合机床设计简明手册表 6-20则： (2-6)1.5195195 351.2580.30974097409740 35wD P vTvpkwDD 0.30/0.80.375Pkw切削本机床左右动力均采用 Y80M1-4 型电动机，=1420r/min；功率为qn0.55Kw。 (2-7)0.62626 35 1.2520026132.8876FDfHBN17第 3 章 进给系统传动方案选择实现进给驱动的电机主要有三种：步进电机、直流伺服电机和交流伺服电机。目前，步进电机只适应用于经济型数控机床，直流伺服电机在我国正广泛使用，交流伺服电机作为比较理想的驱动元件已成为发展趋势。机床的进给系统当采用不同的驱动元件时，其进给机构可能会有所不同。本课题初步选择两种刀具进给方案：凸轮进给和丝杠进给。1.凸轮进给方式工作示意图如图 3-1图 3-1 凸轮运动进给方式此方案的工作原理为：181.夹紧气缸将工件固定，丝锥固定在主轴上，主轴上安装有带轮，电机转动通过皮带带动其旋转，另有一滚轮与以上部件安装在同一可滑动平台上。2.等速直线运动凸轮安装在凸轮轴上，凸轮轴与滚轮轴平行，凸轮轴与减速器相连，减速器与动力机相连，油缸活塞杆与滑动平台连接，油缸使安装在滑动台上的滚轮紧贴凸轮。凸轮进给机构的设计既要考虑运动的性质、方向和行程机构的位置，又要考虑容许的空间和调整方便等。选择既符台凸轮工作要求、又制造经济和使用方便的凸轮机构。本课题由于进给速度低，进给量小，进给动力所消耗的功率比主运动消耗的功率小得多，为了使进给系统得到所需要的速度，因此，采用蜗轮副降速，以便缩短传动链，简化结构。此方案的缺点是凸轮计算复杂，加工难度大，电机与凸轮之间还需要增加蜗轮蜗杆减速器用以减速增矩，所以成本高，结构复杂。2.丝杠进给方式工作示意图如图 3-2图 3-2 丝杠螺母进给方式此方案的工作原理为：1.夹紧气缸将工件固定，丝锥固定在主轴上，主轴上安装有带轮，电机转动通过皮带带动其旋转，另有一滚轮与以上部件安装在同一可滑动平台上。2.丝杠螺母安装在滑动平台上，电机带动丝杆正反转即可实现平台进退动作。一、滚珠丝杠概述19滚珠丝杆是将回转运动转化为直线运动，或将直线运动转化为回转运动的理想的产品。滚珠丝杆由螺杆、螺母和滚珠组成。它的功能是将旋转运动转化成直线运动，这是滚珠螺丝的进一步延伸和发展，这项发展的重要意义就是将轴承从滚动动作变成滑动动作。由于具有很小的摩擦阻力，滚珠丝杠被广泛应用于各种工业设备和精密仪器。滚珠丝杠是工具机和精密机械上最常使用的传动元件，其主要功能是将旋转运动转换成线性运动，或将扭矩转换成轴向反覆作用力，同时兼具高精度、可逆性和高效率的特点。由于滚珠丝杠副的丝杠轴与丝杠螺母之间有很多滚珠在做滚动运动，所以能得到较高的运动效率。与过去的滑动丝杠副相比，驱动力矩达到 1/3 以下，即达到同样运动结果所需的动力为使用滚动丝杠副的 1/3。在省电方面很有帮助。滚珠丝杠副一般是用世界最高水平的机械设备连贯生产出来的，特别是在研削、组装、检查各工序的工厂环境方面，对温度、湿度进行了严格的控制，由于完善的品质管理体制使精度得以充分保证。滚珠丝杠副由于是利用滚珠运动，所以启动力矩极小，不会出现滑动运动那样的爬行现象，能保证实现精确的微进给。滚珠丝杠副可以加预压，由于预压力可使轴向间隙达到负值，进而得到较高的刚性(滚珠丝杠内通过给滚珠加预压力，在实际用于机械装置等时，由于滚珠的斥力可使丝母部的刚性增强)。滚珠丝杠由于运动效率高、发热小、所以可实现高速进给运动。二、滚珠丝杠的特点1、与滑动丝杠副相比驱动力矩为 1/3，由于滚珠丝杠副的丝杠轴与丝杠螺母之间有很多滚珠在做滚动运动，所以能得到较高的运动效率。与过去的滑动丝杠副相比驱动力矩达到 1/3 以下，即达到同样运动结果所需的动力为使用滚动丝杠副的 1/3。在省电方面很有帮助。2、高精度的保证，滚珠丝杠副是用日本制造的世界最高水平的机械设备连贯生产出来的，特别是在研削、组装、检查各工序的工厂环境方面，对温度、湿度进行了严格的控制，由于完善的品质管理体制使精度得以充分保证。203、微进给可能，滚珠丝杠副由于是利用滚珠运动，所以启动力矩极小，不会出现滑动运动那样的爬行现象，能保证实现精确的微进给。4、无侧隙、刚性高，滚珠丝杠副可以加预压，由于预压力可使轴向间隙达到负值，进而得到较高的刚性(滚珠丝杠内通过给滚珠加预压力，在实际用于机械装置等时，由于滚珠的斥力可使丝母部的刚性增强)。5、高速进给可能，滚珠丝杠由于运动效率高、发热小、所以可实现高速进给运动。三、滚珠丝杠的应用领域：1.超高 DN 值滚珠丝杠：高速工具机，高速综合加工中心机。2.端盖式滚珠丝杠：快速搬运系统，一般产业机械，自动化机械。3.高速化滚珠丝杠：CNC 机械、精密工具机、产业机械、电子机械、高速化机械。4.精密研磨级滚珠丝杠：CNC 机械，精密工具机，产业机械，电子机械，输送机械，航天工业，其它天线使用的致动器、阀门开关装置等。5.螺帽旋转式（R1）系列滚珠丝杠：半导体机械、产业用机器人、木工机、雷射加工机、搬送装置等。6.轧制级滚珠丝杠：低摩擦、运转顺畅的优点，同时供货迅速且价格低廉。 7.重负荷滚珠丝杠：全电式射出成形机、冲压机、半导体制造装置、重负荷制动器、产业机械、锻压机械。 综上所述，最后通过比较，选择方案二的滚珠丝杠作为本此设计刀具的进给方式。电机与丝杠间的联接主要有三种形式，如图 3-3 所示。1.带有齿轮传动的进给运动机床在机械进给装置中一般采用齿轮传动副来达到一定的降速比要求，如图 3-2a）所示。由于齿轮在制造中不可能达到理想齿面要求，总存在着一定的齿侧间隙才能正常工作，但齿侧间隙会造成进给系统的反向失动量，对闭环系统来说，齿侧间隙会影响系统的稳定性。因此，齿轮传动副常采用消除措施来尽量减小齿轮侧隙。但这种联接形式的机械结构比较复杂。21(c)(b)(a)图 3-3 电机与丝杠间的联接形式2.2、经同步带轮传动的进给运动如图 3-2b）所示，这种联接形式的机械结构比较简单。同步带传动综合了带传动和链传动的优点，可以避免齿轮传动时引起的振动和噪声，但只能适于低扭矩特性要求的场所。安装时中心距要求严格，且同步带与带轮的制造工艺复杂。2.3、电机通过联轴器直接与丝杠联接 如图 3-2c）所示，此结构通常是电机轴与丝杠之间采用锥环无键联接或高精度十字联轴器联接，从而使进给传动系统具有较高的传动精度和传动刚度，并大大简化了机械结构。在加工中心和精度较高的数控机床的进给运动中，普遍采用这种联接形式。根据进给系统的要求及设计要求，选择带有齿轮传动的进给运动，选用最佳降速比，可以提高机床的分辨率，并使系统折算到驱动轴上的惯量减少；尽量消除传动间隙，减少反向死区误差，提高位移精度等。22第 4 章 滚珠丝杠机构的设计计算4.1 运动设计1.降速比计算选择步进电动机型号为 110BF003，其主要技术参数为最大静转矩为，步距角 0.75,电机转动惯量：；快速空载启动时电7.84N m221.8 10Jkg m动机转速。进给传动链的脉冲当量。选滚珠丝杠的螺500 / minr0.01/mm P距为 12mm。由 （4-1） 0.75 122.5360360 0.01Si式中 步进电动机的步距角 脉冲当量，mm S 丝杠螺距，mm 2.减速齿轮的确定 选择一级减速器，选齿轮，模数，齿宽。120Z 250Z 2mmm20bmm23选择斜齿轮调隙，齿轮的参数如表 4-1。4-1 齿轮参数表法向模数nm2齿数z20齿形角20o齿顶高系数*anh1.0螺旋角15o径向变位系数x0精度等级7FK配对齿轮图号齿数50公差组检验项目代号极限偏差值1pF0.090 2ptf0.016 3tf0.0134f0.0164.2 丝杠螺母机构的选择与设计已知条件：假设工作台及刀架重：110kg，所以重量为9.8 1101078GN设计最大行程为 200mm，失动量：，工作台最高速度即为刀具0.01mm切削速度，查表选择丝杆预期寿命： 小时 ， 摩擦系max8/ minvm15000hL 数。0.2则导轨的静摩擦力。0F （4-2）0.2 1078215.6OFGN最大轴向负载24 0max160 9.81568FN1.动载强度计算 当转速时，滚珠丝杠螺母的主要破坏形式是工作表面的疲劳10 / minnr点蚀，因此要进行动载强度计算，其计算动载荷应小于或等于滚珠丝杆()Cc N螺母副的额定动负荷，即 （4-3)3cdHeqrCT f f FF 式中 动载荷系数，见表 4 -2；df 硬度影响系数，见表 4-3；Hf 当量动负荷，N；eqF 滚珠丝杠；螺母副的额定动负荷，N；rF 寿命，以为一个单位。T610 (4-4)66010eqn TT 式中 T使用寿命，h；按设计机床要求取 T=15000h N循环次数： 滚珠丝杠的当量转速，r/min。eqn (4-5）max10001000 8666.67 / min12eqvnrS 代入上式得 （4-6）666060 666.67 150006001010eqn TT 表 4-2 动载荷系数df载荷性质dfdf载荷性质df平稳轻微冲击1.01.2:中等冲击1.21.5:较大冲击和振动1.52.5:表 4-3 硬度影响系数、HfHf25硬度/HRC505552.55047.54540Hf1.01.111.351.561.922.403.85Hf1.01.111.401.672.102.644.50当工作载荷单调连续或周期行单调连续变化时，则 （4-7）00max21117.23eqFFFN式中 最大和最小工作载荷，N。0F0maxF查表 4-2， 4-3 取=1.5 =1.56 代入上式得dfHf （4-8） 331.5 1.56 1117.2618851.9922.0500cdHeqNKCT f f FN2.静强度计算 当转速时，滚珠丝杠螺母的主要破坏形式为滚珠接触面上产生10 / minnr较大的塑性变形，影响正常工作。因此，应进行静强度计算，最大计算静载荷为0()cFN 0maxcdHorFf fFF 式中 硬度硬度影响系数，见表 52；取=1.67.HfHf 滚珠丝杠螺母副的额定静负荷，N。代入得0rF 0max1.5 1.56 15683669cdHFf fFN根据计算额定动负载荷和额定静负荷初选滚珠丝杠副型号为。50125CBM其基本参数为公称直径，导程，滚珠直径。050dmm12Smm7.144Dwmm额定动负荷，额定静负荷。动载荷与静载荷载均满39348CaN0108290rFN足要求。263.临界转速校核 对于高速长丝杠有可能发生共振，需要算其临界转速，不会发生共振的最高转速为临界转速( / min).cn r 22229910ccf dnL 201.2wddD 式中 临界转速计算长度，m； 丝杠支撑方式系数。两端固定时， 代入数据得 201.250 1.2 7.14441.427wddDmm2222224.730.041991099105548.3 / min1.28ccf dnrL 远远小于其最大速度，故临界转速满足。4. 额定寿命的校核 滚珠丝杠的额定动载荷，已知其轴向载荷，39348aCNmax1568aaFFN滚珠丝杠的转速，运转条件系数，则有max666.67 / minnnr1.2wf 3636639348()10()109145 101568 1.2aawCLrrF f 69145 10228626060 666.67hLLhhn滚珠丝杠螺母副的总工作寿命，故满足要求。2286215000hLhh4.3 动力计算1.传动件转动惯量的计算a.小齿轮的转动惯量1J 41241252110.77100.77 4020 104 10JD bkg m:cL2f24.73f 27 式中齿轮分度圆直径，mm，1D1Z； 112 2040DmZmm 齿轮宽度，mm。bb.大齿轮转动惯量2J 41241232220.77100.77 10020 101.54 10JD bkg m: 式中 齿轮分度圆直径，mm2D2Z 222 50100Dmzmmc.计算工作台的转动惯量WJ 26264212()10()100 103.65 1022WSJWkg m: 式中 W工作台（包括工件）的质量， kg； S丝杠螺距，mm。d.计算丝杠的转动惯量SJ 412412320.77100.77 501280 106.2 10SoJdLkg m:式中 L支撑距，mm。e.负载折算到电动机轴上的转动惯量为： 1225334221()14 10(1.54 106.2 103.65 10 )0.00132.5rswJJJJJikg m:2.电动机力矩的计算1）计算加速力矩 Ma 0.0013 5002.719.69.6 0.025raJ nMN mT:2）计算摩擦力矩 Mf 33215.6 121010220.8 2.50.21OfF SMiN m:28式中 传动链总效率，取=0.8。3）计算附加摩擦力矩0M 23230max001568 12(1) 10(1 0.9 ) 100.285220.8 2.5FSMN mi: 式中 传动链总效率，取=0.8； 滚珠丝杠未预紧时的效率，取=0.9。004）空载启动时电动机所需力矩：00.21 0.2852.713.205afMMMMN m: 因此，选用 7.84的步进电机满足要求。N m:4.4 丝杠螺母机构的传动刚度计算 滚珠丝杠一段轴向支撑，丝杠的最小拉压刚度和最大拉压刚度分minKmaxK别为：2255minmax502.06 103.158 10/316/44 1280d EKN mmNml2256maxmin502.06 101.011 10/1011/44 400d EKN mmNml式中 E弹性模量。按近似估算，将丝杠本身的拉压刚度乘以 1/3，作为传动的综合拉压刚度，K0K即：max0max1011337/33KKNmmin0min316105.33/33KKNm反向死区误差计算0022 215.64.0910105.33FmmK 所以能满足单脉冲进给的要求。计算由于传动刚度的变化的定位误差，应使k29 0min0max11110()215.6 ()1.4105.33337kFmKK 满足由于传动刚度变化引起的定位误差小于机床定位精度的要求。11()35:第 5 章 滚珠丝杠结构设计5.1、滚珠丝杠的支承滚珠丝杠的主要载荷是轴向载荷，径向载荷主要是卧式丝杠的自重。因此对丝杠的轴向精度和轴向刚度应有较高要求，其两端支承的配置情况有：一端轴向固定一端自由的支承配置方式，通常用于短丝杠和垂直进给丝杠；一端固定一端浮动的方式，常用于较长的卧式安装丝杠；以及两端固定的安装方式，常用于长丝杠或高转速、高刚度、高精度的丝杠，这种配置方式可对丝杆进行预拉伸。因此在此课题中采用两端固定的方式，以实现高刚度、高精度以及对丝杠进行拉伸。丝杠中常用的滚动轴承有以下两种：滚针推力圆柱滚子组合轴承和接触角为 60角接触轴承，在这两种轴承中，60角接触轴承的摩擦力矩小于后者，而且可以根据需要进行组合，但刚度较后者低，目前在一般中小型数控机床中被广泛应用。滚针圆柱滚子轴承多用于重载和要求高刚度的地方。3060角接触轴承的组合配置形式有面对面的组合、背靠背组合、同向组合、一对同向与左边一个面对面组合。由于螺母与丝杠的同轴度在制造安装的过程中难免有误差，又由于面对面组合方式，两接触线与轴线交点间的距离比背对背时小，实现自动调整较易。因此在进给传动中面对面组合用得较多。在此设计中采用了以面对面配对组合的 60角接触轴承，以容易实现自动调整。滚珠丝杠工作时要发热，其温度高于床身。为了补偿因丝杠热膨胀而引起的定位精度误差，可采用丝杠预拉伸的结构，使预拉伸量略大于热膨胀量。5.2、滚珠丝杠螺母副间隙消除和预紧 滚珠丝杠螺母机构是回转运动与直线运动相互转换的传动装置，是数控机床伺服进给系统中使用最为广泛的传动装置。滚珠丝杠在轴向载荷作用下，滚珠和螺纹滚道接触区会产生严重接触变形，接触刚度与接触表面预紧力成正比。如果滚珠丝杠螺母副间存在间隙，接触刚度较小；当滚珠丝杠反向旋转时，螺母不会立即反向，存在死区，影响丝杠的传动精度。因此，滚珠丝杠螺母副必须消除间隙，并施加预紧力，以保证丝杠、滚珠和螺母之间没有间隙，提高滚珠丝杠螺母副的接触刚度。滚珠丝杠螺母副通常采用双螺母结构，如图 5-1 所示1.滚珠螺母；2.紧定螺钉；3.支座；4.滚珠丝杠；5.调整垫片31图 5-1 双螺母滚珠丝杠图中 1 代表滚珠螺母，3 代表支座，螺母与支座之间有调整垫片，通过调整垫片来调节滚珠螺母与滚珠丝杠螺纹之间的间隙。通过调整两个螺母之间的轴向位置，使两个螺母的滚珠在承受载荷之前，分别与丝杠的两个不同的侧面接触，产生一定的预紧力，以达到提高轴向刚度的目的。调整预紧有多种方式，上图所示的为垫片调整式，通过改变垫片的厚薄来改变两个螺母之间的轴向距离，实现轴向间隙消除和预紧。这种方式的优点是结构简单、刚度高、可靠性好。5.3、主要结构性能及特点的分析在本设计的进给系统中的主要结构零件是滚珠螺母丝杠，以下简要介绍其传动的形式及主要主要特点。滚珠丝杠副是由丝杠、螺母、滚珠等零件组成的机械元件，其作用是将旋转运动转变为直线运动或将直线运动转变为旋转运动，它是传统滑动丝杠的进一步延伸发展。滚珠丝杠副是在丝杠和螺母之间以滚珠为滚动体的螺旋传动元件。滚珠丝杠副有多种结构型式。按滚珠循环方式分为外循环和内循环两大类。外循环回珠器用插管式的较多，内循环回珠器用腰形槽嵌块式的较多。按螺纹轨道的截面形状分为单圆弧和双圆弧两种截形。由于双圆弧截形轴向刚度大于单圆弧截形，因此目前普遍采用双圆弧截形的丝杠。按预加负载形式分，可分为单螺母无预紧、单螺母变位导程预紧、单螺母加大钢球径向预紧、双螺母垫片预紧、双螺母差齿预紧、双螺母螺纹预紧。数控机床上常用双螺母垫片式预紧，其预紧力一般为轴向载荷的 1/3。滚珠丝杠副与滑动丝杠螺母副比较有很多优点：传动效率高、灵敏度高、传动平稳：磨损小、寿命长；可消除轴向间隙，提高轴向刚度等。32第 6 章 夹紧机构设计6.1 夹紧装置选择原则夹紧装置是夹具的重要组成部分。在设计夹紧装置时，应满足以下基本要求：1 在夹紧过程中应能保持工作定位时所获得的正确位置。2 夹紧应可靠和适当，夹紧机构一般要有自锁作用，保证在加工过程中不会产生松动或振动，夹紧工件时，不允许工件产生不适当的变形和表面损伤。3 夹紧装置应操作方便，有力，安全。4 夹紧装置的复杂程度和自动化程度应与工件的生产批量和生产方式和适应，结构设计应力求简单，紧凑，并尽可能采用标准化元件。夹紧力包括大小、方向和作用点三个要素，它们的确定是夹紧机构中首先33要解决的问题。首先，夹紧力方向的选择一般应遵循以下原则：1 夹紧力的作用方向应有利于工件的准确定位，而不能破坏定位。2 夹紧力的作用方向应尽量与工件刚度最大的方向和一致，以减小工件变形。3 夹紧力的作用方向应尽可能与切削力、工件重力方向一致，以减小所需夹紧力。其次，夹紧力作用点的选择是指在夹紧力作用方向已定的情况下，确定夹紧元件与工件接触点的位置和接角点的数目。1 夹紧力作用点应正对支承元件或位于支承元件所形成的支承面内，以保证