机械类毕业设计.doc

本科毕业论文（设计）X6132型万能升降台铣床长齿条铣削功能扩展的设计*2013 1*00* 专 业 名 称 机械设计制造及其自动化 申请学士学位所属学科 工科 指导教师姓名 、职称 （教授） 20 年 月 日摘要摘 要长齿条由于尺寸太长而无法在通用设备上加工 ,通过对X6132型万能升降台铣床简易改进，使改装有铣齿装置的X6132型铣床可同时加工几根齿条 ;目前万能升降台铣床仅是一种通用金属切削机床。机床的主轴锥孔可直接或通过附件安装各种圆柱铣刀、成型铣刀、端面铣刀、角度铣刀等刀具，适用于加工各种零部件的平面、斜面、沟槽、孔等，是机械制造、模具、仪器、仪表、汽车、摩托车等行业的理想加工设备。但是缺点主要是机床主轴纵向方式连接，某些有需要横向加工的工件无法加工。机床设计本身没有多少缺点，为了增加铣床的铣削范围和工件的总类，需要再原有基础加工方式上扩展，多样化卧式铣床的功能加工种类。目前以后许多关于改方面功能扩展的研究，但还没有系统化，大规模推广，仅是个别用户针对自身所需所进行的扩展应用。因此，为完善铣床的切削功能，系统化扩展功能标准，推动铣床效益化的应用有着巨大发展空间，为了改进X6132型万能升降台铣床的结构性能和降低制造成本，本文主要对X6132型万能升降台铣床结构进行了设计,并对该机构的个重要部件的结构、强度和刚度进行了设计分析和计算,使此简易机构在结构上更加合理,降低了材料和能源消耗,提高了生产率。设计主要结合现有的设计理念，在符合设计要求的前提下，设计时洗头的整体上主要采用了钢板焊接闭式结构，这种结构制造方便无需大型加工设备，并且，选材主要使用了45钢等常用材料，使用钢板焊接的加工工艺，因而，生产工艺性较好，一般机械厂均能制造。设计中主要使用了CAD、ProE等工程制图软件，使用了ProE软件进行受力分析。关键词： 长齿条， 铣刀 ，结构设计 ，受力分析39AbstractAbstractThe multi-layered hot press is the production plywood, the shaving board, building board and so on density fiberboard major installations. At present the equipment factory productions hot press has finalized basically, to improve hot presss structure performance and reduce the production cost, this article mainly has carried on the design to five side thrust type hot press structure, and to hot presss important part under carriers structure, the intensity and the rigidity has carried on the project analysis and calculates, causes the carrier to be more reasonable in the structure, reduced the material and the energy consumption, raised the productivity. The design main union existing design idea, in conforms to under the design requirements premise, in the design in presss rack whole has mainly used the steel plate welding closed type rack, this kind of structure manufacture convenience does not need the large-scale processing equipment, and, the selection has mainly used the I-steel, the angle steel and so on commonly used material, uses processing craft which the steel plate welds, thus, the production technology capability is good, generally the machine shop can make. In the design has mainly used CAD, engineering drawing soft wares Pro E and so on, used the software Pro E to carry on the stress analysis.窗体顶端Key words: lateral pressure type, thermal-pressing machine, structural design, stress analysis窗体底端晋中学院本科毕业论文（设计）1.引言长齿条是现代各种机床的主要部件之一 。它的生产能力和制造精度决定了现代工业的生产能力，而长齿条由于尺寸太长而无法在通用设备上加工限制了它的生产水平，这也在很大程度上决定了机床产品的质量 。长齿条生产的发展与制造技术水平的进步息息相关。人造板行业的发展对热压机生产提出了更高的要求，而更先进水平的热压机的出现则又极大地促进了人造板行业的发展。目前, 虽没有专门的长齿条加工的通用设备, 但我们通过对通用设备的改造、革新后, 照样可以生产出满足加工精度要求的长齿条.大量的齿条加工，一般都由专用设备生产制造，或设计制作专用分度机构来解决加工难题，也有设计专用分度机构在铣床上加工的。但是如果数量少，也完全可以利用铣床上原有附件，立铣头、分度头等进行齿条加工的等等，形式多样。根据零件属于小模数齿条, 若采用指状铣刀铣削, 由于提高刀具强度和刀刃开齿均有一定的难度, 为此籍在立铣头上装一刀杆, 刀杆上装一把夹角为20的特制单角盘形齿条铣刀, 扳动铣头, 使刀杆倾斜, 采用盘形齿条铣刀切削的方式,该分度机构结构简单, 一般工厂都可采用, 特别适用于小模数长齿条的加工, 至于大模数齿条, 则可采用指状铣刀加工, 以减轻操作者的劳动强度, 该分度机构还可避免由于看错刻度而产生的废品。综上所述, 这种利用专用夹具, 扩大机床的加工范围, 不仅能解决小批量生产条件下, 机床品种不足的矛盾, 而且能充分发挥机床的潜力, 节约设备投资, 保证生产任务的按期完成。本次设计在借鉴以往前人的实际设计经验和部分参数结构的前提下重点对其下铣头的结构进行了可行改进设计，使用了CAD、Pro/e等工程制图软件对该机器进行结构设计、绘制和分析。在指导教师的指导下以及同组同学的共同研讨下基本达到了预期目标。 齿轮、齿条是非常重要的传动部件，被广泛地应用于机械、航空、仪表等行业。齿轮传动与带、链、摩擦、液压等其他机械传动形式相比，具有传动精度和效率高、传动平稳、承载能力高、功率范围大、可靠性好、结构紧凑、成本低和使用寿命长等特点。因此应用非常广泛，成为多数机械产品不可或缺的传动部件。由于齿条和齿轮是机械产品的重要基础零件，其质量、性能、寿命直接影响到整机的技术经济指标。齿轮及齿条制造工艺的发展很大程度上表现在精度等级的提高和生产效率的提高上。迄今，国内外广为采用的主要切齿方法仍是滚、插、剃、磨等传统的切齿方法。齿轮加工方法根据原理可分为成形法和范成法。工业中最常用的是范成法，主要是插齿和滚齿。它们都是根据齿轮啮合原理进行加工的。本文主要讨论大尺寸齿条的加工方法1。1.3 超长齿条的机加工方法国内外发展现状1.3.1 国外超长齿条的加工方法国外加工大尺寸齿条早期都是采用各种机床加工的方法。最早在刨床上加工，然后逐渐发展为铣床加工，也有车床和磨床加工，都是采取改造的方法以实现齿条加工，使用各种附加机构实现对齿条精度的控制，在很长一段时间内都没有实现数控。因为与其他数控机床相比，齿轮及齿条数控加工技术复杂，所以起步较晚。在20世纪80年代以后，国外开始出现商品化的全功能数控齿条加工机床，并小批量的推向市场。近年来，由于微电子技术的迅速发展和以现代控制理论为基础的高精度、高速响应交流伺服系统的出现，为齿条数控加工系统的发展提供了良好的条件和机遇。高水平的全数控CNC齿条加工机床已成为国外齿条加工的主流。比如美、日、欧都生产大量的数控插齿机，并对我国实施技术封锁，很多国内的齿条生产企业不得不高价购买进口插齿机进行生产。90年代以来，数控火焰精密切割成型技术迅速发展，这是一种节约能源、降低消耗、提高效率的新技术、新工艺，是先进切割技术中的重要组成部分。正是因为数控火焰切割技术具有以上的特点，国外已有使用这种技术进行超长齿条加工的。对于大模数、高合金材料、大厚度的齿轮齿条，数控火焰切割具有很大的优势，但对于表面精度要求较高的齿条需要二次修磨。1.3.2 国内超长齿条的加工方法 国内在齿条加工领域技术要落后于国外。加工方法也相对落后。如果要生产的齿条数量不大，精度不是很高时，基本上不采用专用机床加工，而是采取对现有设备改造的方法。改造现有的刨床、铣床，再增加附加机构，利用附加机构来保证分齿精度。与之类似的还有改造车床进行齿条加工的方法。这些方法都有一些共同点：1， 不引进新设备，而是对旧设备进行改造。生产的批量不大。2， 加工精度不高，仅仅能满足单独的设计要求，不能满足市场对高精度齿条的需求。3， 加工效率不高。20世纪70年代，我国开始了数控齿轮齿条加工机床的研究。国内的主要研究生产单位有：上海机床厂、重庆机床厂、秦川发展集团、南京第二机床厂、天津第一机床厂等。国内的数控机床起步较晚，但发展很快，然而所配备的数控系统还都是国外的。国内从事齿条数控技术系统研究的有合肥工业大学、华中科技大学、甘肃大学等。2005年，宜昌长机科技股份有限公司设计生产的YK58200数控大型齿条插齿机进通过了湖北省宜昌市科技局的鉴定。成为了国内走在前列的数控齿条生产单位。1.4 齿条加工技术的发展趋势可扩展齿轮加工技术的发展是在不断追求加工精度的提高和加工效率的提高上，具体表现在以下几个方面：1， 数控化目前国内大部分还在采用传统的加工方法，效率低下，精度不高。而数控化既可以提高加工精度又可以提高加工效率，数控齿轮齿条加工机床大有取代传统齿轮齿条加工机床的趋势。2， 智能化可根据机床的应力应变和温升情况，动态调节机床切削的工艺参数，即切削用量，保证工件的加工精度和机床的切削效率。3， 高速化对于小模数齿轮齿条，由于高性能齿轮齿条机床的问世，加上刀具性能的改善，切削速度有了很大的提升。滚齿机切削速度可达90m/s；插齿机的冲程数可达2000次/分。在磨齿方面，卡谱公司研制的磨床，砂轮转速达60000r/min，线速度达250m/s。4， 高精度由于计算技术的迅速发展和插补算法的不断改进，数控系统的数据处理和曲线拟合精度可以达到很高，前馈控制、非线性控制、模糊控制、神经网络控制等多种智能控制方式的采用，极大地改善了伺服系统的跟踪响应特性，从而提高了齿轮的加工精度。伺服系统的脉冲当量的进一步减小，机械传动链进一步被缩短或完全被取代，以及刀具磨损的自动补偿功能和误差补偿功能的应用，也使得齿轮齿条的加工精度在很大程度上得到了提高。自20世纪70年代以来各种齿轮齿条的制造精度，普遍提高一级左右，有的甚至二至三级。5， 集成化齿轮齿条机床，特别是大型机床，有集多种工艺于一体的趋势。如德国胡尔特（HURTH）公司的WF3500滚齿机，将滚齿、插齿、磨齿和齿轮检测于一体，只需更换切削头，就可实现相应的齿轮加工功能。同时还可以对加工过程中的齿轮进行检测，以决定加工用量。6， 环保化如干切削工艺的采用，由于无切削液，避免了油液污染空气和环境，符合环保要求，同时工件不受油污污染，工件干净，属于无污染的新工艺，且可节省大量的能量，也符合环保的要求。7， 新工艺的不断涌现8， 满足齿轮齿条加工专业化、个性化的要求主要表现在两个方面：一，操作界面友善。基于Windows的图形化操作界面为齿轮齿条加工时大量的参数输入提供了友善的界面，并能以齿轮齿条加工工艺数据库为依托，提供在线帮助，或提供优化的工艺参数。二，具有丰富的自动编程功能，能根据操作界面所提供的数据自动生成数控代码，供数控系统驱动伺服系统工作。1.5 本文研究的主要内容本文研究了目前已有的各种加工方法，对它们进行阐述。主要分析的加工方法有：刨削加工、铣削加工、车削加工、插齿机加工、数控火焰切割加工，综合分析每种加工方法的优缺点，生产成本，加工效率，适用范围，发展前景等。由国内已有的电火花线切割加工齿条刀具入手，研究电火花线切割加工。将各种加工方法最后进行横向对比，研究一种新型实用的大型齿条加工方法，并研究此种加工方法在不同长度，不同模数的齿条加工的变形情况，及其对加工精度的影响。并对这种加工机床的控制进行前瞻性的设计。可扩展1.2改进装置的特点该分度机构结构简单, 一般工厂都可采用, 特别适用于小模数长齿条的加工, 至于大模数齿条, 则可采用指状铣刀加工, 以减轻操作者的劳动强度, 该分度机构还可避免由于看错刻度而产生的废品。综上所述, 这种利用专用夹具, 扩大机床的加工范围, 不仅能解决小批量生产条件下, 机床品种不足的矛盾, 而且能充分发挥机床的潜力, 节约设备投资, 保证生产任务的按期完成。此铣头装置除整个结构布局合理、紧凑、外形美观、精密度高外，还具有以下特点：结构简单，易于维修，操作简单。2.铣头的结构设计铣头改进装置的整机设计采用了框架式结构，整体使用燕尾槽结构的铣头通过一对直齿圆锥齿轮和一对直齿圆柱齿轮将运动传递至铣刀上，根据加工的长齿条具体的参数和材料，选择转速和背吃刀量的参数。整机结构见下图：图2-1 铣头的结构其中铣头的主要技术参数为：直齿圆锥齿轮传动比：1.28（将层层热压板向上顶起且保证压机工作时板坯不发生翘曲，泄压时靠压机自重下降）直齿圆柱齿轮传动比：1（将板坯侧向加紧）铣头主要尺寸：2550*1370*42mm推力球轴承的型号及主要参数：100mm详细尺寸结构参考零件图：BYSJ-01。2.1框架结构最上部为上燕尾槽接口，为加强强度且是其与铣床的悬臂梁紧密接触，燕尾槽的两端需要开两个U型槽，其宽度为5，这样在两端在传入一根螺杆，用来加紧铣头使其能紧密的于铣床的悬梁接触。每个热压板间距离是100mm。侧压缸在同一侧，与侧压板连接。止推板在另一侧，厚度均为10mm。热压板通过方形钢管和阶梯形挡块定位。为了方便热压机在工作时热压板上升过程中位置的找正，将梯形挡块开有45度倒角，以便起到引导作用。为了使两个侧压缸推力相同以及下托板在上升过程中的平稳，使用齿轮齿条机构进行调节。第六块热压板直接焊接于下托板上，它与下托板之间同样有一厚度为10mm钢板加强其强度。柱塞缸与焊接在底座上的法兰通过螺栓连接在一起，使用厚度为14mm的钢板。四个柱塞缸通过两组齿轮齿条控制同步压力。立柱采用H钢，型号为28a。2.2柱塞结构该结构主要有两部分组成柱塞和柱塞缸，两者的结构分别表示如下图示：图2.1柱塞结构柱塞缸主要采用14mm的钢板卷筒焊接而成，其结构简单制造方便。将该结构安装在下横梁上，并通过一块14mm厚的钢板与之焊接为一体。钢板上安装法兰以实现工作要求。2.3上托板结构为了考虑材料和该结构的受力特点，通过对不同结构形式的托板受力分析，选择受力最小且受力最为合理的结构，其结构设计为两边带有加强肋，中部为正方形结构且加强肋在其对角线上。结构示意图如下所示：图2.3 上托板结构详细尺寸结构参考零件图BYSJ-02。2.4下托板结构下托板是该机器的主要受力部件之一，为了使受力均匀和节省材料从而降低生产成本，在参考了以往的设计经验并通过对不同结构形式的托板进行受力分析，最终选择了受力最小且受力最为合理的结构，其结构设计为将托板均匀分成四部分，每部分的加强肋设计在其对角线上，连接柱塞法兰的结构设计在该肋板的几何中心上。结构如下图所示：图2.4下托板结构详细尺寸结构参考零件图：BYSJ-03。2.5平衡机构简要设计2.5.1工作原理由于液压系统在工作时，对柱塞缸的压力油供应不均匀，而使下托板以及侧压板在工作时不平衡。为了使液压缸柱塞将下托板顶起工作时下托板平衡的上升，及侧压板工作时平衡的对板坯进行加紧而设计了该平衡机构。它主要由齿轮齿条机构来保证，将两个相同的齿轮安装在同一根轴上，将齿条与下托板相连。在侧压板上的平衡机构的结构于此相同，在此仅以下托板处的平衡机构的结构为例加以说明。具体结构如下图所示：图2.5平衡机构（齿轮齿条机构）参考了机械设计齿轮设计例题分析，由于该压机的工作压力最大为90吨，所以平衡机构中齿轮转速不高，受力不是太大的特点，可将齿轮精度等级确定为IT7(GB10095-88)。选择其材料为40Cr（）硬度为280HBS，齿条的材料选为45钢（调质）硬度为240HBS，两者材料硬度差为40HBS，符合了设计的基本要求。现将其主要的设计过程简要叙述如下：1)初选齿轮齿数为=24，齿数比u=4；2)主要公式：接触疲劳许用应力分度圆直径： T=Fd/2=11250。其中F为液压缸工作参数90t；d为平衡轴直径；有机械设计表10-6查得材料的弹性影响系数=189.8,有图10-21d按齿面硬度查齿轮的接触疲劳强度极限=600；由图10-19去接触疲劳寿命系数=0.95。3)按齿根弯曲强度设计时=0.93mm由图10-20c查得齿轮的弯曲疲劳强度极限=500,查图10-18取弯曲疲劳寿命系数=0.85,取弯曲疲劳安全系数S=1.4，故而 =303.6，载荷系数 查表10-5查得。齿轮的接触疲劳强度决定了承载能，它仅与齿轮的直径有关，为同时考虑制造及安装方便，可将该齿轮的模数适当放大，取为m=2.5，这样设计的齿轮齿条传动既能满足齿面接触疲劳强度，又满足了齿根弯曲疲劳强度，并做到了结构紧凑便于生产制造。齿轮的主要设计参数：材料：40Cr（调质）精度等级：IT7模数：2.5压力角：20齿槽宽：3.93 mm齿顶高：2.5 mm齿根高：68.76 mm齿高：5.62 mm齿厚：3.93 mm齿根圆半径：64.38 mm具体尺寸参阅零件图：BYSJ-04。2.5.2齿条的设计根据齿条的特性及该机构的特点，其设计参数有：材料：45钢（调质）精度等级：IT7模数：2.5齿形角：20齿槽宽：3.93 mm齿顶高：2.5 mm齿根高：3.12 mm齿高：5.62 mm齿厚：3.93 mm齿根圆半径：26.88 mm结构示意图如下：图2.5.2齿条结构参考零件图：BYSJ-05。2.5.3键的选择根据平衡轴径d=25mm查附表5.20普通平键（GB 1095、1096-2003摘录）选择普通A型平键，主要参数： 轴深 t=4.0 毂深t=3.3 根据齿轮宽选键长L=55mm；材料Q275A (GB/1096-2003)。2.6轴承的选取根据前文中设计的轴的最小直径d=25mm查机械设计手册选取深沟球轴承代号为：6005。具体参数见下图：其中，查机械设计课程设计附录4.2 深沟球轴承（GB/T 276-94摘录）得到主要的参数值有：d=25mmD=47mmB=12mm。2.7铣头支架结构由于该支架主要对侧压缸起固定作用，将其焊接在热压板上，工作时随热压板一起上下运动。经受力计算该结构主体部分可由14mm钢板焊接；加强肋部分由10mm钢板焊接组成，这种结构在受力方面比较理想。结构示意图如下：图2.7侧压钢支架三视图具体尺寸参阅零件图：BYSJ-06。2.8锁紧螺栓设计校核根据热压机的侧压力10吨以及部件的连接需要，初选公称直径为13mm的螺栓，为保证其正常工作现对其进行校核。受轴向载荷的紧螺栓（静载荷）连接的校核计算结果：工作载荷 Fc = 3.125 kN 残余预紧力系数K = 1.6 总载荷 F0 = 8.13 kN 相对刚度 = 0.25 预紧力 Fp = 7.34 kN 螺栓机械性能等级 = 6.8 螺栓屈服强度 s = 480 MPa 安全系数 Ss1 = 2 螺栓许用应力 = 160.00 MPa 选择材料为：45钢 螺栓公称直径 Md = M13 螺栓小径d1 = 10.106 mm 螺栓计算应力 = 132.1 MPa 校核计算结果： 满足强度要求受轴向载荷的紧螺栓（动载荷）连接校核计算结果：工作载荷 Fc = 3.125 kN 相对刚度 = 0.25 螺栓材料：Q235A 螺栓抗拉强度 = 440 MPa 螺栓屈服强度 = 240 MPa 抗压疲劳强度= 140 MPa 尺寸因数 = 1 制造工艺因数= 1 受力不均匀因数 = 1 缺口应力集中因数= 3.9 安全系数= 2 螺栓许用应力幅= 17.95 MPa 螺栓公称直径= M12 螺栓小径= 10.106 mm 螺栓计算应力幅= 4.89 MPa校核计算结果： 满足故选择公称直径为13的螺栓，材料为Q235A，处理。3.铣头主要部件的受力分析3.1直齿圆锥齿轮的设计校核 三对球轴承的效率 1= 0.99开式直齿圆锥齿传动效率2= 0.93开式直齿圆柱齿传动效率3= 0.95b. 总效率=12 23 3456=0.930.993 0.95 =0.857c. 所需电动机的输出功率 Pr=Pw*=7.5*0.791=5.92kwPr=Pw*=2.4*0.808=5.46kw3.1.1动和动力参数的计算总传动比i=1.283.1.2 各轴的转矩，由式：T=9.55Pi/ni 可得：T0=0.503 Nm, T1=0.464 Nm 传动零件的设计计算1. 闭式直齿轮圆锥齿轮传动的设计计算a选材：小齿轮材料选用45号钢，调质处理，HB=217255，HP1=580 Mpa，Fmin1 =220 Mpa大齿轮材料选用45号钢，正火处理，HB=162217，HP2=560 Mpa，Fmin2 =210 Mpab. 由参考文献2（以下简称2）式（533），计算应力循环次数N：N1=60njL=60901811250=0.118810 N2=N1/i2 =1.1880.64=0.760310查图517得 ZN1=1.0，ZN2=1.12，由式（529）得 ZX1=ZX2=1.0，取SHmin=1.0，ZW=1.0，ZLVR=0.92，H1=HP1ZLVRZWZX1ZN1/SHmin=5800.92=533.6 Mpa，H2=HP2ZN2ZX2ZWZLVR/SHmi n =5601.120.92=577 MpaH1 H2，计算取H= H2=533.6 Mpac按齿面接触强度设计小齿轮大端模数（由于小齿轮更容易失效故按小齿轮设计）： 取齿数 Z1=25，则Z2=Z1 i12=1.2525=31.25，取Z2=32实际传动比u=Z2/Z1=32/25=1.28，且u=tan2=cot1，2=58，1=32，则小圆锥齿轮的当量齿数zm1=z1/cos1 =25/cos32=29.479，zm2=z2/cos2=32/cos58=60.387由2图5-14，5-15得 YFa=2.6，Ysa=1.68，YFa2=2.33，Ysa2=1.85ZH=2/cossin=2/cos20sin20=2.5 由2表11-5有 ZE=189.8，取KtZ=1.1， 由2 取K=1.4又 T1=0.503 Nm，u= 1.6 R=0.3 由2式5-56计算小齿轮大端模数： m4KT1YFaYsa/RZF（1-0.5R）2 u2 +1 将各值代得 m1.698由2表5-9取 m=3 d齿轮参数计算：大端分度圆直径 d1=mz1=321=63，d2=mz2=379=237齿顶圆直径 da1=d1+2mcos1=63+6cos17.7035=68.715，da2=d2+2mcos2=237+6cos72.2965=238.827齿根圆直径df1=d1-2.4mcos1=63-7.2cos17.7035=56.142df2=d2-2.4mcos2=237-7.2cos72.2965=231.808齿轮锥距 R=d1+ d2/2=122.615，大端圆周速度 v=d1n1/60000=3.1463960/60000=3.165m/s，齿宽b=RR =0.3122.615=36.78由2表5-6，选齿轮精度为8级由1表4.10-2得1=（0.10.2）R=（0.10.2）305.500=30.0560.1取1=10，2=14,c=10轮宽 L1=（0.10.2）d1=（0.10.2）93=12.4L2=（0.10.2）d2=（0.10.2）291=39e验算齿面接触疲劳强度： 按2式5-53H= ZHZE2KT1u+1/bd u（1-0.5R）2 ，代入各值得H=470.899H =533.6 Mpa 小齿轮满足接触疲劳强度，且大齿轮比小齿轮接触强度高，故齿轮满足接触强度条件f齿轮弯曲疲劳强度校核：按2式5-55由2图5-19得YN1=YN2=1.0，由2式 5-32及m=25，得YX1=YX2=1.0取YST=2.0，SFmin=1.4，由2式5-31计算许用弯曲应力：F1= Fmin1YFa1Ysa1YST/ SFmin =2202.0/1.4=314.29 MpaF2= Fmin2YFa2Ysa2YST/ SFmin =2102.0/1.4=300 MpaF1F2， F=F2=300 Mpa由2式5-24计算齿跟弯曲应力：F1=2KT1YFa1Ysa1/b1md1（1-0.5R）=21.4800702.81.55/0.85228.93562=181.59 300 MpaF2=F1 YFa2Ysa2/（YFa1Ysa1）=181.591.812.23/（2.81.55）=178.28300Mpa两齿轮满足齿跟弯曲疲劳强度3.2铣头的设计校核上托板与热压板间附有10mm厚钢板来加强其强度。上托板由厚度为14mm高为300mm的钢板焊接而成。由于其复杂的交叉结构，传统的材料力学分析解决问题的方法十分繁琐，此处借用WildfirePro/E 5.0里面的有限元分析工具进行校核计算。首先建立三维模型如图：图3.2.1上托板三维模型三维模型建成后进行受力分析的准备工作：先进行模型设置材料选择材料的分配施加位移约束定义位移约束定义载荷性质（第一块热压板受到均匀的压力载荷，将90t压力均匀分配到热压板上）建立模型分析定义结果定义。图3.2.2上托板受力模型系统开始运行，随后便可运行出想要得到的结果。如图所示：图3.2.2整体受力系统开始运行，随后便可运行出想要得到的结果。如图所示：图3.2.3运行结果图3.2.5受力结果从图3.2.5中看出，该结构最大应力处应力为79.9Mpa，该结构用45号钢，其抗拉强度为353MP，由于90t为该热压机极限压力，热压机在工作是几乎不会达到该力，此设计结构是偏安全的，符合设计要求。3.3长齿条夹具的结构设计结合该部件的结构特点利用三维ProE建立立体模型如下图所示：图3.3.1加力后的三维立体模型 按照以上方法进行加力、加约束、建立静态分析模型。运行结果如图：图3.3.2运行结果图3.3.3运行结果图3.3.4运行结果3.1 长齿条的加工内容从零件的结构上分析该零件主要由平面、孔系组成，加工内容包括：铣削A、B两个平面、加工一个60H7mm的通孔、加工4个16mm的阶梯孔、加工4个12H8mm的阶梯孔以及加工4个M16-H7mm的内孔螺纹。且加工内容集中在A、B两个平面上。孔的最高精度为IT7级，最高的表面粗糙度值为Ra0.8um。从定位和加工两个方面综合考虑，以A面为主要定位基准，为箱体类零件的加工，适合用加工中心加工完成。根据零件图分析以及加工要求可选材料为铸铁。3.2长齿条的加工要求盖板的主要加工要求为：60H7mm的通孔的尺寸公差为H7，表面粗糙度要求较高，为Ra0.8um。4X16mm的阶梯孔只标注了基本尺寸，并未标注尺寸公差等级，可按自由尺寸公差等级IT11IT12处理，表面粗糙度要求不高，为Ra12.5um。4X12H8mm的阶梯孔的尺寸公差为H8, 表面粗糙度要求较高，为Ra0.8um。4XM16-H7mm的内孔螺纹的尺寸公差为H7。平面的表面粗糙度要求为Ra6.3um。3.3长齿条的加工方法（1）由于A、B两个平面的表面粗糙度为Ra6.3um，故拟选择的加工工艺方案为：先用面铣刀粗铣，然后精铣。（2）4X12H8mm的阶梯孔的表面粗糙度为Ra0.8um，为防止钻偏和满足IT8级公差精度，故拟选择的加工工艺方案为：先用中心钻钻中心孔，然后用麻花钻钻孔，再用扩孔钻扩孔，最后用铰刀铰孔。（3）4X16mm的阶梯孔可在已加工4X12H8mm的阶梯孔的基础上锪至所需尺寸即可。（4）由于60H7mm的通孔的表面粗糙度为Ra0.8um；加工要求较高，故拟选择的加工工艺方案为：先用中心钻钻中心孔，然后用扩孔钻扩孔，再用镗刀粗镗孔，再用镗刀半精镗孔，最后用镗刀精镗孔。（5）4XM16-H7mm的内螺纹孔选择的加工工艺方案为：先用中心钻钻中心孔，然后用麻花钻钻底孔，再用用麻花钻倒底孔倒角，最后用丝锥攻内孔螺纹。第4章、设计加工工艺方案4.1确定加工顺序按照基面先行、先面后孔、先主后次、先粗后精的原则确定加工顺序。由零件图可知，零件的高度Z向基准是A面，长、宽方向的基准是60H7 mm通孔的中心轴线。从工艺的角度看，A面也是加工零件各结构的基准定位面，因此，在对各个加工内容加工的先后顺序的排列中，第一个要加工的面是A面，且A面的加工与其它结构的加工不可以放在同一个工序。按数控加工应尽量集中工序加工以及夹具设计的原则，可把60H7 mm的通孔、4个12H8mm的阶梯孔、4个16 mm的阶梯孔、以及B面在一次装夹中加工出来。这样按装夹次数为划分工序的依据，则该零件的加工主要划分为三个工序，并且次序是：（1）先用平面铣刀粗铣A面，然后精铣A面。 （2）先用平面铣刀粗铣B面，然后精铣B面，然后用中心钻钻各孔系的中心孔，然后用扩孔钻扩60H7 mm孔，再用镗刀粗镗、半精镗、精镗60H7 mm孔，最后钻、扩、锪、铰钻4个12H8 mm以及4个16 mm的孔。（3）先用麻花钻钻 4个M16-H7 mm的内螺纹孔的底孔，再用麻花钻倒4个M16-H7 mm内螺纹孔的底孔端角、然后用丝锥攻4个M16-H7 mm内孔螺纹，最后用立铣刀铣削四个侧面至所需尺寸。 具体加工过程见盖板零件的机械加工工艺过程卡和盖板零件的数控加工工序卡。至此盖板零件的加工顺序基本确定，总结如下：(1)第一次装夹：用平面铣刀粗铣A面-精铣A面(2) 第二次装夹：用平面铣刀粗铣B面-精铣B-钻各孔系的中心孔-扩60H7 mm孔-粗、半精、精镗60H7 mm孔-钻、扩、锪、铰4个12H8 mm以及4个16 mm的孔（3）第三次装夹：钻4个M16-H7 mm的内孔螺纹钻底孔-倒4个M16-H7 mm内螺纹孔的底孔端角-攻4个M16-H7 mm内孔螺纹-铣削四个侧面4.2确定工件的装夹方案该长齿条零件形状简单，加工面与不加工面之间的位置精度要求高，根据课题设计要求孔加工夹具设计，故可先用通用夹具平口虎钳直接装夹加工面及一部分孔，再用设计的孔加工夹具装夹加工。根据零件的结构特点，加工该零件可分三次装夹。第一次装夹：以盖板毛坯一底面和相邻的两个侧面定位，用平口虎钳从侧面进行夹紧，加工A面。第二次装夹：以已加工的A面和相邻的两个侧面定位，用平口虎钳从侧面进行夹紧，加工B面、4个16mm的阶梯孔。一个60H7mm的通孔、4个12H8mm的通孔。其装夹方式如图4-1所示。图4-1平口钳装夹第三次装夹：用设计的孔加工夹具夹紧工件，加工4个M16-H7mm的内螺纹孔以及盖板的四个侧面。4.3制订加工工艺方案（1）A、B两个平面的表面粗糙度为Ra6.3um，可用面铣刀粗铣-精铣的方法加工。 （2）由于60H7mm的通孔的表面粗糙度为Ra0.8um；加工要求较高，拟选择的加工工艺方案可为：用3 mm的中心钻钻一个中心孔-用30 mm的扩孔钻扩孔-用58 mm的镗刀粗镗孔-用59.95 mm的镗刀半精镗孔-用60 mm的镗刀精镗孔（3）4X12H8mm的阶梯孔的表面粗糙度为Ra0.8um，为防止钻偏和满足IT8级公差精度，拟选择的加工工艺方案为：用3 mm的中心钻钻四个中心孔-用10 mm的麻花钻钻孔-用11.85 mm的扩孔钻扩孔-用12 mm的铰刀铰孔。（4）4X16mm的阶梯孔可在已加工4X12H8mm的阶梯孔的基础上用16 mm的阶梯铣刀锪至所需尺寸即可。（5）4XM16-H7mm的内螺纹孔选择的加工工艺方案为：用3 mm的中心钻钻四个中心孔-用14 mm的麻花钻钻底孔-用18 mm的麻花钻倒底孔端角-用M16 mm的机用丝锥攻内螺纹孔。并且盖板零件各结构的加工顺序为：（1）用平面铣刀粗铣A面-精铣A面 （2） 粗铣B面-精铣B面-钻各孔系的中心孔-扩60H7 mm孔-粗、半精、精镗60H7 mm孔-钻、扩、锪、铰4个12H8 mm以及4个16 mm的孔（3）钻4个M16-H7 mm的内孔螺纹钻底孔-倒4个M16-H7 mm内螺纹孔的底孔端角-攻4个M16-H7 mm内孔螺纹-铣削盖板的四个侧面第5章、确定工序和走刀路线5.1确定工序（1）工序一 制造毛坯，根据盖板的加工特点，可选用铸造的方法铸造毛坯，各部留单边余量23 mm。（2）工序二以盖板毛坯一底面和相邻的两个侧面定位，用平口虎钳从侧面进行夹紧，加工A面。（3）工序三以已加工的A面和相邻的两个侧面定位，用平口虎钳从侧面进行夹紧，加工B面、4个16mm的阶梯孔。4个12H8mm的通孔、一个60H7mm的通孔。（4）工序四用设计的孔加工夹具夹住工件，加工4个M16-H7 mm内螺纹孔以及盖板的四个侧面。（5）工序五 去毛刺（6）工序六 检验已加工成品盖板的质量5.2确定进给路线5.2.1选择进给路线的依据B面的粗、精铣削加工进给路线根据铣刀直径确定，因所选铣刀直径为100mm，故安排沿z方向两次进给。所有孔加工进给路线均按最短路线确定，因为孔的位置精度要求不高，机床的定位精度完全能保证，后面所示各图即为各孔加工工步的进给路线。5.2.2铣削A面的进给路线5.2.3铣削B面的进给路线5.2.4镗60H7通孔的进给路线5.2.5钻中心孔的进给路线5.2.6钻、扩、铰12H8孔的进给路线5.2.7锪16的阶梯孔的进给路线5.2.8钻螺纹底孔、攻M16H8螺纹孔的进给路线第6章、选择机床、工艺装备6.1毛坯的选择因为待加工的零件为箱体类零件，且为正方形快件，其长和宽都为160 mm,高为15 mm,故可选毛坯为165mmx165mmx18mm的方形块状铸件，其材料为铸铁。6.2机床的选择由于B面以及B面上的全部孔只需单工位即可加工完成，故选用立式加工中心。该盖板零件的加工内容只有面和孔，根据其精度和表面粗糙度的要求，经粗铣、精铣、粗镗、半精镗、精镗、钻、扩、锪、铰及攻螺纹即可达到全部要求，所需刀具不超过20把。故选用国产XH714型立式加工中心。白机床工作台尺寸为400 mmX800 mm，x轴行程为600 mm，y轴行程为400 mm，z轴行程为400 mm，主轴端面至工作台台面的距离为125 mm-525 mm，定位精度和重复定位精度分别为0.02 mm和0.01 mm，刀库容量为18把，工件一次装夹后可自动完成粗铣、精铣、粗镗、半精镗、精镗、钻、扩、锪、铰及攻螺纹等工步的加工。加工中心如图6-1所示。图6-16.3刀具的选用根据零件的加工工艺要求；平面铣削A面和B面时，表面长和宽均为165 mm，拟选用面铣刀单次平面铣削，为使铣刀工作时有合理的切入切出角，面铣刀直径尺寸的选择最理想的宽度应为材料宽度的0.81.0倍，因此可选用100 mm的硬质合金面铣刀，齿数为12，先走刀完成粗铣，设定粗铣后留精加工余量为0.5mm。完成粗铣之后进行精铣至所需尺寸。根据孔加工刀具的选用原则：加工60H7 mm的通孔时，可先选用3 mm的中心钻钻中心孔，再选用30 mm的扩孔钻扩孔，再选用58 mm的镗刀粗镗孔，再选用59.95 mm的镗刀半精镗孔，最后选用60 mm的镗刀精镗孔；加工4X12H8mm的阶梯孔时，可先选用3 mm的中心钻钻四个中心孔，再选用10 mm的麻花钻钻孔，再选用11.85 mm的扩孔钻扩孔，最后选用12 mm的铰刀铰孔；加工4XM16-H7mm的内螺纹孔时，可先选用3 mm的中心钻钻四个中心孔，再选用14 mm的麻花钻钻底孔，再选用18 mm的麻花钻倒底孔端角，最后选用M16 mm的机用丝锥攻内螺纹孔；加工4X16mm的阶梯孔时，可在已加工4X12H8mm的阶梯孔的基础上选用16 mm的阶梯铣刀锪至所需尺寸。 加工该盖板零件的各种刀具如图6-2图6-9所示。图6-2面铣刀6.4量具的选择根据零件的加工的尺寸要求，加工该零件选用千分尺、塞规、内螺纹规等对该零件进行测量及校准即可。第8章、确定切削用量8.1切削用量的选择依据切削用量的选择应充分考虑零件的加工精度、表面粗糙度，以及刀具的强度、刚度和加工效率等因素，可在机床说明书允许的范围之内，查阅手册并结合经验确定。经参考表8-18-3并根据经验确定切削用量。表8-1高速钢钻头加工铸铁的切削用量材料硬度切削用量钻头直径160-200HBS200-300HBS300-400HBSvc(m/min)f(mm/r) vc(m/min)f(mm/r)vc(m/min)f(mm/r)1-616-240.07-0.1210-180.05-0.15-120.03-0.086-1216-240.12-0.210-180.1-0.185-120.08-0.1512-2416-240.2-0.410-180.18-0.255-120.15-0.222-5016-240.4-0.810-180.25-0.45-120.2-0.3表8-2高速钢铰刀铰孔的切削用量材料硬度切削用量钻头直径铸铁钢及合金钢吕铜及其合金vc(m/min)f(mm/r) vc(m/min)f(mm/r)v