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数控铣沟机床铣头送料结构设计【4张CAD图纸+毕业论文】【答辩优秀】

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数控铣沟机床铣头送料结构设计

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A0-数控铣沟外形图.dwg

A0-送料机构装配图.dwg

A0-铣头部分1.dwg

A0-铣头部分2.dwg

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关键词：: 数控机床铣头送料结构设计全套 cad 图纸毕业论文答辩优秀优良

资源描述：

摘要

“数控铣沟机床”是一种铣制刀具沟槽的高效自动化专用机床，属于现代经济型数控专机，目前国内尚无该种专机。国内现行铣制刀具沟槽仍采用通用铣床，加工质量和加工效率较低，产品无竞争力，满足不了现实生产需求。本文主要设计的是数控铣沟机床的机械结构。

铣床的机械结构主要由二部分组成：

1.铣头部分安装在铣床上并与主轴连接，用于带动铣刀旋转的机床附件，功能为将驱动装置的运动机动力传给执行件，以实现主切削运动。

2.自动送料系统它包括动力源、传动件及进给运动执行件（工作台，刀架）等，其功用是将步进驱动装置的运动与动力传给执行件，以实现进给切削运动。

关键词数控铣沟机床;铣头部分;自动送料系统

Abstract

Computer numerical control milling groove machine" is a kind of milling cutter groove efficient automatic special machine tool, which belongs to the modern economic type NC plane, there is no such a plane. Current domestic milling cutter grooves are still using the universal milling machine, machining quality and machining efficiency is low, the product is not competitive, can not meet the actual production needs. This paper is the design of the mechanical structure of the machine tool numerical control milling groove.

Milling machine mechanical structure is mainly composed of two parts:

The 1 milling machine mechanical structure is mainly composed of two parts: Milling head part milling machine and connected to the spindle, machine tool accessories used to drive the cutter rotation function for the power to the movement of the drive unit to perform pieces, in order to achieve the main cutting movement.

The2 automatic feeding system comprises a power source, transmission parts and the feed motion actuator (work bench, tool ), its function is the stepping driving device and power transmission to the actuator movement, in order to realize cutting feed motion.

Key words numerical control milling groove machine; milling head part; automatic feeding system

摘要I

AbstractII

第1章绪论1

1.1 课题研究现状1

1.2 国内外在该方向的研究现状及分析1

1.3 课题研究方案和预期达到的目标2

1.4 设计论文的基本内容2

第2章数控铣床总体设计3

2.1 数控铣床的布局3

2.2 数控铣床主要规格与参数3

2.3 本章小结4

第3章数控铣沟机床的铣头部分设计5

3.1 铣头部分的组成5

3.2 铣头部分的分类和初步计算5

3.3 铣头部分电机的选择7

3.4 带传动的设计计算8

3.5 轴的设计计算10

3.6 齿轮的设计计算11

3.7 齿轮强度的校核12

3.8 轴的强度的校核15

3.9 本章小结17

第4章数控铣沟机床自动送料机构18

4.1 自动送料机构的要求18

4.2 自动送料机构的设计18

4.3 本章小结19

第5章数控铣沟机床的液压部分设计20

5.1 液压系统的组成20

5.2 液压传动的应用20

5.3 液压部分的设计计算21

5.4 本章小结27

结论28

致谢29

参考文献30

附录131

附录234

第1章绪论

1.1 课题研究现状

该课题的目的是为解决现实生产中存在的产品质量低，生产效率低和生产加工刀具沟槽的落后现状，实现刀具生产工艺装备现代化和加工刀具沟槽柔性化，提高刀具制造工艺水平。该课题的研制成功将会对大力发展小而专的数控自动化专机生产技术作出贡献。

该机床的主要特色和创新之处在于：加工刀具沟槽(如直柄立铣刀、键槽铣刀及直柄钻头等)其螺旋角、旋向和齿数（螺旋槽数）等参数，可由数控系统控制，进行自动调整，实现了该类产品柔性加工自动化，改变了旧有机床人工调整以上参数的落后操作方法，可极大地提高产品质量和生产效率，为专用数控机床的发展奠定了良好的基础。目前国内尚无此类机床。对于这次设计对本人的锻炼意义:

1、通过计算机辅助设计数控铣沟机床主传动系统，掌握现代数控机床的总体结构、功能部件和性能指标。通过CAD/CAM软件对功能部件进行三维设计，了解数控机床功能部件的运动结构和功能。

2、通过主轴箱差动主轴系统设计、自动上下料机构设计，提高查阅资料、分析问题和解决问题的能力。

3、掌握现代结构设计方法，熟练运用和掌握计算机辅助设计和解决问题的能力。

4、掌握结构设计和零件计算方法。

1.2 国内外在该方向的研究现状及分析

“数控铣沟机床”是一种铣制刀具沟槽的高效自动化专用机床，属于现代经济型数控专机，目前国内尚无该种专机。国内现行铣制刀具沟槽仍采用通用铣床，加工质量和加工效率较低，产品无竞争力，满足不了现实生产需求。

国外发达国家为加工中心所用的配套刀具基本都采用的磨制刀具，已部分采用磨制刀具沟槽的专机，如美国赫特林公司生产的F80非数控专用机床价格昂贵，一般生产厂家很难承受，而且磨制的刀具造价高于铣制的几倍，国内加工中心也少用，由于铣制的刀具价格低，在国内外仍普遍应用，如美国、罗马尼亚、波兰等国常年订货。国内无专机铣制，质量较低，出口受到限制。所以一些刀具生产厂家需要一种数控机床，以提高产品质量和生产效率，满足国内外的市场需求。该机的研制成功将会有效地改变现在落后的生产状况。

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内容简介：: User U s e r M i c r o s o f t - nts , nts b B nts User U s e r M i c r o s o f t - nts 7 , nts b B nts 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）题目数控铣沟机床铣头送料结构设计专业机械设计制造及其自动化学号 1109511211 学生于明指导教师杨革答辩日期 2013 年 12 月 17 日哈工大华德学院nts 哈工大华德学院毕业设计（论文）评语姓名：于明学号： 1109511123 专业：机械设计制造及其自动化（数控）毕业设计（论文）题目：数控铣沟机床铣头送料结构设计工作起止日期： _2013_年 _9_月 _10_日起 _2013_年 _12_月 _3_ 日止指导教师对毕业设计（论文）进行情况，完成质量及评分意见： _ _ 指导教师签字：指导教师职称：评阅人评阅意见： _ _ 评阅教师签字： _ 评阅教师职称： _ nts 答辩委员会评语： _ 根据毕业设计（论文）的材料和学生的答辩情况，答辩委员会作出如下评定：学生毕业设计（论文）答辩成绩评定为：对毕业设计（论文）的特殊评语： _ 答辩委员会主任（签字）：职称： _ 答辩委员会副主任（签字）：答辩委员会委员（签字）： _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 年月日 nts 哈工大华德学院毕业设计（论文）任务书姓名：于明院（系）：机电工程系专业：机械设计制造及其自动化班号： 1095111 任务起至日期： 2013 年 9 月 20 日至 2013 年 12 月 17 日毕业设计（论文）题目：数控铣沟机床铣头送料结构设计立题的目的和意义： 1、通过计算机辅助设计数控铣床，掌握现代数控铣床的总体结构、功能部件和性能指标。通过 CAD/CAM 软件对功能部件进行三维设计和加工程序的生成，了解数控机床功能部件的结构和设计方法。实现刀具生产工艺装备现代化和加工刀具沟槽柔性化，提高刀具制造工艺水平。该课题的研制成功将会对大力发展小而专的数控自动化专机生产技术作出贡献。 2、通过数控铣床铣头送料结构设计，提高查阅资料、分析问题和解决问题的能力。 3、掌握现代结构设计方法，熟练运用和掌握计算机辅助设计和三维设计制造方法。技术要求与主要内容： 1、总体设计按专用数控铣床设计，主要参数自定。 2、铣头箱结构设计。 3、送料机构结构设计。 4、撰写设计说明书。 5、翻译外文资料。 nts 进度安排： 2013.9.10 下达毕业设计任务书，收集整理资料文献、图纸和设计手册，确定主机参数、总体结构和部件结构方案，填写毕业设计日志。 2013.9.20 开题报告 2013.11.5 中期报告检查，编写设计说明书。 2013.12.3 结题验收，基本完成设计图纸、论文。 2013.12.13 上交设计图纸、论文供导师批阅。 2013.12.15 16 导师交叉批阅论文。 2013.12.17 毕业答辩。同组设计者及分工：指导教师签字 _ 年月日系（教研室）主任意见：系（教研室）主任签字 _ 年月日 nts 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） I nts 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） - 1 - nts 哈尔滨工业大学华德应用技术学院本科生毕业设计（论文） I 摘要 “数控铣沟机床”是一种铣制刀具沟槽的高效自动化专用机床，属于现代经济型数控专机，目前国内尚无该种专机。国内现行铣制刀具沟槽仍采用通用铣床，加工质量和加工效率较低，产品无竞争力，满足不了现实生产需求。本文主要设计的是数控铣沟机床的机械结构。铣床的机械结构主要由二部分组成： 1.铣头部分安装在铣床上并与主轴连接，用于带动铣刀旋转的机床附件，功能为将驱动装置的运动机动力传给执行件，以实现主切削运动。 2.自动送料系统它包括动力源、传动件及进给运动执行件（工作台，刀架）等，其功用是将步进驱动装置的运动与动力传给执行件，以实现进给切削运动。关键词数控铣沟机床 ;铣头部分 ;自动送料系统 nts 哈尔滨工业大学华德应用技术学院本科生毕业设计（论文） II Abstract Computer numerical control milling groove machine is a kind of milling cutter groove efficient automatic special machine tool, which belongs to the modern economic type NC plane, there is no such a plane. Current domestic milling cutter grooves are still using the universal milling machine, machining quality and machining efficiency is low, the product is not competitive, can not meet the actual production needs. This paper is the design of the mechanical structure of the machine tool numerical control milling groove. Milling machine mechanical structure is mainly composed of two parts: The 1 milling machine mechanical structure is mainly composed of two parts: Milling head part milling machine and connected to the spindle, machine tool accessories used to drive the cutter rotation function for the power to the movement of the drive unit to perform pieces, in order to achieve the main cutting movement. The2 automatic feeding system comprises a power source, transmission parts and the feed motion actuator (work bench, tool ), its function is the stepping driving device and power transmission to the actuator movement, in order to realize cutting feed motion. Key words numerical control milling groove machine; milling head part; automatic feeding system nts 哈尔滨工业大学华德应用技术学院本科生毕业设计（论文） III 目录摘要 . I Abstract . 错误 !未定义书签。第 1 章绪论 . 1 1.1 课题研究现状 . 1 1.2 国内外在该方向的研究现状及分析 . 1 1.3 课题研究方案和预期达到的目标 . 2 1.4 设计论文的基本内容 . 2 第 2 章数控铣床总体设计 . 3 2.1 数控铣床的布局 . 3 2.2 数控铣床主要规格与参数 . 3 2.3 本章小结 . 4 第 3 章数控铣沟机床的铣头部分设计 . 5 3.1 铣头部分的组成 . 5 3.2 铣头部分的分类和初步计算 . 5 3.3 铣头部分电机的选择 . 7 3.4 带传动的设计计算 . 8 3.5 轴的设计计算 . 10 3.6 齿轮的设计计算 . 11 3.7 齿轮强度的校核 . 12 3.8 轴的强度的校核 . 15 3.9 本章小结 . 17 第 4 章数控铣沟机床自动送料机构 . 18 4.1 自动送料机构的要求 . 18 4.2 自动送料机构的设计 . 18 4.3 本章小结 . 19 第 5 章数控铣沟机床的液压部分设计 . 20 5.1 液压系统的组成 . 20 5.2 液压传动的应用 . 20 5.3 液压部分的设计计算 . 21 5.4 本章小结 . 27结论 . 28 nts 哈尔滨工业大学华德应用技术学院本科生毕业设计（论文） IV 致谢 . 29 参考文献 . 30 附录 1 . 31 附录 2 . 34nts 哈尔滨工业大学华德应用技术学院本科生毕业设计（论文） 1 第 1 章绪论 1.1 课题研究现状该课题的目的是为解决现实生产中存在的产品质量低，生产效率低和生产加工刀具沟槽的落后现状，实现刀具生产工艺装备现代化和加工刀具沟槽柔性化，提高刀具制造工艺水平。该课题的研制成功将会对大力发展小而专的数控自动化专机生产技术作出贡献。该机床的主要特色和创新之处在于：加工刀具沟槽 (如直柄立铣刀、键槽铣刀及直柄钻头等 )其螺旋角、旋向和齿数（螺旋槽数）等参数，可由数控系统控制，进行自动调整，实现了该类产品柔性加工自动化，改变了旧有机床人工调整以上参数的落后操作方法，可极大地提高产品质量和生产效率，为专用数控机床的发展奠定了良好的基础。目前国内尚无此类机床。对于这次设计对本人的锻炼意义 : 1、通过计算机辅助设计数控铣沟机床主传动系统，掌握现代数控机床的总体结构、功能部件和性能指标。通过 CAD/CAM 软件对功能部件进行三维设计，了解数控机床功能部件的运动结构和功能。 2、通过主轴箱差动主轴系统设计、自动上下料机构设计，提高查阅资料、分析问题和解决问题的能力。 3、掌握现代结构设计方法，熟练运用和掌握计算机辅助设计和解决问题的能力。 4、掌握结构设计和零件计算方法。 1.2 国内外在该方向的研究现状及分析 “数控铣沟机床”是一种铣制刀具沟槽的高效自动化专用机床，属于现代经济型数控专机，目前国内尚无该种专机。国内现行铣制刀具沟槽仍采用通用铣床，加工质量和加工效率较低，产品无竞争力，满足不了现实生产需求。国外发达国家为加工中心所用的配套刀具基本都采用的磨制刀具，已部分采用磨制刀具沟槽的专机，如美国赫特林公司生产的 F80 非数控专用机床价格昂贵，一般生产厂家很难承受，而且磨制的刀具造价高于铣制的几倍，国内加工中心也少用，由于铣制的刀具价格低，在国内外仍普遍应用，如美国、罗马尼亚、波兰等国常年订货。国内无专机铣制，质量较低，出口受到限制。所以一nts 哈尔滨工业大学华德应用技术学院本科生毕业设计（论文） 2 些刀具生产厂家需要一种数控机床，以提高产品质量和生产效率，满足国内外的市场需求。该机的研制成功将会有效地改变现在落后的生产状况。 1.3 课题研究方案和预期达到的目标研究方案：广泛收集国内外相关资料，对各种主要研究方法成果进行整理分析。研制开发直柄立铣刀、键槽铣刀规格在 3-8， 8-14， 14-18 三个系列的经济、实用、可靠、自动化程度高的数控铣沟机床。先确定主传动功率和主运动的调速范围，再进行差动主轴系统设计，接着进行主轴组件的设计其中包括主轴组件的组成、轴承的选型和设计及其润滑、主轴组件的前悬伸和跨距及其刚度计算。然后进行自动上下料机构设计，自动装卡机构、高精度自动分齿机构设计。期间在设计当中得考虑加工中的精度、刚度、抗震性、热稳定性，使主传动系统综合性能达到最佳。 1.4 设计论文的基本内容根据市场和目前技术状况的调研和分析，以及对现有技术成果的分析、消化和吸收，以经济性、实用性和可靠性等原则，制定总体设计方案，采用优化设计的方法进行总体结构设计，在此基础上，根据机床结构和性能的要求，设计差动主轴系统、自动上下料机构、自动装卡机构、高精度自动分齿机构、铣头动力箱及调整支架、机座部分和液压系统等。我所设计的主要是差动主轴系统、自动上下料机构、自动装卡机构、高精度自动分齿机构四种。差动主轴系统是指由涡轮蜗杆和螺旋齿轮共同控制主轴的“又转又移”；自动上下料机构指放料箱（料斗）能通过活塞塞杆的推拉，实现铣床自动上下料；自动装夹机构是指主轴弹簧夹盘能同过活塞的控制，与料斗配合共同完成装夹；高精度自动分齿机构是指圆盘工作台分度可以达到较高精度，以及涡轮蜗杆采用双螺距渐厚螺杆，可以有效的通过移动蜗杆的轴向位置来调整间隙。这种螺杆的左右两侧面具有不同的螺距，因此螺杆齿厚从一端向另一端逐渐增厚。但由于同一侧的螺距是相同的，所以仍然保持着正常的啮合。而螺旋齿轮则是通过偏心轴套消除传动间隙结构。 nts 哈尔滨工业大学华德应用技术学院本科生毕业设计（论文） 3 第 2 章数控铣床总体设计 2.1 数控铣床的布局卧式数控铣床的布局形式种类很多，其主要区别在于立柱的结构形式和X、 Z 坐标轴的移动方式上。常用的有数控立铣、数控卧铣和数控龙门铣三种。我所设计的数控铣沟机床为立式铣床，属于专用机床，它跟传统的数控铣床有较大的区别。这是主要用于铣制刀具的机床，现拟定主要由主轴箱部分、送料装置、铣头部分、基座部分、冷却系统和微机数控部分共六部分组成。主轴由螺旋齿轮和蜗轮蜗杆共同实现“又转又移”的运动，主轴端部由弹簧夹头夹住高速钢棒料，将棒料送入导套后缓慢的转动及向前移动，同时铣头部分铣刀高速旋转并下压，铣好一条刀槽之后抬刀，主轴退回并分度，然后将棒料送入导套，重复刚才的动作，直到刀具铣制完毕。最后弹簧夹头松开，棒料被弹簧弹出，一个刀具就自动制作完成了。制作下一个刀具时，由液压缸将送料箱送出，主轴伸出夹住棒料，送料机构退回，便完成了一个循环。这个机床算是半自动加工，工人只需要定时的向放料箱内投置棒料即可，大大提高了加工效率，节省了人力资源，十分可行。需要注意的是，铣床底座上应设有 4个调节螺栓，便于机床进行水平调整，切削液储液褴设在机床座内部。机床的冷却系统是由冷却泵、出水管、回水管、开关及喷嘴等组成，冷却泵安装在机床底座的内腔里，冷却泵将切削液从底座内储液池打至出水管，然后经喷嘴喷出，对切削区进行冷却。 2.2 数控铣床主要规格与参数根据设计任务书的要求，本次设计中型数控铣床。查阅相关资料，参照国内外各个厂家生产的中型数控铣床，现确定数控铣床的主要规格与参数如下：功率： 7.5KW 工作台半径： R340mm 工作台最大负载： 500kg 工作台距地面高度： 600-700mm 主轴头端面至工作台距离： 200-400mm 主轴最高转速： 450r/min nts 哈尔滨工业大学华德应用技术学院本科生毕业设计（论文） 4 主机外形尺寸（长宽高）： 1835 1340 1380）图 2-1 数控铣沟机床结构图 1.主轴箱部分 2.送料装置 3.铣头部分 4.基座部分 5.微机数控部分 2.3 本章小结本章具体的说明了铣小刀具螺纹沟槽的数控专用铣床的结构，各部分部件的功能及其使用特点。进而以此达到合理选用最佳各部分零件。明确了铣床的尺寸参数等数据，使铣小刀具螺纹沟槽的数控专用铣床能完成任务书所要的功能，精度，使小刀具更高柔性化，能够进行各种旋向、导程、齿数的小刀具设计，达到了本次课题的目的。 nts 哈尔滨工业大学华德应用技术学院本科生毕业设计（论文） 5 第 3 章数控铣沟机床的铣头部分设计 3.1 铣头部分的组成铣头部分由有级 (或无级 )变速箱和铣头两个部件组成。铣头主轴支承在高精度轴承上保证主轴具有高回转精度和良好的刚性；主轴装有快速换刀螺母，主轴采用机械无级变速，其调节范围宽，传动平稳，操作方便。动启动主电动机时，应注意松开主轴制动手柄。铣头部件还装有伺服电机、滚珠丝杠副及主轴套简，它们形成垂直方向 (z 方向 )进给传动链，使主轴作旋转运动。 3.2 铣头部分的分类和初步计算 3.2.1 铣头的基本分类铣头的分类由于铣头的工业用途。其具体的分类也就是数控铣加工床的分类。根据目前的发展有以下几种典型：控制系列 (Control) 控制柔性系列（ Control Flex) 模块化系列（ Modular) TA45 和 TR90 系列 P8和 P10 系列 3.2.2 铣头部分的初步计算从铣削力及铣削功率的计算可知： 1. 铣削分力 2. 铣削时的切削分力有：圆周力 Pz,即主切削力；走刀力 Ph，即水平分力：径向力 Py，即铣刀所受的径向切削力；轴向力 Po；压轴力（垂直分力）Pv。 3. 铣削圆周力的计算铣削圆周力的计算公式： ( . )ppppzpp pyx uC t S B ZP z K k g Nq wDn 料（ 3-1）式中 D -铣刀直径 ()mm ； t -铣削深度 ()mm zS -每齿走刀量 ( / )mm z ; B -铣削宽度 ()mm nts 哈尔滨工业大学华德应用技术学院本科生毕业设计（论文） 6 Z -铣刀齿数； n -铣刀转数 ( / min)r pK料 -材料改变时的修正系数 pC 是系数是 p p p p pq x y u w 指数 4. 铣削扭矩 ( . . )2 1 0 0 0zPDM k g N m （ 3-2）式中zP-铣削圆周力 ( . )kgN D -铣削直径 ()mm 5. 铣削功率 ()6120zPVN K W （ 3-3）式中 V -铣削速度 ( / min)m 计算高速钢铣刀加工工件时的圆周铣削力zP转矩 M 功率 N 铣刀材料为高速钢，工件 27 5 . /b k g N m m 1. 对于端铣由设计要求可知，取端铣刀直径 63D mm 。则切削速度 1 1 7 6 3/ 1 0 0 0 2 3 . 2 / m i n1000V n D m （ 3-4） 0 . 38 2 . 2 , 0 . 9 5 , 0 . 8 , 1 . 1 , 0 , 1 . 175( ) ( ) 17 5 7 56 3 , 2 , 0 . 1 / m i n0 . 4 0 . 8 , 0 . 5 , 3 1 . 5 , 4pp p p p p pbpznC x y u w qKD m m t m m S m mB D D m m Z 料nts 哈尔滨工业大学华德应用技术学院本科生毕业设计（论文） 7 则0 . 9 5 0 . 8 1 . 11 . 1 08 2 . 2 2 0 . 1 3 1 . 5 41 4 6 . 9 6 . 4 6 0 . 26 3 1 1 74 6 . 9 6 6 31 . 4 7 . . 1 4 . 4 .2 1 0 0 04 6 . 9 6 2 3 . 20 . 1 86120zP k g N NM k g N m N mN K W 2.对于立铣由设计要求可知，取立铣刀直径 20D mm 则切削速度 1 1 7 2 0/ 1 0 0 0 7 . 3 5 / m i n1000V n D m 6 8 . 2 , 0 . 8 6 , 0 . 7 2 , 1 . 0 , 0 , 0 . 8 6p p p p p pC x y u w q 0 . 375( ) ( ) 17 5 7 5pbp nK 料0 . 0 5 1 , 0 . 1 5 / , 2 0 , 2zt D m m S m m z B m m Z 0 . 8 6 0 . 7 2 1 . 00 . 8 6 06 8 . 2 1 0 . 1 5 2 0 21 7 9 . 3 6 . 7 7 7 . 7 12 0 1 1 77 9 . 3 6 3 00 . 7 9 . . 7 . 7 8 .2 1 0 0 07 9 . 3 6 7 . 3 50 . 16120zP k g N NM k g N m N mN K W 3.3 铣头部分电机的选择机床的工况是选择主电机的依据，机床零件和结构的强度设计也是依据它进行的。它包括切屑功率 Nc、空载功率 Nmo、附加功率 Nmc 三部分，即 N=Nc+Nmo+Nmc 其中，切屑功率 Nc 是按照各个加工情况下叫经常遇到的最大切屑力和最大切屑速度来计算，即 Nc=FzV 中 Fz是主切屑力（ N） V 是切屑速度（ m/s）至于空载功率和附加功率在此不考虑。以下是用铣刀来加工碳钢、青铜、铝合金、可锻铸铁切屑力的公式 ZadaaCFpfeFZZ 86.0072.086.081.9（ 3-5） nts 哈尔滨工业大学华德应用技术学院本科生毕业设计（论文） 8 式中 Cfz 切屑力系数侧吃刀量进给量铣刀直径背吃刀量 Z 铣刀面数如果加工灰铸铁切屑力的公式为 ZadaaCF pfeFZZ 86.0085.083.081.9 在加工碳钢、青铜、铝合金、可锻铸铁选择 2.68CFZmmae 520.012.0 afzmmd 800 mmap 70 Z=3 44.896781.9 86.0085.083.0 ZadaaCF pfeFZZ NFF ZC 1 0 7 6 1)2.11( smV C /67.21.0 kwVFp CCc 38.5 /pp ce 85.075.0 取 8.0 725.68.0/ pp ce 因为加工灰铸铁时 30CFZ 远小于加工碳钢的 CFZ ，其算出的功率也一定小于加工碳钢的 Pe所以取电机功率为 7.5kw。所选取的是 130BF05A 磁阻式步进电机，它具有以下的优点：功率 /重量比高：体积小 ;冷却的法兰盘，用以隔离机械传动系的热应力：保护等级高。 3.4 带传动的设计计算已知：电机功率 0.75P KW ，额定功率 1 9 1 0 / m innr ，传动比 2i ，一天工作 8 小时。 1.确定设计功率查的工作情况的系数 1.1AK 则 1 . 1 0 . 7 5 0 . 9 2 0 . 6 9dAP K P K W 。（ 0.92 为带传动效率）（ 3-6） 2.确定带轮直径 nts 哈尔滨工业大学华德应用技术学院本科生毕业设计（论文） 9 主动轮基准直径1 71dd m m则从动轮基准直径21 2 7 1 1 4 2ddd i d m m 验算带的速度 11 7 1 4 9 1 . 4 1 . 8 4 / 3 5 /6 0 1 0 0 0 6 0 1 0 0 0ddnv m s m s （ 3-7）带的速度合适。 3确定带的基准长度和传动中心距根据 1 2 0 1 20 . 7 2d d d dd d a d d 得0a149.1 426初步确定中心距0 255a mm计算带所需的基准长度 02120 1 2012 6 9 1 . 7 724 ddd d dddL a d d m ma （ 3-8）由标准表中取近似的基准长度 710dL m m计算实际中心距 a 0011 2 5 5 7 1 0 6 9 1 . 7 7 2 6 4 . 1 1 522dda a L L （ 3-9）选取中心距 266a mm 4验算主动轮上的包角1121 1 8 0 5 7 . 3 1 6 4 . 7 1 2 0o o o odddda （ 3-10）主动轮上的包角合适 5计算所需 V 带的根数 Z 11d aLPZ P P K K （ 3-11）由带型号 119 1 0 / m i n , 7 1 , 2dn r d m m i 查表 110 . 8 , 0 . 1 2P K W P K W 查表 0 . 9 6 , 0 . 8 4aLKKnts 哈尔滨工业大学华德应用技术学院本科生毕业设计（论文） 10 则 0 , 6 9 0 . 9 3 10 . 8 0 . 1 2 0 . 9 6 0 . 8 4Z ，可取 1Z 6 计算单根带的预紧力0F202 . 55 0 0 1daPF m vv z K （ 3-12）查表得 0 .0 7 /m k g m 20 0 . 6 9 2 . 55 0 0 1 0 . 0 7 1 . 8 4 2 1 8 . 71 . 8 4 1 0 . 9 6F N N 7.计算作用在轴上的压轴力QF101 6 4 . 72 s i n 2 1 2 1 8 . 7 s i n 4 2 7 . 622 oQF z F N （ 3-13） 3.5 轴的设计计算 mmNd nj4 )(/ （ 3-14）式中 d 传动轴直径； N 该轴传动的功率（ kw）； nj 该轴的计算转速（ r/min）；（）该轴每米长度允许扭转角（ deg/m），一般传动轴取（） =0.5-1。对于轴 1，起计算转速 nj=1500r/min， N=7.5kw，弹性联轴器效率 ;99.01 1对轴承的效率 ;98.02 221；取（） =0.8 mmN nd j 2 0 2.25)(/(91 41 取 mmd 401 对于齿轮的传递效率 ;985.03 则 3421； nj=750r/min nts 哈尔滨工业大学华德应用技术学院本科生毕业设计（论文） 11 mmN nd j 5 4 6 7.29)(/(91 41 取 mmd 402 主轴前径直径功率在 5.6kw-7.3kw 时主轴大径在 75-100mm 之间取D1=90mm，则 D2=（ 0.7-0.85） D1=63-76.5mm 取 D2=70mm 3.6 齿轮的设计计算 )()1(1 6 3 3 8 3 221 mmjuunzNmjmdj （ 3-15）式中 nj 该轴的计算转速（ r/min） mj 按解除疲劳强度计算的齿轮模数（ mm）； Nd 驱动电动机功率（ kw）； u 大齿轮齿数与小齿轮齿数之比 1u ，外齿轮啮合取“ +”号内齿轮啮合取“ ”号； z1 小齿轮的齿数； m 齿宽系数， m=mB（ B 为齿宽， m 为模数）， 106m； j 许用接触应力（ Mpa） 58.1150028 5.7)12(16338 3 221 1 3 7 024 m，取 1 2m 676.175028 5.7)12(16338 3 222 137024 m；取 2 2m 84.137528 5.7)12(16338 3 223 1 3 7 024 m；取 3 2m 套装在轴上的小齿轮还考虑到齿根圆到它的键槽深处的最小尺寸应大于基圆齿厚，以防断裂，则其最小齿数 zmin应为 nts 哈尔滨工业大学华德应用技术学院本科生毕业设计（论文） 12 6.503.1m in mDz （ 3-16）式中 D 齿轮花键孔的外径（ mm），单键槽的取孔中心至键槽槽底的尺寸两倍 M 齿轮模数。轴， D 取 46， 445.176.544603.1m in z轴， D 取 50， 4 75.186.545003.1m in z因为 zmin=42，所以满足要求，大齿轮不会与轴相碰。 3.7 齿轮强度的校核由于本设计中主轴上齿轮的转速较低，扭矩较大，因而最为危险。选择主轴上的齿轮副进行强度校验。考虑到此机构为一般机械，传递的功率 7.5kw，并不大，工作环境良好且为闭式传动，由于希望齿轮工作寿命长，所以采用大小齿轮硬齿面。选用材料为 40Cr，加工方法为高频淬火。查得，大小齿轮的强度极限 MpaB 700，屈服极限 Mpas 500，硬度 4855HRC，由于所选齿轮的齿数相同，所以对该齿轮同时进行齿根弯曲疲劳强度校核和接触疲劳强度校核。 3.7.1 对齿轮进行齿根弯曲疲劳强度校验校验小齿轮齿根弯曲疲劳强度的验算公式为： wjSw M paBYZ Nnm KKKK )(191 2 321510 （ 3-17）式中 N 传递的额定功率，由以上的计算知 N=6.04kw nj 计算转速，由以上的计算知 375njr/min M 齿轮的模数， m=2.5； B 齿轮的齿数， B=32； Z 齿轮的齿数， Z=43； Y 齿形系数，查表，查得 Y=0.42； nts 哈尔滨工业大学华德应用技术学院本科生毕业设计（论文） 13 k1 齿间载荷分布系数，查表，查得 k1=1.12 k2 动载荷系数，考虑齿轮啮合内部因素引起的附加动载荷，10006014.3 ndv查得动载荷系数 k2=1.09； k3 工作状况系数，查表，查得 k3=1.1； ks 寿命系数 kkkkkQnTNs ； ks 工作期限系数；mT cnk T0160T 齿轮在机床工作期限内的总工作时间，取 T=Ts/p，取Ts=18000h， p为该变速组的传动副数， p=1，则 T=18000h。 3751nr/min N1 齿轮的最低转速； c0 基准循环次数，取弯曲载荷 c0=2 M 疲劳曲线指数，取 m=6. 则6 66 0 3 7 5 1 8 0 0 0 2 . 4 22 1 0Tk kn 转速变化系数， kn=0.9 kN 功率利用系数， kN=0.9 kq 材料强化系数， kq=1 则 96.019.09.042.2 ksw 许用弯曲应力，查表， S YF NFw limlimF 计入了齿根应力修正系数之后的实验齿轮的齿根弯曲疲劳的极限应力，查得： MpaF 320lim nts 哈尔滨工业大学华德应用技术学院本科生毕业设计（论文） 14 sF 齿根弯曲强度计算的安全系数，一般取 sF=1.25 YN 弯曲强度计算的寿命系数，可根据齿轮的应力循环次数 N 查得，取 YN=1.0 则 M paS YFNFw 25625.1 0.1320l im 综上所述： 375408.032164304.696.110.109.112.1191191 1010 52 3215 nm KKKKjSw BYZN =90.16Mpa50 工作压力/MPa 0.81 1.52 2.53 34 45 5 表 5-2按工作压力选取 d/D 工作压力 /MPa 5.0 5.07.0 7.0 d/D 0.50.55 0.620.70 0.7 表 5-3各种机械常用的系统工作压力机械类型机床农业机械小型工程机械建筑机械液压凿岩机液压机大中型挖掘机重型机械起重运输机械磨床组合机床龙门刨床拉床工作压力/MPa 0.82 35 28 810 1018 2032 nts 哈尔滨工业大学华德应用技术学院本科生毕业设计（论文） 24 表 5-4执行元件背压力系统类型背压力 /MPa 简单系统或轻载节流调速系统 0.20.5 回油路带调速阀的系统 0.40.6 回油路设置有背压阀的系统 0.51.5 用补油泵的闭式回路 0.81.5 回油路较复杂的工程机械 1.23 回油路较短且直接回油可忽略不计表 5-5按速比要求确定 d/D 2/ 1 1.15 1.25 1.33 1.46 1.61 2 d/D 0.3 0.4 0.5 0.55 0.62 0.71 注： 1 无杆腔进油时活塞运动速度； 2 有杆腔进油时活塞运动速度。由式得 242621cm1 m1094m10)26.04(9.031448)2( ppFA（ 5-1）则活塞直径 mm109m109.0m10944441 AD（ 5-2）参考表，得 d 0.71D =77mm，圆整后取标准数值得 D=110mm， d=80mm。由此求得液压缸两腔的实际有效面积为 242221 m1095m4 11.04 DA 5.3.2.1 确定液压泵的规格和电动机功率 (1) 计算液压泵的最大工作压力小流量泵在快进和工进时都向液压缸供油，由表可知，液压缸在工进时工作压力最大，最大工作压力为 p1=3.96MPa，如在调速阀进口节流调速回路中，选取进油路上的总压力损失 p=0.6MPa，考虑到压力继电器的可靠动作要求压差 pe=0.5MPa，则小流量泵的最高工作压力估算为 cm2211 FApAp nts 哈尔滨工业大学华德应用技术学院本科生毕业设计（论文） 25 M P a06.5M P a5.06.096.3e11p pppp （ 5-3）大流量泵只在快进和快退时向液压缸供油，由表 7 可见，快退时液压缸的工作压力为 p1=1.43MPa，比快进时大。考虑到快退时进油不通过调速阀，故其进油路压力损失比前者小，现取进油路上的总压力损失 p=0.3MPa，则大流量泵的最高工作压力估算为 M P a73.1M P a3.043.112p ppp (2) 计算液压泵的流量由表 7 可知，油源向液压缸输入的最大流量为 0.5 10-3 m3/s ，若取回路泄漏系数 K=1.1，则两个泵的总流量为 L / m i n33/sm1055.0/sm105.01.1 33331p Kqq （ 5-4）考虑到溢流阀的最小稳定流量为 3L/min，工进时的流量为 0.84 10-5 m3/s =0.5L/min，则小流量泵的流量最少应为 3.5L/min。 (3) 确定液压泵的规格和电动机功率根据以上压力和流量数值查阅产品样本，并考虑液压泵存在容积损失，最后确定选取 PV2R12-6/33 型双联叶片泵。其小流量泵和大流量泵的排量分别为 6mL/r 和 33mL/r，当液压泵的转速 np=940r/min 时，其理论流量分别为 5.6 L/min 和 31L/min，若取液压泵容积效率 v=0.9，则液压泵的实际输出流量为 L / m i n33L / m i n9.271.5L / m i n1000/9.0940331000/9.094062p1pp qqq（ 5-5）由于液压缸在快退时输入功率最大，若取液压泵总效率 p=0.8，这时液压泵的驱动电动机功率为 KW19.1KW108.060 10331073.1 3 36ppp qpP（ 5-6）根据此数值查阅产品样本，选用规格相近的 Y100L 6 型电动机，其额定功率为 1.5KW，额定转速为 940r/min。 5.3.2.2 确定液压泵的容量及电动机功率液压泵的工作压力和流量计算。进油路的压力损失取 53 1 0p P a ，回路泄露系数取 1.1K ，则液压泵nts 哈尔滨工业大学华德应用技术学院本科生毕业设计（论文） 26 的最高工作压力和流量为： 551 ( 2 6 . 5 3 ) 1 0 2 9 . 5 1 0Bp p p P a P a m a x 1 . 1 4 . 5 / m i n 5 / m i nBQ K Q L L （ -7）根据上述计算数据查泵的产品目录，选用型定量叶片泵。（）确定驱动电动机功率。由工况图表明，最大功率出现在快退阶段，液压泵总效率 0.75 ,则电动机功率为： 5336( 1 5 . 9 1 3 ) 1 0 1 060 0 . 2 51 0 0 . 7 5BBpQP k W k W （ 5-8）进出液压缸无杆腔的流量，在快退和差动工况时为 2Q ，所以管道流量 Q按 12 / minL 计算。取压油管流速 3/v m s 124 . 6 1 4 . 6 1 9 . 2 23Qd m m m mv ，取内径为 10mm 的管道。吸油管的流速 1/v m s ，通过流量为 6 / minL ，则 64 . 6 1 1 1 . 2 91d m m m m，取内径为 12mm 管道。确定管道尺寸应与选定的液压元件接口处的尺寸一致。 5.3.2.3 液压系统的效率（经计算 51 0 . 6 3 1 0p P a ， 52 2 . 6 2 5 1 0p P a ）取泵的效率 0.75 ，液压缸的机械效率 0.9G ，回路效率为： 11C BBpQpQ （ 5-9） nts 哈尔滨工业大学华德应用技术学院本科生毕业设计（论文） 27 22111455453 9 6 0 . 4 6 6 . 2 6 5 1 0 . 0 1 1 0 1 0( 0 . 6 3 1 0 )1 9 . 6 3 1 02 4 1 0F A pppAPaPa 当工进速度为 1 / minm 时， 551 . 9 6 2 4 1 0 0 . 2 96 2 7 1 0c 当工进速度为 60 / minmm 时， 550 . 1 2 2 4 1 0 0 . 0 1 7 86 2 7 1 0c 0 . 7 5 0 . 9 ( 0 . 2 9 0 . 0 1 7 8 ) 0 . 1 9 6 0 . 0 1 2 5.3.2.4 液压系统的温升（只验算系统在工进时的发热和温升）定量泵的输入功率为： 532 7 1 0 6 0

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