GY02-205@络筒机槽筒专用加工机床及夹具设计
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机械毕业设计全套
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GY02-205@络筒机槽筒专用加工机床及夹具设计,机械毕业设计全套
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附件三： 2007 届毕业设计（论文）中期检查表 （学生用表） 学生姓名 王盛宏 班 级 03 机 Y2 专 业 机械制造及自动化 指导教师 姓 名 郭魂 课题名称 络筒机槽筒专用加工机床及夹具设计 学 生 精力 投入 日平均工 作时数 6 周 平 均 工作时数 36 备注 周末休息 教 师 辅导情况 每周指导 次 数 2 每次指导 时 数 2 备注 毕业设计（论文） 工作进度 已完成的主要内容 待完成的主要内容 确定了设计方案、完成了开题报告和翻译 装配图完成 50% 零件 图完成 10%； 已完成的内容占总任务的 60 % 绘制 剩余的 机械图 撰写论文 存在的问题 和解决办法 暂时没有问题 。 学生签字： 2007 年 5 月 7 日 指导教师意见： 希望该生能够对翻译多下点功夫！ 指导教师签名： 郭 魂 2007 年 5 月 11 日 nts 毕业设计（论文）进展情况记录 （ 20 /20 学年 第 学期） 二级学院（直属学部） 延陵 专业名称 机械设计制造及其自动化 班 级 03 机 Y2 课题名称 络筒机槽筒专用加工机床及夹具设计 学生姓名 王盛宏 指导教师 郭 魂 KC019-1 nts第 3 周进展情况记录 本周毕业设计（论文）工作进展、存在的主要问题及下一步打算 查阅相关参考资料，初步确定设计方案和设计路线 下周正式确定设计方案和设计路线并完成开题报告 学生签名： 年 月 日 指导教师意见与下周进度要求 下发毕业设计任务书，明确了课题任务 要求根据任务书进行资料收集和整理 指导教师签名：郭魂 /唐国兴 2007 年 3 月 25 nts第 4 周进展情况记录 本周毕业设计（论文）工作进展、存在的主要问题及下一步打算 根据相关参考材料确定设计方案和设计路线，以及完成开题报告。 一种为传统工艺的机械加工，另一种为数控机床的机械加工。 槽筒工艺的确定：注塑 钻中心孔 绞孔 粗车外圆 精车外圆 精车左右端面 铣导向槽。 采用的夹具：根据基准重合的原则，在中心孔中插入芯棒。 机床的设计： 根据零件的大批量的要求，同时又能保证加工的精度要求，因此，我在设计中采用仿行的专用机床。 下周对影响络筒机槽筒设计的因素分析、对加工零件的工艺分析 学生签名： 年 月 日 指导教师意见与下周进度要求 完成了资料收集和整理工作，完成开题报告初稿，内容格式需要重新修改 修改好开题报告的基础上开展进一步工作 指导教师签名： 年 月 日 nts第 5 周进展情况记录 本周毕业设计（论文）工作进展、存在的主要问题及下一步打算 设计槽筒时应考虑的因素 ： 1 横动长度 2槽筒的外径和槽筒的卷数 3 横动基点的位置 4 槽的深度 5 交叉 处槽的形状 6 端部的槽的形状 槽筒工艺的确定： 注塑 钻中心孔 绞孔 粗车外圆 精车外圆 精 车左右端面 铣导向槽。 以及工艺规程（略） 下周完成总体结构，拟订传动方案 学生签名： 年 月 日 指导教师意见与下周进度要求 符合毕业设计进度要求 同意进入下一阶段工作 指导教师签名： 年 月 日 nts第 6 周进展情况记录 本周毕业设计（论文）工作 进展、存在的主要问题及下一步打算 根据零件的大批量的要求，同时又能保证加工的精度要求，因此，我在设计中采用仿行的专用机床。 其总体结构包括：床身，导轨，进给部分和切削部分 传动方案 下周完成： 床身设计 机床的支撑件设计导轨的设计 进给部分的理论设计 （ 丝杠的制造 ） 学生签名： 年 月 日 指导教师意见与下周进度要求 符合毕业设计进度要求 同意进入下一阶段工作 指导教师签名： 年 月 日 nts 第 7 周进展情况记录 本周毕业设计（论文）工作进展、存在的主要问题及下一步打算 本 周完成： 床身设计 ， 机床的支撑件设计 、 导轨的设计 进给部分的理论设计 （ 丝杠的制造 ） 下周完成：变速机构设计 蜗轮蜗杆设计 电机的选择 涡轮蜗杆的确定 （计算及校合） 学生签名： 年 月 日 指导教师意见与下周进度要求 符合毕业设计进度要求 同意进入下一阶段工作 指导教师签名： 年 月 日 nts 第 8 周进展情况记录 本周毕业设计（论文）工作进展、存在的主要问题及下一步打算 本 周完成：变速机构设计 蜗轮蜗杆设计 电机的选择 涡轮蜗杆的确定 （计算及校合） 下周完成： 传动装置的运动和动力参数 学生签名： 年 月 日 指导教师意见与下周进度要求 符合毕业设计进度要求 同意进入下一阶段工作 指导教师签名： 年 月 日 nts第 9 周进展情况记录 本周毕业设计（论文）工作进展、存在的主要问题及下一步打算 本 周完成： 传动装置的运动和动力参数 下周完成：轴和轴承的强度计算 学生签名： 年 月 日 指导教师意见与下周进度要求 符合毕业设计进度要求 同意进入下一阶段工作 指导教师签名： 年 月 日 nts 第 10 周进展情况记录 本周毕业设 计（论文）工作进展、存在的主要问题及下一步打算 本周完成：轴和轴承的强度计算 下周完成：键的校合、初步设计夹具的结构 学生签名： 年 月 日 指导教师意见与下周进度要求 符合毕业设计进度要求 同意进入下一阶段工作 指导教师签名： 年 月 日 nts 第 11 周进展情况记录 本周毕业设计（论文）工作进展、存在的主要问题及下一步打算 本 周完成： 夹具结构初步确定 下周完成：夹具结构设计 学生签名： 年 月 日 指导教师意见与下周进度要求 符合毕业设计进度要求 同意进入下一阶段工作 指导教师签名： 年 月 日 nts i 络筒机槽筒专用加工机床及夹具设计 摘 要 本文在对螺旋槽加工特点深入了解的基础上，结合现有的螺旋槽加工的数控机床，设计出了专门用来加工往复螺旋槽的专用铣床。在设计中，利用仿形加工来保证零件的加工精度。本论文主要包括的设计内容有： 1根据工件曲线，对零件加工的工艺进行了分析，拟定了加工工艺路线，并且设计了机械加工工艺规程。 2由槽筒导槽的加工工艺特点，设计出了用来加工导槽的专用铣床。专用铣床的设计包括：铣床的总体设计，传动方案的拟订，床身的设计，进给部分的理论设计和计算，以及用来仿行加工的往复丝杠的设 计。并且对一些重要的零、部件如轴、轴承以及蜗轮、蜗杆进行了校核。考虑到槽筒导槽的复杂性，在铣床的设计中采用了仿形加工。 3设计了一套用来加工槽筒导槽的专用夹具，并对设计的夹具的定位误差进行了分析和计算。 关键字 : 槽筒 加工工艺 专用铣床 夹具 nts ii ABSTRACT Based on the profound understanding of the cutting principle of spiral flute and the numerically controlled machine, a production milling machine for machining to-and-fro spiral flute was designed. through the design. The precision was ensured by profile modeling process. The main content of this design is as follows: 1. The manufacturing process of the workpiece was analysed. The method of manufacturing was studied and the manufacturing process file was written out . 2. A milling machine for manufacturing the guide channel on the winder cam was designed. The design work involves: overall design of milling machine, draw out of drive project, design of lathe bed, theory design and calculate of feed part, and the design of to-and-fro guide screw leading screw for profile modeling machining. Some important parts such as axes, axletrees, worm wheels and worms were also checked. 3. A fixture was designed to machining winder cam guide channel, and the fixtures orientation errors were computed. Key word: Winder cam Manufacturing process Milling machine Fixture nts iii 目录 摘 要 . I ABSTRACT . II 第一章 绪 论 . 1 1.1 机械加工工艺发展趋势 . 1 1.2 问题的提出 . 2 1.3 影响络筒机槽筒设计的因素分析 . 2 1.3.1 槽筒卷纱的特点 . 2 1.3.2 设计槽筒时应考虑的因素 . 3 第二章 零件的加工工艺 . 4 2.1 对加工零件的工艺分析 . 4 2 .2 拟订零件的机械加工工艺路线 . 5 2.3 零件机械加工工艺规程的设计 . 6 第 三章 专用铣床设计 . 8 3.1 总体结构设计 . 8 3.2 传动方案的拟订 . 9 3.3 床身设计 . 9 3.3.1 机床的支撑件设计 . 10 3.3.2 导轨的设计 . 10 3.4 进给部分的理论设计 . 11 3.4.1 丝杠的制造 . 11 3.4.2 变速机构设计 . 12 3.4.3 传动装置的运动和动力参数 . - 18 - 3.4.4 轴和轴承的强度计算 . - 20 - 3.4.5 键的校核 . - 25 - 第四章 夹具的设计 . - 28 - 4.1 夹具的结构设计 . - 28 - 4.2 影响工件加工精度的因素 . 错误 !未定义书签。 4.2.1车床夹具的安装方法及其安装误差 . 错误 !未定义书签。 4.2.2铣床夹具的安装方法及其安装误差 . 错误 !未定义书签。 4.2.3 以孔定位时的定位误差 . 错误 !未定义书签。 总结与展望 . 错误 !未定义书签。 总结 . 错误 !未定义书签。 展望 . 错误 !未定义书签。 参考文献 . 错误 !未定义书签。 致 谢 . 错 误 !未定义书签。 nts 1 第一章 绪 论 目前，我 国加工业正向高起点、大批量、专业化的方向发展，尤其是新兴的轿车工业，可以说，没有专业化，就没有大批量；反之，没有大批量就很难形成专业化。这就使专用机床大显身手。 但就我国机械行业来看，大都习惯于生产系列成型设备，而不愿接受非标准的专用机床订货，其实这是一个误区。尽管专用机床需要研制经费和周期，并且生产数量少，生产成本高，难以有大的利润，这是机床制造业的一个发展方向。在这方面我们急需积累经验，完善技术，让专用加工机床的研制和生产占有一席之地，而不能完全依靠进口。从战略发展的角度出发，把研制高效专用加工机床放的 一个重要的位置，投入一定的人力、物力，加强机电一体化和计算机控制技术的应用，闯出一条适合我国加工业特点和工具发展方向的专用机床研制的路子。这是由生产导向转向市场导向乃至用户导向的必然。 1.1 机械加工工艺发展趋势 制造业是国民经济各部门科学技术进步的基础，而机械加工工艺直接制约着机器制造业的发展。机器制造工艺及其组织形式的发展趋势，在很大程度上取决于机器结构的发展方向及其技术应用特性。机器制造业的科学将反过来促进建立在计算机化和生产综合自动化基础上的、操作简单、资源消耗少的新工艺的开发和应用。机器制造工艺 和组织的远景发展工艺和组织的远景发展设想是建立综合的自动化工厂。其控制系统、信息过程和生产技术形成一个与成品制造各个阶段相联系的统一整体。它的组成系统和设备还得由入来操纵和管理，新的生产设备和熟练人员相结合创造条件来不断满足在市场供求变动情况下的技术和社会经济要求。 随着科学技术的进步，各种新材料、新工艺和新技术不断涌现。机械制造工艺正向着高质量、高效率和低成本方向发展。特别是微型电子计算机和数控技术的推广应用，使机械制造工艺过程的自动化发展到了一个新阶段。预计在未来的若干年内，机械加工工艺的发展总趋势是： 利用可多次使用的万能可调高效工艺装备和刀具缩短机床工序的辅助时间；制造和使用精密装备及保证在多次调整中长期保持精度的装备；扩大应用带有固定陶瓷与电脉冲磁铁的万能式和万能可调式磁力夹具、真空夹具、静电夹具及其它各种夹具；在成批生产中，减少低效率的普通专用工装 l 2 2 3；大力推广数控机床用万能装配式工艺装备和安装在加工中心的随行夹具或工作台上的可调模块式工艺装备以及机械化成组夹具与自动可调固定式 (不随行的 )夹具。毛坯生产的主要发展方向是采用更经济的方法使毛坯尽量接近成品的尺寸和形状，以减少消耗、提高生产率、 降低生产成成本为目的。在不久的将来，精密金属型铸造法和压力铸造法将代替砂型铸造。有前途的毛坯制造方法，特别是等压 (流体静力 )压制法、金属压力喷射成型压制法、精密冲压法和加热挤压法将得到发展。 在很大程度上，金属切削加工工艺的发展远景与扩大先进工艺方法的应用范围密切相关。展望未来，金属切削加工将被更经济的零件制造方法所代替，例如，冷挤压法、粉末nts 2 冶金法 (烧结法 )、电腐蚀加工法、激光加工法等。特别是激光加工法具有极其广阔的前景，在不久的将来，它将代替零件的轮廓切割和通孔钻削。 1.2 问题的提出 络筒机是将纺织 厂运来的原纱 (管纱 )做成容量大，成形良好，有利于织布、漂染的卷装筒子。 常见的络筒工艺流程是纱线从管纱上退绕下来通向槽筒的沟槽中，当槽筒回转时，一方 面传动紧压在它上面的筒子作回转运动，另一方面纱在沟槽的作用下横向运动 (导纱运动 )，从而完成将纱线卷绕到筒子上的动作 络纱时槽筒以 4000r rain的高速旋转槽筒上导纱的螺旋槽稍有偏差，就会导致断纱跳纱事故，影响络纱工艺效果 为了使络纱时纱线张力均匀，筒子成形良好，有两点是至关重要的：一是槽筒上螺旋槽曲线的设计，二是槽筒上螺旋槽的加工工艺 对于其加工工艺 我 将在第二章进行详细叙述。 络纱筒在络纱时的基本要求一是纱线要等速卷绕 (为使纱线平稳 )， 二 是纱线要等密度卷绕 对于圆柱形络纱筒来说，以上两要求能同时利用槽筒上的等螺距槽来满足但凡要求纱 线可高速退绕 (织布前从成形络纱筒上退出已绕好的纱 )的场合，络纱筒都采用圆锥形状。在络圆锥形筒子时 (常用槽筒外圆摩擦传动筒子 )，纱线的等速和等密度卷绕对槽筒上螺旋槽的形状要求却不一致即等密度卷绕需要槽筒上 沟槽成等螺距螺旋状；而等速卷绕 (用匀速槽筒 去带动圆锥形筒子使其上纱线也等速回绕 )则需要槽筒上沟槽不能是等螺的。沟槽应当是 槽筒圆柱面上的正弦曲线的一个区域，可见 槽筒上沟槽的最佳方案应介于等螺距规律和正 弦曲线规律之间。即可取两次抛物线型，并用下列方程表示： （ 1-1） 式中 z是导 纱器沿筒子母线的位移， 是槽筒绕轴转过的 转角， a、 b是为了提高防叠效能对曲线修正后的系数。 经过对进口优质槽筒螺旋槽的几百个测绘点用最小二乘法进行了回归。回归成一次曲线 (即等螺距螺旋线 )时误差 7.063；回归成三、四次曲线时误差也较大 只有回归成二次曲 线时误差最小 ，仅为 0.137。 方程如下： Z= 0 18247534 + 10 19253 + 4 061979 (1-2) 这正与前面分析结果所得的方程形式相同。 1.3 影响络筒机槽筒设计的因素分析 1.3.1 槽筒卷纱的特点 槽筒是络筒机上的一个重要的部件。槽 筒 的作用是使纱横动，驱动纱管，形成筒纱。成形的筒纱必须满足其后道工序的需求。筒纱因其后道工序用途不同而有所不同。槽筒卷绕出的筒纱必须具有以下特点。 1.纱的退绕性好，也就是退绕时不脱肩、无卷边凸起、叠卷少、锥度、卷绕角适当和筒纱硬度适当； 2.没有菊花形卷绕及凸边； 3.卷量多； nts 3 4.卷绕密度分布适当。 1.3.2 设计槽筒时应考虑的因素 1 横动长度 横动长度越长筒纱容量就越多，但纱的退绕性相对就差，这通常由用户自己选择。 2 槽筒的外径和槽筒的卷数 槽筒外径受络筒机的限制，由槽的导纱角和圈数决定。槽的圈数通常为 1 5圈或 2 5圈等非整数圈。这是因为非整数圈的槽筒绕出的筒纱的重叠少。 3 横动基点的位置 横动基点的位置虽然由络筒机来决定，但是一般的情况下，从槽筒轴到横动基点位置的距离大约为横动长度的 2倍。 4 槽的深度 槽越深横动的条件就 越好，但过深的槽会加大加工的难度，而且在交叉点纱的出槽速度会增大，从而加大纱线的张力波动。此外，在端部返回之时，横动长度明显地增大，成为脱纱的原因，因此在能够横动的范围内槽以浅为宜。 5 交叉处槽的形状 纱线通过槽交叉处的断开槽时，纱的张力会增大，横动方向的纱的加速度会增大，尤其是纱速高时会产生很多不利影响。当纱越过交叉点时接触到槽筒的边缘时将对横动产生的影响，必须仔细地考虑。 6 端部的槽的形状 纱在端部卷绕到筒纱时，为了使在槽底的纱沿着槽的内壁滑到槽筒表面，必须使纱沿内壁平稳滑动。当纱达到槽筒表面时，一 旦不能折回就易引起 脱纱。 在端部刚折回处的槽深要尽可能地浅为好。这是因为纱从端部边缘离开时，卷绕到卷装的点到端部边缘的距离变短，所以筒纱的横动量就变小。 槽筒设计中主要影响槽筒导纱的因素。槽筒的沟槽形状都较复杂，因此设计时一定要考虑其加工工艺。 nts 4 第 二 章 零件的加工工艺 2.1 对加工零件的工艺分析 目前国内槽筒加工主要是采用精铸后抛光的工艺。但由于槽筒铸造模具由 2O多片组成，结构复杂 ,铸造温度难以控制等原因，槽筒合格率低于 5O%,即使检验合格的槽筒，上机导纱试驻时因跳纱、断纱频繁，又有近一半被剔除掉。从 国外进口每只需 300美元左右。可见研究槽筒沟槽加工方法是很有实际意义的 由于槽筒螺旋糟截形复杂，导纱时主要工作面在槽底，两壁除个别地方有要求外，其余地方是由于铣刀加工螺旋槽时干涉，以致多切除一部分金属成为最终形状的。槽筒零件的技术要求如下 1槽筒外表面 (包括螺旋槽侧底面 )粗糙度为 2螺旋槽侧面形状 (除已标注 R55外 )由加工方式确定 3槽筒在 15004500r rain时络纱正常 (适用纱号 Nm2080支 ) 由以上分析可见，络纱槽筒的螺旋槽是一个大导程、变螺距、变螺旋角、变深度的双头左、右交叉的锥 形螺纹，它的成形是该零件的关键工序。由于槽筒沟槽形状复杂，精度要求 高，仅用铸、 铣 等工艺再加抛光工序，难以保证沟槽达到图纸和使用要求 据进口槽筒上留有的铣削痕迹推测，该螺旋槽是在铸造成形后用金属切削方法最后成形的。因为槽筒零件种 类繁多，规格不一，若用传统方法进行铣削，需配制多种靠模且调整困难因此初步拟定的工艺方案为由普通车床改装的经济型铣床来加工该机床有 3台步进电机一台带动铣刀架绕 x轴旋转以改变铣刀的安装角，另两台分别是刀架子 z、 Y向的进给电机车床主要改 装部分在刀架上，折去原刀架及小拖板，装上铣削头 ，铣刀采用 150mm，厚 5mm的盘状成形铣刀。工件材料为尼龙，所以切削力不很大。初定铣削头电机功率为 0 75KW。 如图 2.1，由于螺旋运动是由一个旋转运动与一个直线运动所合成，且它们之间存在着严格的速比关系，即主轴带动工件回转一周，铣刀架直线位移一个导程。这种关系在传统的机床上是靠 齿轮传动来保证的 在设计中，应该注意到，如果要得到精确的仿形轨迹，就应该使的中间的传动部分尽可能的减少，同时，也要使的工件的旋转和往复导轨的旋转速度一致。因此在设计中采用了传动比较大的蜗轮。 nts 5 图 2.1 导向槽筒简图 2 .2 拟订零件的机械加工工艺路线 在生产中 ,制定工艺方案时 ,首先要考虑生产类型 .由生产类型看 ,其产品生产量是10000 件 /年 ,并且是单一零件生产 ,应该属于成批生产的类型 .并且用专用机床生产加工的导槽在整个零件中是最重要的一部分 .因此导槽的加工精度就需要很好的满足 .在制定工艺时 ,其导槽的加工工艺就要做为重点来考虑 . 根据络筒机槽筒导槽的作用来看 ,导槽是用做纺纱用的 ,把纱线缠绕成宝塔形状 .因此导槽的精度要求就比较高 ,如何满足导槽的加工要求 ,是设计要考虑的重点。 由零件图形可以知道 ,导槽是一 个往复的螺旋线 ,导槽的粗糙度达到 0.8,其中心孔的粗糙度达到了 1.6.粗糙度要求比较高 ,因此在加工中就要采用相应的加工方法。 由待加工的工件的形状和材料 ,应该选择注塑成型的毛坯 . 槽筒工艺的确定： 注塑 钻中心孔 绞孔 粗车外圆 精车外圆 精 车左右端面 铣导向槽。 5名称：导向槽筒 材料： 1 2% 增强 N6 技术要求 1. 去毛刺； 2. 塑料件无气孔； 3. 未注圆角为 R2 。 30 844-4均布271 100 0+0.10.05 A5 0+ 0 . 0 2 8 20 0-0.1A 0.050.80.81 . 6 1 . 6 其余 O Z X Y 外圆柱面上导向槽的曲线方程： X =100s i n Y =100c os 5 0 s i n 150 5 0 s i n 1 5 180)15(25 52515 100si n 15 18 051 025 50si n ( 540 ) 540525 Z = 100si n 15 18 051 025 5 0si n ( 540 ) 555540 50si n 15 18 051 025 180)555(25 1065555 50si n ( 1080 ) 1 0 8 01 0 6 5 nts 6 2.3 零件机械加工工艺规程的设计 为了避免由于设计基准和定位基准不重合引起的定位误差 ,在制定工艺时选用设计基准作为定位基准 .加工螺旋槽时 ,根据设计基准与定位基准重合的原则 ,选用中心孔做工艺基准 .而对毛坯其他各加工 部分 ,也要选用同样的基准来加工 . 根据零件的精度要求 ,要考虑内 ,外圆的同轴度 ,所以选择了先钻孔 ,在绞孔 ,然后以高精度孔的中心为定位基准 ,来加工外圆 .这样可以满足同轴度的要求 .而对于导槽的粗糙度要求 ,通过粗铣和精铣 ,同样可以满足加工的要求 . 表 2.1 被加工零件的工序安排 工序号 工序内容 设备 工艺基准 夹具 1 注塑成型 注塑机 2 钻中心孔 钻床 外圆面 三抓卡盘 3 绞孔 绞床 外圆面 三抓卡盘 4 粗车外圆 车床 中心孔 芯棒 5 精车外圆 车床 中心孔 芯棒 6 粗铣外圆 专 用铣床 中心孔 芯棒 7 精铣外圆 专用铣床 中心孔 芯棒 表 2.2 重要工序的机械加工工序卡 (工厂名 ) 机械加工 工序卡片 产品名称及型号 零件名 零件图号 工序名称 络筒机导向槽筒 导向槽筒 车间 工段 材料名称 铣工车间 12%增强 N6 同时加工件数 每料件数 技术等级 1 1 8 设备名称 设备编号 夹具名称 专用铣床 芯棒 更 改 内 容 工 工步内容 计算数据（ mm） 走 切削用量 nts 7 步 号 直径 或 长度 进给 长度 单边 余量 刀次数 被吃 刀量 （ mm） 进给量 （ mm/r 或 mm/min） 凸 轮 轴 转速 （ r/min 或双行程 数 /mm） 切削 速度 （ m/ min） 01 粗铣槽 100 1142 4 4 1 0.3 3 390 02 精铣槽 98 1142 1 2 0.5 0.1 3 390 编制 抄写 校对 审核 批准 nts 8 第三章 专用铣床设计 3.1 总体结构设计 设计思想 根据零件的大批量的要求，同时又能保证加工的精度要求，因此，我在设计中采用仿行的专 用机床。采用仿形加工，是因为仿形加工可以很好的复制零件的轨迹。 主要设计思想是：根据槽筒导向槽的轨迹，在数控机床上铣一个和其轨迹一样的槽筒导向槽，以这个丝杠做为刀架的移动轨迹，让槽筒导向槽和工件同速转动，那么旋转的铣刀就会在工件上仿形出丝杠上的轨迹，也就是要求的槽筒的导向槽。机床包括导轨、床身、主轴箱、滑块、进给箱、立柱等几部分，往复丝杠是用来实现槽筒导槽仿形加工的刀具的动力来源；刀架是用来实现刀具的安装，主轴箱用来实现工件的转动；传动箱是用来实现丝杠与工件的同速转动；滑块镶嵌在丝杠导槽内，用来实现刀架的往复 运动。 其总体装配图如下所示： 图 3.1 专用铣床装配图 其总体结构包括：床身，导轨，进给部分和切削部分。 进给部分包括两部分：仿行加工部分和变速部分。切削部分包括电机和刀具主轴。 变速部分包括两级蜗轮、蜗杆。利用蜗轮、蜗杆传动比较大、结构紧凑的特点，来简化结构，满足传动精度。 过渡部分包括两个传动齿轮和一个过渡轮。两个传动轮的模数和齿数一样，这样就可以保证工件和丝杠的同速转动。过渡轮只是起到中间过渡的作用，没有传动比的要求。 进给部分包括一个往复丝杠、拖板。往复丝杠通过过渡部分和变速部分相连。 拖板通过滑块的移动做往复运动。滑块镶嵌在丝杠内，通过丝杠的旋转产生动力。 切削部分包括一台电机、铣削头，刀筒。刀筒和拖板连接，由拖板带动做轴向运动，电机带动铣刀做铣削运动。 nts 9 3.2 传动方案的拟订 图 3.2 传动路线图 3.3 床身设计 床身是专用机床的基础 ,也是专用机床的制造的关键部件之一机床上许多零件、部件都是装载床身上的，有的还在床身导轨上运动，因此有关部件之间的相对运动和相对位置精度都有机床床身来保证。为了在加工过程中，在各种因素的影响下能够保证机床精度并长期机床原有的精度，则要求机床具 有足够的刚性、抗震性和耐磨性，而这些方面又大都与身的结构设计和加工精度有关。基于以上的要求，在设计中采用如下结构的床身。 图 3.3 床身结构示意图 nts 10 床身的结构包括：底座、支撑部分、导轨部分。底座采用铸造部件。支撑部分对其的要求相对比较高，直接影响机床的加工精度，因此其设计要求较高。导轨带动铣刀拖板，因此零件的加工精度一部分要由它来保证，其制造精度比较高，对其有专门的设计要求。 在床身的设计时，要满足的床身的技术要求有： 1、床身导轨面与其他纵向表 面之间应有一定的平行度； 2、床身导轨面与端面之间应有一定的垂直度； 3、床身导轨面与底面有一定的平行度； 4、床身底面、工艺侧面、纵向工作面、端面等表面应有一定的光洁度。 3.3.1 机床的支撑件设计 支撑件是机床的基础零件，它在机床中占有重要地位。在一台机床上，支撑件的数量虽然不多，但重量却占机床总重量的 40-70%，机床的很多零件和部件都装在支撑或支撑导轨上。因此，支撑件的设计和使用，对机床的加工质量和生产率影响很大。对支撑件的基本要求有： 1、精度 ： 机床的部件按照一定的要求安装在床身或底座上，或者在 其导轨上移动，这就要求它们有一定的相互位置精度。 2、刚度 ： 在 切削力、机床部件和工件重量的作用下，支撑件本身以及它与其它部件的接触面会产生变形，而这种变形又可能破坏各种工作部件相互位置关系与相对运动精度。这就要求支撑要具有一定的刚度，防止产生不允许的变形。 3、 抗震性 ： 机 床在切削过程中会发生震动，影响加工质量和生存率。可采用以下措施提高其抗震性： 1）采用铸件作支撑件材料。 2）在铸件中，保留砂芯。 3）当支撑件的薄壁超过 400x400 平方毫米时，加筋增强抗震性。 4、热变形 支撑件的热变形将破坏部件的相互 位置关系和相对运动，影响加工质量。 5、内应力 支撑件在铸造、焊接与加工时，材料内部要产生内应力。因此，支撑件粗加工后必须进行人工时效处理，防止支撑件在使用中内应力重新分布。 3.3.2 导轨的设计 一、导轨设计的基本要求 机床的工作部件沿着导轨表面运动。导轨的导向精度、刚度和耐磨性对机床质量有重大的影响。设计导轨时，应当根据部件的受力状况和运动精度要求，正确的选择导轨结构形式，确定合理的加工和装配工艺方案，并尽量使制造调整方便。为例保持导轨的精度，应选用耐磨性的材料，进行必要的表面处理及采用合理的润滑和保 护装置。对导轨设计的基本要求是： 1、导轨的导向精度：导轨的导向精度实质性件沿导轨运动时的直线性或真圆性，以及质性件沿导轨的运动同其它有关运动之间与有关基面治安的相互位置的准确性。 2、导轨的刚度 导轨的刚度是导轨工作质量的重要指标，它表示导轨受载后抵抗变形的能力。导轨变形由两部分组成，一部分是导轨本身的变形，另一部分是因床身的变形而引起的导轨变形。 nts 11 3、导轨的耐磨性 导轨的耐磨性在一般情况下是导轨工作质量的关键。当执行部件沿着导轨运动时，要求导轨具有足够的导向精度，但执行部件的运动又引起导轨的磨损。导轨磨 损的快慢取决于导轨材料的抗磨性，加工热处理方法以及影响两导轨面直接接触情况的各因素。 二、导轨的结构设计 图 3.4 导轨的结构简图 在设计中采用凸形导轨。直线运动的导轨为了使运动部件只沿一个方向运动，导轨必须限制运动部件只能有一个方向的自由度。上图的平面组成的导轨，每条导轨由两个窄长导轨平面组成，它限制了 x 向和 z 向的移动及绕 z 轴和 x 轴的转动。但由于导轨面窄，不能限制 y 轴的转动，因此在机床上应用时，常采用增加一条导轨来限制 y 轴的转动。 3.4 进给部分的理论设计 3.4.1 丝杠的制造 这类零件的槽宽 一般没有精度要求，功能主要是实现一定螺距的往复运动。 一 靠模制造的传统工艺 靠模的安装尺寸，要按照槽筒导向槽车床的原靠模设计制造，螺纹部分的外径也要按照槽筒导向槽靠模制造，而螺纹部分的螺距、螺纹长度以及两端往返所需过渡圆弧要按照槽筒零件设计尺寸制造，其传统的加工工艺为：划槽筒导向槽加工线 ( 普通立铣上 )铣两端过渡圆弧及左右螺旋槽一段 钳工修抛两端过渡圆弧 车左、右旋往复螺纹 修抛接刀处使其光滑。在实际加工中存在以下问题： (1)靠模螺矩超出车床螺纹加工范围的，需要设计制造专用车床挂轮才能进 行靠模加工，增加了制造成本。 (2)由于螺矩和螺旋升角都较大，因此对加工刀具要求较高，无论是靠模还是零件加工，所用刀具的后角都要大于螺旋升角。 只有满足了上述条件，才能加工螺纹，否则会因刀具磨擦螺纹槽侧面造成刀具振动加剧，从而严重影响螺纹槽侧面的表面粗糙度，甚至造成打刀，一般加工靠模时，加工左右螺纹分别使用左右两把车刀，刀具后角对刀具的强度影响不大。而加工导向槽时是使用一把车刀加工槽筒导向槽左右螺纹的，当刀具两侧切削刃的后角都较大时，显然刀具的强度会大大降低，承受不了大的切削力。为了增加刀具强度，需在刀具上 加筋。这种加工刀具被广泛的应用在槽筒导向槽的批量加工中，并取得了较好的效果。但这种刀具的制造显然比较麻烦，而且成本较高。 (3)使用上述工艺加工出的靠模过渡圆弧与螺纹联接处，由于加工困难，不易保证加工nts 12 质量，精度低，粗糙度 Ra较高，必须经钳工进行反复修抛后靠模才能使用。 2靠模的数控加工工艺 数控加工槽筒导向槽专用机床靠模的主要工艺过程为： 车磨靠模轴 数控铣加工过渡圆弧及左右螺纹。数控加工后的靠模螺矩准确，过渡圆弧精度高，粗糙度 Ra较低，显著提高了靠模质量，即提高了槽筒导向槽专用机床的质量，从而有效保 证了槽筒导向槽零件的加工质量。 二、高精度槽筒导向槽的加工 槽筒导向槽的螺矩和槽宽精度较高时，传统的加工工艺受专用机床靠模传动精度的影响根本达不到零件的质量要求。由于数控车削中心加工精度为 0.001 mm，不受螺距限制，对任意螺矩的槽筒导向槽都可编程加工，而且使用普通键槽铣刀或立铣刀就能完成加工，加工效率高，因此数控加工已成为一种加工任意导程高精度槽筒导向槽的重要手段。 1确定数控加工工艺 当槽筒导向槽槽宽精度较高时，由于受刀具制造误差，刀具装夹，刀具刚性等原因的影响，不能一次铣削完成槽，实际采取的加工工 序为：粗加工槽宽 精加工侧面 精加工另一侧面。当槽深 t较大时，粗加工时深度方向要分成若干次铣削完成，精加工时深度方向可以一次铣削完成，但此时要对应取较小值，以免加工过程中因切削用量较大导致刀具振动而影响槽宽 b的加工精度和粗糙度。 根据框图，编制程序时还要注意以下问题： (1)粗加工槽宽时，按槽宽的中心线确定刀具的加工路径。 (2)精加工槽宽两侧面时，有两种数控加工方法： a、在程序中需对工件槽宽的两侧面轮廓轨迹进行描述，该方法轮廓轨迹计算复杂，程序长。 b、在程序中按槽宽的中心线确定刀具的加工路径，同 时根据精加工刀具直径、槽宽调整刀具直径就可以了，该方法轮廓轨迹计算简单，程序短。 (3)精加工槽宽的另一侧面时，先试切一段，测量后，通过调整定义刀具直径的方法保证精加工后的槽宽精度。 使用上述工艺方法可以实现各种类型槽筒导向槽零件的加工，数控加工不仅保证了零件的制造精度，同时降低了成本，提高了劳动效率。 3.4.2 变速机构设计 1） 蜗轮、蜗杆设计 由于精度较高，要求传动比较大所以使用两极涡轮蜗杆传动。 1：电机的选择 (1)选择电动机类型 按工作要求和条件，选用步进电机。杭州日升 110BYG350B (2)选择电动机的容量 电动机所需工作参数： 步距角 a=0.6/12 度 转速为 n=960 转 /分 扭矩 M=23.1N.m nts 13 功率换算 P=2Mn/60=942W 2： 涡轮蜗杆的确定 第一级传动：不需自锁传动精度要求高。所以拟使用三级传动精度。 蜗杆：使用材料 20CrMnTi 钢渗碳淬火齿面光洁度 0.4 微米。 涡轮：使用材料锡青铜 ZQSn10-1 沙磨铸洗切后加载跑合齿面光洁度 0.4 微米。 滑动速度 Vs=0.03 3 211np =1.85m/s3m/s 齿面强度计算： 2243)2(210*23HZkTqm T2 =95.5*105 22nP=5.83*105 N*mm (2)K=KvK Kv=1(v23m/s) K =1(传动平稳 ) K=1 (3)z2=i*z1=40*1=40 nts - 14 - (4) 2 H =0.82 2B 8 2710HN 2B =200N*mm 2) 2HN =60n2 Lh =2.13*105 2 H =459.98N/mm*mm 于是根 据 2243 )2(210*23HZkTqm Vs=1.85m/s 2243 )2(210*23HZkTqm T2 =5.83*105 N*mm K=1 2HN =2.13*104 取 2 H =460 N/mm*mm nts - 15 - qm3 3353 所以 m1=7 q1=8 则 d1=55mm d2=5*40=200mm =5 4011 Z 2 =Z2 /cos3 T2=5.83*105 N*mm K=1 Y2=1.48 cos =0.99 2 b =(0.25 * 2s +0.08 2B )92610bN =70.55 N.mm2 2s =120N.mm2 2B =200 N.mm2 2bN =2.13*105 b 2=1.5 mddYKT2122 cos =15.72 b 满足弯曲疲劳强度校核。 d 确定中心距 A=0.5m(q+z2)=190mm 其 他尺寸查表得在此略。 e 热平衡计算 m1=7 q1=8 d1=60mm d2=320mm =5 4011 c 齿轮弯曲强度校核 2B =1.5 mddYKT2122 cos B2 Z =40.49 Y2=1.48 cos =0.99 A=190mm nts - 16 - tmax =t0 + SkN * )1(100021 C。 式中 0t -温室 20 度 2k .13W/m 2.C S=20A2+0.5Sp=0.968m2 = 1 2 3 3= )( tgtg=0.7 =0.67 tmax =44.7 度 60 度 符合热平衡要求 扭矩 T3=95.5*105P/n=5.3*105N.mm (2)K=KvK Kv=1(v23m/s) K =1(传动平稳 ) K=1 因为自锁所以 4.5 度 滑动速度 Vs=0.03 3 222np =0.14m/s3m/s 根据齿面接触强度校核。 2243 )4(310*23HZkTqm 传动级 2 要求 :表面处理工艺同轴 1 可以自锁。传动比 40 功率 P=954*0.67=639W T3=5.3*105N.mm K=1 Vs=0.14m/s =4 0805 q=8 nts - 17 - (4) 2 H =0.82 2B 8 2710HN 2B =200N*mm 2) 2HN =60n2 Lh =2.25*105 2 H =263.5N/mm*mm qm3 703 m 取值为 7 c 齿轮弯曲强度校核 2B =1.5 mddYKT2122 cos B 2 Z 2 =Z2 /cos3 T3=5.83*105 N*mm K=1 Y2=1.48 2B )92610bN =69.3 N.mm2 2s =120N.mm2 2B =200 N.mm2 2bN =2.25*105 b 2=1.5 mddYKT2123 cos =26.02 b 满足弯曲疲劳强度校核。 m 取值为 7 d3=60 d4=320 cos =0.99 2s =120N.mm2 2B =200 N.mm2 b 2=26.0 nts - 18 - d 确定中心距 A=0.5m(q+z2)=190mm 其他尺寸查表得在此略。 e 热平衡计算 tmax =t0 + SkN * )1(100025 C。 式中 0t -温室 20 度 2k .13W/m 2.C S=20A2+0.5Sp=0.32768m2 = 1 2 3 3= 2tgtg=0.50 =0.48 tmax =58 度 60 度 符合热平衡要求 3.4.3 传动装置的运动和动力参数 以电机 -减速箱 -工件路线各轴分别为 1， 2， 3 轴。 1） 各轴转速 1 轴： n1=n0=960rpm 2 轴： n2=n1/i=940/15.67=60rpm 2） 各轴输入功率 01=3=0.99 12=41=0.850.98=0.83 23=13=0.980.99=0.97 1 轴： P1=Pd01=20.99=1.98kW 2 轴： P2=P112=1.980.83=1.64 kW 3 轴： P3=P223=1.640.97=1.59 Kw A=0.5m(q+z2)=190mm =0.48 max =58 度 60 度 nts - 19 - 3） 输出功率 1 轴： P1 =P11=1.980.98=1.94 kW 2 轴： P2 =P21=1.640.98=1.62 kW 3 轴： P3 =P31=1.590.98=1.56kW 5） 各轴输入转矩 电机轴输出转 矩： Td=9550Pd/nm=95502/940=20.32Nm 1 轴： T1=Td01=20.320.99=20.12 Nm 2 轴： T2=T1i12=20.12140.83=235.07 Nm 3 轴： T3=T223=235.070.97=228.01 Nm 1 轴： T1=T11=20.120.98=19.72Nm 2 轴： T2=T21=235.070.98=230.36Nm 3 轴： T3=T31=228.010.98=223.45Nm 轴名 功率 P(kW) 转矩 T(Nm) 转速 n (rpm) 输入 输出 输入 输出 中心轮 电机轴 2 20.32 940 1 轴 1.98 1.94 20.12 19.72 940 2 轴 1.64 1.62 235.07 230.36 60 3 轴 1.59 1.56 228.01 223.45 60 表 3：运动和动力参数 nts - 20 - 3.4.4 轴和轴承的强度计算 1） 轴径的初估 由材料力学可知，轴受扭矩时的强度条件为 69 . 5 5 1 00 . 2TTTTPW d n (MPa) 即 33362.
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