CM6132设计说明书.doc

一、绪论1.1 车床的历史车床是主要用车刀对旋转的工件进行车削加工的机床。在车床上还可用钻头、扩孔钻、铰刀、丝锥、板牙和滚花工具等进行相应的加工。车床主要用于加工轴、盘、套和其他具有回转表面的工件，是机械制造和修配工厂中使用最广的一类机床。古代的车床是靠手拉或脚踏，通过绳索使工件旋转，手持刀具而进行切削的。1797年，英国机械发明家莫兹利创制了用丝杠传动刀架的现代车床。1800年，莫兹采用交换齿轮，可改变进给速度和被加工螺纹的螺距。1817年，另一位英国人罗伯茨采用了四级带轮和背轮机构来改变主轴转速。1845年，美国的菲奇发明转塔车床。1848年，美国又出现回轮车床。1873年，美国的斯潘塞制成一台单轴自动车床，不久他又制成三轴自动车床 。20世纪初出现了由单独电机驱动的带有齿轮变速箱的车床。40年代末，为了提高小批量工件的生产率，带液压仿形装置的车床得到推广，与此同时，多刀车床也得到发展。50年代中，发展了带穿孔卡、插销板和拨码盘等的程序控制车床。60年代数控技术开始用于车床，70年代后得到迅速发展。1.2 机床技术8大发展趋势总览 1.2.1 机床的高速化 随着汽车、航空航天等工业轻合金材料的广泛应用，高速加工已成为制造技术的重要发展趋势。高速加工具有缩短加工时间、提高加工精度和表面质量等优点，在模具制造等领域的应用也日益广泛。机床的高速化需要新的数控系统、高速电主轴和高速伺服进给驱动，以及机床结构的优化和轻量化。高速加工不仅是设备本身，而是机床、刀具、刀柄、夹具和数控编程技术，以及人员素质的集成。高速化的最终目的是高效化，机床仅是实现高效的关键之一，绝非全部，生产效率和效益在刀尖上。 1.2.2 机床的精密化 按照加工精度，机床可分为普通机床、精密机床和超精机床，加工精度大约每8年提高一倍。数控机床的定位精度即将告别微米时代而进入亚微米时代，超精密数控机床正在向纳米进军。在未来10年，精密化与高速化、智能化和微型化汇合而成新一代机床。机床的精密化不仅是汽车、电子、医疗器械等工业的迫切需求，还直接关系到航空航天、导弹卫星、新型武器等国防工业的现代化。 1.2.3 从工序复合到完整加工 70年代出现的加工中心开多工序集成之先河，现已发展到完整加工，即在一台机床上完成复杂零件的全部加工工序。完整加工通过工艺过程集成，一次装卡就把一个零件加工过程全部完成。由于减少装卡次数，提高了加工精度，易于保证过程的高可靠性和实现零缺陷生产。此外，完整加工缩短了加工过程链和辅助时间，减少了机床台数，简化了物料流，提高了生产设备的柔性，生产总占地面积小，使投资更加有效。 1.2.4 机床的信息化 机床信息化的典型案例是Mazak 410H，该机床配备有信息塔，实现了工作地的自主管理。信息塔具有语音、文本和视像等通讯功能。与生产计划调度系统联网，下载工作指令和加工程序。工件试切时，可在屏幕上观察加工过程。信息塔实时反映机床工作状态和加工进度，并可以通过手机查询。1.2.5 机床的智能化-测量、监控和补偿 机床智能化包括在线测量、监控和补偿。数控机床的位置检测及其闭环控制就是简单的应用案例。为了进一步提高加工精度，机床的圆周运动精度和刀头点的空间位置，可以通过球杆仪和激光测量后，输入数控系统加以补偿。未来的数控机床将会配备各种微型传感器，以监控切削力、振动、热变形等所产生的误差，并自动加以补偿或调整机床工作状态，以提高机床的工作精度和稳定性。 1.2.6 机床的微型化 随着纳米技术和微机电系统的迅速进展，开发加工微型零件的机床已经提到日程上来了。微型机床同时具有高速和精密的特点，最小的微型机床可以放在掌心之中，一个微型工厂可以放在手提箱中，操作者通过手柄和监视屏幕控制整个工厂的运作。 1.2.7 新的并联机构原理 传统机床是按笛卡尔坐标将沿3个坐标轴线的移动X、Y、Z和绕3个坐标轴线转动A、B、C依次串联叠加，形成所需的刀具运动轨迹。并联运动机床是采用各种类型的杆机构在空间移转主轴部件，形成所需的刀具运动轨迹。并联运动机床具有结构简单紧凑、刚度高、动态性能好等一系列优点，应用前景广阔。 1.2.8 新的工艺过程 除了金属切削和锻压成形外，新的加工工艺方法和过程层出不穷，机床的概念正在变化。激光加工领域日益扩大，除激光切割、激光焊接外，激光孔加工、激光三维加工、激光热处理、激光直接金属制造等应用日益广泛。1.3 机床的分类机床分类方法很多，最常用的分类方法是按机床的加工性质和所用刀具分类。按照这种方法分类，我国将机床分成为12大类，它们是：车床、钻床、镗床、磨床、齿轮加工机床、螺纹加工机床、铣床、刨插床、拉床、特种加工机床、锯床和其它机床。车床依用途和功能区分为多种类型。按用途和结构的不同，车床主要分为卧式车床和落地车床、立式车床、转塔车床、单轴自动车床、多轴自动和半自动车床、仿形车床及多刀车床和各种专门化车床，如车轮车床、铲齿车床。（1）普通车床的加工对象广，主轴转速和进给量的调整范围大，能加工工件的内外表面、端面和内外螺纹。这种车床主要由工人手工操作，生产效率低，适用于单件、小批生产和修配车间。（2）转塔车床和回转车床具有能装多把刀具的转塔刀架或回轮刀架，能在工件的一次装夹中由工人依次使用不同刀具完成多种工序，适用于成批生产。（3）自动车床能按一定程序自动完成中小型工件的多工序加工，能自动上下料，重复加工一批同样的工件，适用于大批、大量生产。（4）仿形车床能仿照样板或样件的形状尺寸，自动完成工件的加工循环，适用于形状较复杂的工件的小批和成批生产，生产率比普通车床高1015倍。有多刀架、多轴、卡盘式、立式等类型。（5）铲齿车床在车削的同时，刀架周期地作径向往复运动，用于铲车铣刀、滚刀等的成形齿面。通常带有铲磨附件，由单独电动机驱动的小砂轮铲磨齿面。（6）专门车床是用于加工某类工件的特定表面的车床，如曲轴车床、凸轮轴车床、车轮车床、车轴车床、轧辊车床和钢锭车床等。（7）联合车床主要用于车削加工，但附加一些特殊部件和附件后，还可进行镗、铣、钻、插、磨等加工，具有“一机多能”的特点，适用于工程车、船舶或移动修理站上的修配工作。1.4 关于CM6132CM6132：C是车床的意思，类似Z是钻床的意思 ，为分类代号。M是精密的意思，类似B是半自动的意思，是机床通用特征代号。6是落地及卧式车床，是组别代号，1是系别代，32是一起的，指320mm，为主参数值。CM6132机床适用于车削精密零件，并可加工公制、英制、模数和径节螺纹。主传动采用分离型传动。变速箱用两个公用齿轮，油液压选择变速；主轴支承为滑动轴承；进给系统采用三轴滑移公用齿轮机构，另有一套螺纹变换机构。由于CM6132为精密车床所以主轴的变速应该在另外的箱，由带传动传给主传动系统。二、 CM6132主要技术参数2.1 工件最大回转直径：在床面上: 320mm在床鞍上： 175mm工件最大加工长度： 750mm主轴孔径: 35mm主轴前端孔锥度： 莫氏5号2.2 主轴转速范围： 正转（18级） 192000转/分2.3 加工螺纹范围：公制（36种）0.544mm英制（45种）192牙/英寸模数螺纹（37种）0.2522mm径节螺纹（42种） 2184径节2.4 进给量范围：纵向 0.0113.6毫米/转横向 0.0061.544毫米/转2.5 主电机：功率 3千瓦转速 1430转/分三 、传动方案和传动系统图的拟定3.1 确定最低最高转速nmin, nmax由设计要求可得最低转速nmin=19r/min 最高转速nmax=2000r/min,则变速范围R=nmax/nmin=2000/19=105.3,以nmin,nmax和本车床的工作特性为依据采用分级变速。3.2 转速分级由设计要求，可得出转速分为18级，即Z=18。由公式7-6可得nmax=nz=nz-1=n1-1=nminz-1.。则公比 ：= = =1.32 。 由机床设计手册得标准公比 =1.26。由标准数列表可得如下数列：19，38，50，62，76，100，125，150，200，250，305，390，500，610，785，1000，1580，2000。3.3 主传动链，转速图的拟定3.3.1 传动组和传动副数的拟定传动组和传动副数的可能的方案18=36，18=63，18=332 ，18=323，18=233，前两种方案少一根轴，但缺点是一个传动组内有6个传动副，必须采用多组多联滑移齿轮，不但会增加轴向尺寸，而且操纵机构必须互锁以防多个滑移齿轮同时啮合，所以一般很少使用。第三，四，五号方案根据如下原则：从电机到主轴一般多为降速传动，接近电动机处的零件转速较高，转矩较小，尺寸也较小。如将传动副较多的传动组放在接近电动机处则可使小尺寸的零件多些，大尺寸的零件少些，就节省了材料。这就是“前多后少”的原则。所以18=332的方案最好。3.3.2 结构选择从减少热变形的角度，从采用模块化设计可满足不同需要的角度来考虑采取分离式传动，即变速箱与床头箱分离的结构。3.3.3 拟定转速图 CM6132转速图见下一页图1图1 CM6132转速图3.3.4 齿轮齿数的确定 第一组齿轮的齿数第一组的传动比 SZ1=57,59,60,62 SZ2=59,61,63,65 SZ3=56,59,60从以上三行中可以得出S=59是共同适应的，则取S=59，从表中可查出小齿轮的齿数分别为36，26，17,即36/22，26/32，17/42。 第二组齿轮的齿数第二组的传动比, , SZ1=65,67,70,72 SZ2=63,66,69,72 SZ3=65,66,68,70为了减少第二根轴的齿轮数，要求尽量为三联齿轮即第二根轴上的齿轮同时与一三轴啮合，所以可知第二根轴有的齿数为42，22，由传动比可知其对应的为42/26，22/45，可推出第三对齿轮为38/30。 第一组齿轮的齿数第三组的传动比，。此处传动应调节齿轮的模数以保证中心距，故此第一组传动比为27/63，模数为2.5，第二组传动比为17/58，模数为3。由此得出传动系统图2 图2 CM6132传动系统图4、 带传动设计4.1 电动机到变速箱部分带传动设计4.1.1 计算功率 由表13-11查得工作情况系数=1.1 =1.13=3.3kw4.1.2 选择带的型号根据=3.3kw，=1430r/min，由图13-10选为A型带。4.1.3 确定带轮的基准直径和由图13-10，取 =90mm =90=150mm由表13-12选取=150mm4.1.4 验算带速 =6.8m/s4.1.5 确定中心距和带的基准长度 初定中心距 =300mm 根据式（13-24）确定所需的基准长度 =2+ =+（90+150）+=979.8mm由表13-2查取=1000mm实距轴间距=300+=310mm安装时所需最小轴间距 =310-0.0151000=295mm张紧或补偿伸长所需最大轴间距 =+0.03=310+0.031000=3404.1.6 验算小轮上的包角根据式（13-27） 4.1.7确定带的根数根据表13-5查取单根A型的需用功率 =1.05kw根据表13-7查取额定功率增量 =0.15kw根据表13-9查取长度系数 =0.89根据表13-10查取包角系数 =0.968根据式（13-28）得 =3.2根 取=4根4.1.8单根V带的预紧力根据式（13-29） ，得=+0.16.82=100.63N4.1.9计算压轴力根据式（13-30）， =24100.63=800.62N4.2 由变速箱到床头箱部分的带传动设计4.2.1 计算功率 由表13-11查得工作情况系数=1.1 =0.960.9623=2.65kw =1.12.65=2.92kw4.2.2 选择带的型号 根据Pca 和小带轮的转速，由图13-10查得为B型带。4.2.3 确定带轮的基准直径和 由图13-10，取=178 =1781.12=199.36由表13-12选取=2004.2.4 验算带速 =9.31m/s4.2.5确定中心距和带的基准长度初定中心距 =600mm根据式（13-24）确定所需的基准长度 =2+（+）+ =2600+（178+200）+=1793.48mm由表13-2查取=1800mm实距轴间距=600+=603mm安装时所需最小轴间距 =603-0.0151800=576mm张紧或补偿伸长所需最大轴间距 4.2.6 验算小轮上的包角根据式（13-27） 4.2.7 确定带的根数 根据表13-5查取单根B型的需用功率 =2.46kw 根据表13-7查取额定功率增量 =0.11kw 根据表13-9查取长度系数 =0.95 根据表13-10查取包角系数 =0.996根据式（13-28）得 =1.2根取=2根4.2.8 单根V带的预紧力 根据式（13-29） ，得=133.14N4.2.9 计算压轴力根据式（13-30）， =22133.14=428.63N五、齿轮的设计5.1 对I轴上直齿圆柱齿轮进行设计5.1.1选择齿轮材料、热处理方式和精度等级 由表11-1小齿轮选用40Cr钢，调质后表面淬火，齿面硬度为4855HRC；大齿轮选用45号钢调质，调质后齿面硬度为217255HBS。选择齿轮精度等级为6级。5.1.2 按齿面接触疲劳强度进行初步设计由前面的计算可知一对直齿圆柱齿轮的齿数分别为22和36由机械设计基础公式11-16 mm 确定式中个参数 计算小齿轮传递的转矩 初取 由表11-7选齿宽系数 由图11-11查得=2.5 由表11-4查得材料的弹性影响系数 齿数比 计算许用接触应力 由图11-21e按接触面硬度平均硬度值52HRC（查得）小齿轮的接触疲劳极限 MPa，由图11-21d查得大齿轮的接触疲劳极限 Mpa。 由公式11-36计算应力循环次数 由图11-19查得接触疲劳寿命系数为 （允许一定点蚀） 计算接触疲劳许用应力 取安全系数，按式（11-35）可得，故取 初步计算 确定传动中心距 取标准模数mm5.1.3 验算齿面接触疲劳强度由公式11-25 计算小齿轮与分度圆直径 mm 确定齿宽 mm mm,取mm 计算圆周速度 m/s 计算 由表11-2，查得 由图11-3，查得 可由表11-3查得，但因大小齿轮硬度不同，可取两者平均值，即 由表11-3查得， 由图11-6查得 确定由公式11-21，可求得： 由公式11-11，可求得： 校核计算 = = 安全5.1.4 校核齿根弯曲疲劳强度校核公式 确定公式中的各数值 由图11-14可查得 ， 由图11-15可查得 ， 计算 计算弯曲疲劳许用应力 由图11-18查得， 由图11-20d查得 MPa由图11-20c查得 MPa 计算弯曲疲劳许用应力取安全系数=1.4，按（11-35）式可得 MPa MPa 校核齿根弯曲疲劳强度 安全 安全5.1.5 齿轮主要几何参数确定 基本参数， 分度圆尺寸mmmm 中心距计算mm5.2 I轴和II轴之间另外两组齿轮的参数 六 传动轴的设计6.1 选择轴的材料 选择45钢调质处理由机械设计手册第四版第二卷表6-1-1中查得：抗拉强度屈服点弯曲疲劳极限扭转疲劳极限6.2 各轴的计算转速轴： 轴： 轴：轴：轴： 轴： 轴号和小齿轮齿数I（17）II（22）III（26）IV（27）V（17）VI（27）计算转速（r/min）8583471701516519得各轴最小的计算转速6.3 确定轴的直径各种传动方式的传动效率由机械设计手册第二版查得带传动效率齿轮传动效率则各传动轴的输出功率为：由材料力学可得 由机械设计中表8-2取则 考虑到轴上需要加工键槽或直接加工成花键轴等因素，各轴段轴颈应该相应的增加。则 IV轴为辅助装置，故只需估算其轴径为60mm，主轴因为车床在加工材料时需要将材料伸入车床床头箱内，所以车床的主轴一般为空心。根据机械设计手册第三卷表19.3-1中公式 其中P为功率，n为转速，v为内外直径比，按照惯例选取，按照惯例选取。则因其上由滑移键故增加5%-7%故 选择65mm6.4 轴的结构设计由于，等轴均需要安装多联滑移齿轮，故均为花键轴，而主轴为空心轴。根据实际工作情况和个主轴塑件配合关系等因素选取轴颈处直径为65mm，其余均按35mm放大。 图4 主轴结构草图6.5 主轴各州段配合及表面粗糙度挡油盘处为 0.8 ； 轴承处为m6 0.8 ；内齿离合器处为 0.8 ；推力轴承处为h6 6.36.6 轴的校核由于轴轴颈较小，转矩较大，故选取此轴进行强度校核。此时应按扭转强度条件对该轴进行强度计算。轴受力示意图 图3 受力示意图由机械设计基础中公式17-1 Mpa式中：扭转切应力，Mpa； 轴所受扭矩，Nmm； 轴的抗扭截面系数，； 轴的转速，； 轴传递的功率，KW； 计算截面处轴的直径，mm； 许用扭转切应力，Mpa。将以上所得相应计算结果带入公式可得 Mpa查表17-4可知，故此轴安全。七、键连接设计7.1 平键连接由轴颈尺寸，轴的工作特性，轴上组件的结构特性，选取A型平键（GB/T1096-1979）。与主轴上齿轮连接处的键的尺寸校核此键根据机械设计基础中公式10-1其中d为轴的直径,mm;k为键与键槽的接触高度,mm;T为转矩,Nmm;为许用挤压应力,。查表10-2可知此键安全。7.2 花键连接由于在CM6132车床主轴箱中，轴花键处轴颈较小，转矩较大，故选取此处进行挤压强度校核。根据实际工作情况和花键使用特性选用矩形花键。具体为中系列，小径为17.5的花键，其尺寸为NdDB=617.5207（GB/T1144-1987）。由机械设计基础公式10-3 花键的平均直径，载荷分配不均系数取0.8花键齿侧面的工作高度，故此花键挤压强度符合要求，允许使用。八、轴承的设计计算8.1 选用原则根据主轴箱的工作特性和相关技术资料，主轴上选用两个推力轴承（2-D8120），一个内圈无挡边的圆柱滚子轴承E32216,和两个双圆柱滚子轴承（E3182115和D3182121）。，轴的两端均采用圆锥滚子轴承，其余轴承均采用深沟球轴承。8.2 深沟球轴承的设计计算8.2.1 选择轴承初选轴承型号为6308，由机械设计基础中表16-16查得, 。8.2.2 计算当量动载荷P轴承的固定方式为全固式，故轴承外载荷由两个轴承同时承受，即有故因此轴只受径向载荷，A/R=e。查表16-11，径向载荷系数X=1 故8.2.3 轴承寿命计算根据机械设计基础公式16-2 h算出=29354 h8.2.4 校核 因，因此按进行计算。由式16-4计算，查表16-8、表16-9查得，则 此数值小于初选的6308型轴承原基本额定动载荷（C=31200N）故初选的轴承合适。结论经过了三个多月的学习和工作，我终于完成了CM6132车床主传动系统的设计。从开始选题目到系统的实践，再到说明书的完成，每走一步对我来说都是新的尝试与挑战，这也是我在大学期间独立完成的最大的项目。在这段时间里，我学到了很多知识也有很多感受，由于对主传动系统进行设计等相关知识不是很了解，我开始了独立的学习和尝试计算，查看相关的资料和书籍，查找在大学期间所学的各类知识，让自己头脑中模糊的概念逐渐清晰，使自己非常稚嫩作品一步步完善起来，每一次改进都是我学习的收获，每一个零件设计的完成都会让我兴奋不已。从中我也充分认识到了车床这一古老的加工设备给我们的生产、生活带来的便利，使我为能够学习到机械知识和从事机械方面的工作而感到自豪！虽然我的设计不是很成熟，还有很多不足之处，但我可以自豪的说，这里面的每一条线，每一个数字，都有我的劳动。当看着自己亲手绘制的图纸从打印机中打出，真是莫大的幸福和欣慰。我相信其中的艰辛与汗水最终都会化为甜美的甘泉。这次做毕业设计的经历也会使我终身受益，我感受到做设计是要真真正正用心去做的一件事情，是真正的自己学习的过程和研究的过程，没有学习就不可能有研究的能力，没有自己的研究，就不会有所突破，那也就不叫设计了。希望这次的经历能让我在以后学习和工作中激励我继续进步。 致谢 经过一个学期的忙碌和工作，本次毕业设计已经接近尾声，作为一个本科生的毕业设计，由于经验的匮乏，难免有许多考虑不周全的地方，如果没有导师督促指导，以及一起工作的同学们的支持，想要完成这个设计是难以想象的。本次毕业设计历时三个多月，从选题、开题答辩到CAD绘制装配图、零件图，完成说明书。其间每一过程都得到指导教师王树强老师的悉心指导，王老师每周安排见面会，身体力行、兢兢业业地为我们排忧解难，在论文的写作期间给予我的热情帮助和指导。王老师渊博的知识，认真负责的工作作风，平易近人的态度让我获益匪