M250手动平面磨床工作台纵横向进给机构改进毕业设计.doc

目 录 M250手动平面磨床工作台纵横向进给机构改进毕业设计目 录摘 要IAbstract第1章 绪论11.1 磨床概述11.1.1磨床定义及其分类11.1.2磨床的主要发展趋势21.2 平面磨床分类及其特点21.2.1平面磨床分类及其特点21.2.2手动平面磨床的国内外发展状况31.3 本次设计的主要内容51.4 本章小结6第2章 手动平面磨床的总体设计72.1 设计方案72.1.1设计方案一72.1.2设计方案二72.1.3设计方案对比82.1.4设计改进82.2 进给系统的组成92.2.1机动进给装置92.2.2手动进给装置92.3 本章小结9第3章 进给机构设计计算103.1 纵向进给机构的设计计算103.1.1切削力的计算103.1.2滚珠丝杠的设计与计算123.1.3轴承的选择163.1.4电动机的选择163.1.5减速机构的设计与计算173.1.6手动传动装置的设计与计算213.2 横向进给机构的设计计算233.2.1切削力的计算233.2.2滚珠丝杠的计算243.2.3轴承的选择253.2.4电动机的选择263.2.5减速机构的设计与计算273.2.6手动进给装置的设计与计算293.3 本章小结33第4章 其他零部件的选取344.1 导轨的选取344.2 离合器的选取364.3供油装置的选择384.3.1润滑油过滤装置与过滤元件的选择394.3.2油泵的选择404.3.3液体静压轴承的用油问题404.4 本章小结40结 论40致 谢42参考文献44附录一46附录二477第1章 绪论第1章 绪论1.1 磨床概述1.1.1磨床定义及其分类1.磨床定义用磨料和磨具（砂轮、砂带、油石等）对工件表面进行切削加工的机床统称为磨床1。磨床是现代精密机械加工中不可缺少的金属切削机床之一。随着科学技术的高速发展，我国的磨床拥有量有了大幅度地增加，但因为役龄较长，磨损严重磨削精度下降；有些磨床结构陈旧，技术性能落后，其中很大一部分已远远不能适应产品更新换代的工艺要求。为了改善旧磨床的技术不良状况，已有很多单位采用新技术、新工艺新材料、新结构对这些陈旧磨床进行精化与改造，或者提高了零件的磨削精度和表面光洁度，或提高了生产率，或降低了能源消耗，或减少了环境污染，收到了良好的技术经济效果。磨床加工材料范围广泛，但主要用于磨削淬硬钢和各种难加工材料。磨床可用于磨削内、外圆柱面和圆锥面，平面，螺旋面，花键、齿轮、导轨、刀具及各种成形面等，应用范围非常广泛。磨床一般用于精加工，但也可将毛坯直接磨成成品。2.磨床的分类磨床的品种很多，约占全部金属切削机床的1/3。磨床在机床总数中所占比重达。磨床的主要类型有外圆磨床、内圆磨床、坐标磨床、平面及端面磨床、工具磨床、刀具刃磨机床、导轨磨床、和各种专门化磨床（如曲轴磨床、凸轮轴磨床、轧辊磨床等），还有砂带磨床、珩磨机，抛光机、研磨机、超精加工机、超精研抛机床，各种轴承磨床和专用磨床2。M250手动平面磨床主要用砂轮周边磨削工件的平面、台阶面、相邻的垂直面和沟槽。采用特殊的砂轮修整器和工艺设备可以加工曲面和成型表面。根据工件结构形状的不同和尺寸，工件可以放在高强力永磁吸盘磨削，也可紧固在工作台面上磨削。工作台采用十字移动式布局，改进了磨床传统的移动结构。磨具为套筒式，砂轮主轴采用滚动轴承结构。工作台滑动副采用双V导除砂轮主轴有电机驱动外，其余部份如工作台的往复运动，横向和垂直进给机构均为手动操纵。本机床的润滑系统采用YSB50型的手压泵，将油送至各油路，结构合理，密封严密，不会发生漏油现象，外观干净，场地清洁。本机床结构简单，外观轻巧，节约能源，维修方便，特别适合模具造业，修理车间和小型企业。1.1.2磨床的主要发展趋势数控磨床品种越来越多，在数控磨床的基础上发展各种磨削功能复合化的磨削中心3。适应广泛采用CBN砂轮的要求，磨床向高速高刚度方向发展。适应高速磨削，超高速磨削、缓进给强力磨削，高速深切磨削的磨床品种越来越多。1.2 平面磨床分类及其特点1.2.1平面磨床分类及其特点1.平面磨床分类平面磨床的砂轮主轴有卧轴和立轴之分。卧轴平面磨床多为周边磨削；立轴平面磨床多为端面磨削。周边磨削的效率比较低，但加工的表面粗糙度较低和尺寸精度比较高；端面磨削砂轮直径大，常能磨削工件全宽，因是面接触效率比较高，但冷却困难，切屑不易排出，加工精度较周边磨削差，一般用于粗磨4。安装工件的工作台分为往复运动的矩形工作台和作旋转运动圆形工作台两种。圆形工作台平面磨床是连续进给，不需要换向生产效率高一些，适用于磨小型零件的大直径环形面，不能磨长零件；而矩形工作台平面磨床，需要换向，但可磨削的零件范围宽5。根据工作台的形状和砂轮主轴布置方式不同组合可把普通平面磨床分为：卧轴矩台式、立轴矩台式、立轴圆台式、卧轴圆台式6。平面磨床中，应用较多的是卧轴矩台式平面磨床7。卧轴矩台型平面磨床如以实现横向运动的方式来区分，可分为三大类8：（1）工作台移动型卧轴矩台型平面磨床。 （2）立柱移动型卧轴矩台平面磨床。（3）磨头移动型卧轴矩台平面磨床。2.不同类型平面磨床特点表11 不同类型机床特性对比工作台移动型立柱移动型磨头移动型横向精度高低结构复杂性复杂简单制造成本高低1.2.2手动平面磨床的国内外发展状况手动平面磨床的发展历史悠久，可追溯到一百多年以前。成立于1833年的美国Brown&SharPe制造公司是世界上最老的机床制造厂，该公司于1868年开始制造平面磨床，最初就是手动平面磨床。以后的液动平面磨床、自动平面磨床都是在手动平面磨床的基础上发展起来的9。手动平面磨床之所以历百余年而不衰，甚至在数控平面磨床发展相当快的现在仍具有强大生命力，这是它具有小型简单、实用可靠的特点所决定的。可以肯定，在今后很长一段时间内，手动平面磨床仍具有相当大的市场容量10。1.国内手动平面磨床概况手动平面磨床在国内的发展时间较晚，到70年代只有少量生产，80年代以后发展较快。目前，手动平面磨床生产量已占全国平面磨床总产量的三分之一。由于我国的平面磨床是从仿制苏联平面磨床开始的。早在1953年上海机床厂就引进苏联373、3726、3756平面磨床，试制出立轴、卧轴矩台和立轴圆台平面磨床，因此我国平面磨床的发展是走了一条与众不同的道路，先有液动平面磨床，后有手动平面磨床。而不像西方工业国家先有手动平面磨床的广泛应用，然后在手动平面磨床基础上发展液动平面磨床。国内对手动平面磨床的认识很少，而且有认识误区，认为手动平面磨床在国内推广不开。同时，在计划经济条件下，机床生产的分工十分明确，手动平面磨床列人仪表机床范围，这些都制约了手动平面磨床的发展。这样，在很长一段时间内，只有天津仪表厂一家生产手动平面磨床，不仅数量少、质量上也难以与日本和台湾省制造的同类产品相比，在国际市场上竞争力不强11。1980年，杭州机床厂设计制造HZ150手动平面磨床，在短短几年内就在香港市场站稳脚跟。十几年来，HZ150手动平面磨床已成为我国能批量出口的为数不多的机床品种之一。累计出口已近2000台，为出口创汇做出了贡献。出口地区有美、日、欧、东南亚、澳大利亚及港、澳地区。随着国内市场的开拓，手动平面磨床已逐渐成为热销产品。近年来，乡镇企业、个体、私营工商业主已成为此类机床购买主体，手动平面磨床在电子等行业的应用已相当广泛，如广东深圳有三家企业，每家拥有50台以上手动平面磨床，有的将手动平面磨床联成生产线，用于加工磁头。手动平面磨床已成为这些企业的关键设备。市场带动了生产, 十几年来手动平面磨床发展速度相当快, 平面磨床行业内外的企业纷纷开发这种品种, 并以多种途径出口, 全国年产量从70年代的100余台发展到目前1500的台以上,生产厂已有十余家12。2.国外手动平磨概况随着数控技术的普及应用，一些发达国家将主要目标盯在高档机床上，属于低档的手动平面磨床逐步向发展中国家转移。但是，手动平面磨床由于结构简单，价格低廉，发达国家对它们仍有较大需求。因此，美日等国仍有这种平面磨床的生产，主要有以下一些厂家和产品:美国Brown&Sharpe制造公司:世界著名的平面磨床专业厂，平面磨床品种较多，其中有612、618手动平面磨床。该公司已于90年代初转产三坐标测量仪等测量仪器。美国K.0.LEE公司:该公司已有百余年历史，50年代生产工具磨床，60年代起生产平面磨床，产品有手动、液动、数控平面磨床，其中手动平面磨床有S918BRE等型号。英国有考文垂PARKER PM MAJESTIC手动平面磨床，英国EXE工程公司制造一种小型精密手动平面磨床，加工范围330100mm，其主轴速度可变，可用于磨削槽子和凹口13。3.手动平面磨床的主要技术差距手动平面磨床是传统机床产品，总的说来技术上发展变化不大，其主要差距体现在宜人性、可靠性、成套性三个方面: 宜人性对手动平面磨床来讲是至关重要的，如手动平面磨床纵向进给传动有滑动和滚动导轨两种，滚动导轨结构先进，手轮操纵力相差几倍。日本三井High Fech公司的手动平面磨床，其手柄操纵力仅需50g至65g滑动导轨的手柄力则在0.6kg至1.8kg，操作者当然喜欢手柄力轻的手动平面磨床。近年来，国内进口了一些手动平面磨床，多数是滚动导轨，如日本独资无锡某公司拥有17台手动平面磨床，多数采用滚动导轨。一个单位如同时拥有两种导轨型式的平面磨床，无疑是因为操作者都喜欢用滚动导轨手动平面磨床。由于操作者使用习惯不同，有的喜欢使用装在床身上的垂直进给手轮，目前国产手动平面磨床多将此手轮装在立柱上方。机床的色彩，造型与国外样机也有一定差距14。可靠性对手动平面磨床也是十分重要的，大批量生产厂要求机床能连续运转，能吃苦耐劳，连续使用不出故障。使用几年以后重新更新，不作大修。机床配套件质量尤为重要，现有产品存在钢丝绳易断等问题。成套性方面,与国外差距较大，国产手动平面磨床附件少，加工范围较小，日本冈本手动平面磨床有四十种特殊附件，日本三井亦有光学修整器等25种特殊附件，使机床能适应多种加工的要求15。4.国内手动平面磨床生产面临的问题国内手动平面磨床生产发展虽快，但也存在一些问题，主要有以下一些:经济效益不理想，由于行业内竞争激烈，相互压价，而产生成本居高不下；出口存在无序竞争现象，由于出口渠道多，价格差异大，换汇率低；生产量增大过快，终会使短线变成长线。在市场经济条件下，如何做好生产协调，保持合理的增长率，是个新课题；国内市场有待进一步开拓，广东省对手动平面磨床有较大需求，而其它地区市场未启动。品种单调，如采用滚动导轨，数显等的高档手动平面磨床，不能满足行业多层次不同需求16。1.3 本次设计的主要内容对M250手动平面磨床的进给机构进行改进，以达到提高精度的目的。实现纵向进给机构往复运动，以及横向进给机构的连续、断续、手动的进给方式。多种加工方式相结合，扩大机床的加工范围，提高加工精度，满足行业多层次的不同需求。该课题的主要工作内容是了解平面磨床进给系统基本组成、作用，以及平面磨床纵横向进给系统的连接方式，并进行进给系统的设计计算，最后要进行进给系统的维护。 该课题的设计要求是确定M250手动平面磨床的类型为卧轴矩台平面磨床；通过M250平面磨床的改造过程,对进给系统进行设计改造，在尽量不改动原方案基础上使之实现纵向进给机构往复运动，以及横向进给机构的连续、断续、手动的进给方式，设计后性能满足具有改善加工精度特性，完成总图等主要图纸设计；横向进给机构由微型直流电机驱动，能实现断续、快速、自动进给，砂轮端面磨削工件的侧面17。1.4 本章小结通过了解磨床的分类以及工作原理、组成以及发展趋势，和国内外发展状况和趋势，对设计内容有了充分的理解，也对磨床有了初步的认识，指明设计方向。第2章 手动平面磨床的总体设计第2章 手动平面磨床的总体设计2.1 设计方案确定设计的M250手动平面磨床的类型为卧轴矩台平面磨床。2.1.1设计方案一方案一：拖板移动式：磨头主轴做垂直进给运动，工作台做横/纵向进给运动。如图21所示：图21 卧轴矩台平面磨床拖板移动式2.1.2设计方案二方案二：磨头移动式：磨头主轴做垂直进给运动以及横向进给运动，工作台做纵向进给运动。如图22所示：图22 卧轴矩台平面磨床磨头移动式2.1.3设计方案对比方案1的结构热边形小，精度稳定性好，垂直进给灵敏度高，操作方便；横向进给稳定性好，但结构较复杂，工艺要求高。方案2的结构磨头做垂直进给和横向进给，其中重心位置变化会引起结构变形；热变形影响大，故横向进给精度低；磨头攻率大，磨削效率高，但因刚度低，垂直进给灵敏度差。通过两个方案的对比，根据本设计的机床是用于精加工，所以采用方案1。卧轴矩台平面磨床的横向进给机构由微型直流电机驱动，能实现断续、快速、自动横向进给，砂轮端面磨削工件侧面横向进给运动。此横向进给运动还设计有横向进给手轮和微量进给机构，可以实现手动进给以及微进给，提高加工精度。对进给机构进行改进的目的是为了提高精度，因此使用滚珠丝杠作为传动元件，滚珠丝杠副作为精密、高效的传动元件在精密机床、数控机床得到广泛应用，可用精密定位自动控制、动力传递和运动转换。2.1.4设计改进本设计是在原机床设计的基础上加以改进，针对设计的要求对M250手动平面磨床的横向以及纵向进给机构进行改进。原设计的M250手动平面磨床采用的是滑动丝杠，并且设计了横向以及纵向手动进给装置，相对精度较低。改进设计中，用滚珠丝杠代替原有的滑动丝杠，在保留横向以及纵向手动进给装置的基础上为了适应不同型号砂轮，以及不同类型的工件，在加工中都能达到同等精度要求，所以在横向进给机构中设计使用齿轮变速机构以及微量进给装置，提高了加工精度，操作简单、省力18。2.2 进给系统的组成2.2.1机动进给装置手动平面磨床的进给系统包括纵向进给和横向进给两部分。对于纵向进给装置机动进给系统主要是完成工作台在纵向快速移动的需要和实现零件加工时工作台的往复运动。机动进给装置采用三相交流异步电动机，调速方式是变频无级调速。工作台由行程开关组成的电气系统控制电动机的正反转，实现工作台的往复运动。横向进给装置的机动进给系统同样可以完成工作台在横向进给方向上的快速移动，由于横向进给系统对磨削过程起到至关重要的作用，因此横向进给系统在调速时要平稳，因此选用直流电动机。直流电动机的调速范围较交流异步电动机的范围窄，在设计的同时为扩大调速范围满足更大的加工范围，设计了2级变速19。2.2.2手动进给装置设计中的手动进给装置包括两部分，手动进给和微量进给。主要的作用就是人为的调整进给量，扩大加工范围,提高加工精度20。2.3 本章小结本章设想了两个设计方案，通过两个方案的对比，确定了最终的设计方案拖板移动式：磨头主轴做垂直进给运动，工作台做横/纵向进给运动。工作台由电动机或手动装置驱动进行横向以及纵向运动，还在横向进给机构中增设了变速机构以及微量进给装置，提高适用范围。第3章 进给机构设计计算第3章 进给机构设计计算3.1 纵向进给机构的设计计算3.1.1切削力的计算1.切削用量的选择与计算磨削用量的选择原则通常是：在保证工件表面质量的前提下尽量提高生产率。换言之，磨削用量是在保证磨削温度较低、磨削表面粗糙度较低的条件下，尽量选取较大的径向进給量、轴向进给量和工件速度。砂轮速度一般为，普通磨削时砂轮速度固定不变，不必选择；高速磨削时或更高些。砂轮速度一般比车削时的速度大倍左右。工件速度在粗磨时常取为精磨时为。外圆磨削时，速比；内圆磨削时，太低时，工件易烧伤；太高时机场可能产生振动21。背吃刀量或径向进给量：粗磨时可取，精磨时可取，镜面磨时可取。砂轮的轴向进給量：粗磨时可取;精磨时可取，为砂轮宽度，是指工件每转或每一个工作行程时砂轮的轴向位移量。因此 磨轮宽度B=63 砂轮直径=500 进给吃刀量磨削吃刀量砂轮线速度 （31）根据已知砂轮转速所以工件速度 （32）L工作台行程长度 工作台往复频率 所以表31 切削用量磨 轮宽度进给吃刀 量砂 轮线速度砂 轮直径磨 削吃刀量工 件速度631274.575000.0110.62.切削力的计算选取工件材料为淬火钢 由机械工程手册查得公式 （33） （34）其中，磨削吃刀量，取，砂轮线速度，由计算得，工件速度，由计算得，由机械工程手册表1.29查得 将上述参数带入式（33）解得磨削力知背向吃刀力： 3. 磨削功率由机械工程手册查得磨削功率公式 （35）其中：磨削力，由计算得，砂轮 线速度，由计算得由公式（35）计算得 3.1.2滚珠丝杠的设计与计算1.滚珠丝杠副设计和使用注意事项主要尺寸参数的选择应根据机床使用要求全面综合考虑，因为丝杠副的公称直径、基本导程、预紧力、负载滚珠的有效圈数与丝杠的寿命、位移精度、刚度、驱动力矩等有密切关系。如果某一项特性不能满足时，可以重新选择丝杠直径、导程、有效圈数等，直到完全满足22。为使滚珠丝杠受力均匀，提高耐用度和精度保持性，螺母不应受径向力和倾覆力矩，并应尽量使作用在螺母上的轴向合力通过丝杠轴心。以螺母外圆柱面和凸缘面为安装基面，螺母安装直径和座孔的配合为 ，应保持螺母座孔与丝杠支撑轴承孔同心且螺母座孔端面与轴心线垂直。设计单螺母的滚珠丝杠副时，应使丝杠和螺母同时受拉应力压应力，而不要一个受拉一个受压，以使滚珠受力均匀。如果丝杠不转，螺母旋转，则应将螺母和齿轮安装在套筒上，套筒由轴承支撑以承受轴向和径向力，这就可以避免螺母承受径向载荷23。如果要使滚珠丝杠和螺母分开，可在丝杠轴径上套一个辅助套筒，套的外径略小于丝杠螺纹滚道的前径，这样在拧出螺母时，滚珠不致失落。支撑滚珠丝杠轴的两轴承座孔与滚珠螺母座孔应保证同轴。同轴度公差建议取67级或高于6级。螺母座轴线与导轨面轴线要保证平行，平行度公差可取为，当插管式滚珠丝杠副水平安装时，应将螺母上的插管，置于滚珠丝杠副轴线的下方。这样的安装方式可使滚珠易于进入插管，滚珠丝杠副的摩擦力矩较小。要注意螺母座、轴承座及其紧固螺钉的设计保证有足够的刚度。有恒温要求的高精度滚珠丝杠可将丝杠轴做成中空，通过恒温油，以降低丝杠轴的温升。为了减少滚珠之间的相互摩擦可以采用间隔滚珠或在闭合回路内减少几个滚珠的方法，采用间隔滚珠时，间隔滚珠的直径比负载滚珠小数，可消除滚珠之间的摩擦，对提高滚珠丝杠副的灵敏度有非常明显的效果。但负载滚珠数只剩了一半，因此刚度和承载能力也都相应降低24。滚珠丝杠副的承载能力用额定负载荷表示，其定义、计算和选用方法与滚动轴承基本相同。一般根据额定动载荷选用滚珠丝杠副，只有当时按额定静载荷选用。对于细长承受压缩的滚珠丝杠副需作压杆稳定性计算，对转速高、支撑跨距大的滚珠丝杠副作临界转速的校核，对精度要求高的传动进行刚度验算，转动惯量校核，对闭环控制系统还要进行谐振频率的验算。2.丝杠的导程和转速由额定寿命公式 （36）其中 、修正后的额定寿命额定轴向动负荷丝杠的轴向当量负荷丝杠的当量转速温度系数硬度系数，常取精度系数负荷性质系数可靠性系数知 （37）由实用机床设计手册15查得（取机床精度为5级），初选电动机型号为Y90S4型异步电动机，额定转速，取使用时最高转速为，电动机与丝杠通过减速器连接。工作台最大进给速度，故丝杠导程应为。丝杠转速：磨削时取 ，快速移动时取。由实用机床设计手册15查得丝杠所受总的轴向力由公式 （38）式中 载荷系数，取 摩擦系数，取工作台重量，设工作台重量为将参数带入公式（38）得所以，初选丝杠为内循环浮动反向器双螺母垫片预紧滚珠丝杠 ， 5列，型号为FFZD4010，额定动负载，大于算出的值。预紧力，大于最大轴向载荷的，这种丝杠可用25。3.丝杠螺纹部分长度等于工作台最大行程加螺母长度加两端余程支撑跨距 应略大于，取为4.临界转速 （39）式中丝杠支撑方式系数，查实用机床设计手册16表3.737临界转速计算长度，查实用机床设计手册16表3.737查实用机床设计手册15表3.737 （两端固定）两端固定，丝杠一般不会受压，故不需进行压杆稳定性验算5.预拉伸计算（1）温升引起的伸长量设温升为，则螺纹部分伸长量为 （310）丝杠全长的伸长量为：，为此，丝杠的目标行程可定为比公称行程小。丝杠在安装时，进行预拉伸，伸长量为。（2）预拉伸力根据学欧拉公式： （311）6.润滑、防护和密封润滑滚珠丝杠必须润滑。滚珠轴承用的各种润滑剂原则上都可用。主轴用的各种润滑剂和润滑方式都可用于紧密滚珠丝杠。一般情况下采用锂基润滑脂，高速和需要严格控制温升时，可用汽轮机油，循环润滑或喷雾润滑。防护和密封 丝杠防护套有伸缩套管式、折叠套管式和螺旋钢带保护套。后者有专业厂生产，应用较大。3.1.3轴承的选择根据实用机床设计手册15表3.746 轴承型号采用7603030TVP mm mm mm 动负载，预负荷表32 轴承参数型号(mm)(mm)(mm)动负载()预负荷()7603030TVP3072193450043001.预负荷 轴承的预负荷不应小于轴承最大载荷的，丝杠两端固定，故轴承的最大载荷等于拉伸力加最大外载荷的一半。，故符合要求。2.疲劳寿命计算 轴承要求的动负荷可按公式计算 （312）考虑到机床特点，上式中系数、均取1，进给力的方向是可变的轴承负荷可能是，也可能是。两者机会均等，故取其平均值，当量转速，故，如寿命为1500，则，可以看出所以轴承可用。3.1.4电动机的选择纵向进给运动实现的是工作台的纵向往复运动，它连续运行，负载平衡，对于启动制动没有特殊要求，所以优先选用三相异步电动机。并且采用变频调速方式26。初选电动机型号为Y90S4型异步电动机。其主要参数：额定功率为，效率，额定电流，功率因数，额定转矩，额定转速，转动惯量。3.1.5减速机构的设计与计算1.基本尺寸的计算材料的选择选择小齿轮材料为40Cr（调质），硬度为280HBS，大齿轮材料为45钢（调质）硬度为240HBS，二者材料硬度差为40HBS。传动比取小齿轮齿数 。 模数 齿高 2.强度校核计算齿根危险截面的弯曲强度条件 （313）式中，圆周力，单位为。 载荷系数， 齿形系数，可由机械设计使用手册 16表105查得 应力校正系数齿面接触疲劳强度计算 （314）式中，弹性影响系数，单位为 传动比 齿轮的许用应力 （315）式中，寿命系数 齿轮的疲劳极限 疲劳强度安全系数（1）按齿轮接触疲劳强度校核按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限 大齿轮的接触疲劳强度极限 计算循环次数 （316）式中，齿轮转速，单位为 齿轮每转一圈时，同一齿面啮合的次数 齿轮的工作寿命，单位由公式（316）计算得 由机械设计使用手册16图1019查得，接触疲劳寿命系数 计算接触疲劳许用应力取失效概率为10%，安全系数 （317）取弹性模量由电动机的参数知 由上述计算得齿轮的分度圆直径为为了使机床结构紧凑，且金属切削机床的齿轮传动，若传递的功率不大时可小到0.2所以，取齿宽系数由公式计算得 由机械设计使用手册16表102查得，使用系数根据，7级精度由图10816查得动载荷系数 假设，由机械设计使用手册16表103查得由表104，7级精度小齿轮相对支撑非对称布置查得所以，齿面接触疲劳强度满足要求。（2）按齿根弯曲强度校核由机械设计使用手册16图1020c查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限大齿轮的弯曲疲劳强度极限 由图101816查得弯曲疲劳寿命系数 计算弯曲疲劳许用应力取弯曲疲劳安全系数， （318）由，查图101316得计算载荷系数查取齿形系数由表10516查得 查取应力校正系数由表10516查得 齿根弯曲强度校核由公式（313） 得所以，满足齿根弯曲强度条件。3.转动惯量的计算（1）齿轮转动惯量计算 （319）其中，齿轮分度圆直径， 齿厚 （2）丝杠转动惯量计算 （320）其中，丝杠直径 丝杠长度（3）丝杠传动，一级齿轮降速时传动系统折算到电机轴上的总转动惯量 （321） 4.功率的计算，所以选用电机合适。3.1.6手动传动装置的设计与计算1.锥齿轮的设计参数纵向进给传动的行程大，为了提高效率所以在进行手动进给的时候提高速度，手轮每转一转丝杠行程两个导程即20。由此知，锥齿轮的传动比为。即，取， 分锥角：，齿宽系数：分度圆直径： 外锥距：中锥距：齿宽：齿轮中点分度圆直径：齿顶高：齿根高：顶圆直径：齿根角：齿顶角：顶锥角：根锥角：冠顶距：2.手动传动装置的结构及其工作原理进行手动进给时将电机前的电磁离合器脱开啮合，并且牙嵌式离合器有一半固定，另一半可以随时活动使得离合器可以灵活的实现脱开以及啮合，半离合器的活动由紧固在离合器上的紧定螺钉进行导向并且起到限位的作用。推动手轮使牙嵌式离合器啮合，转动手柄进行进给。当不需要手动进给时，手柄处的弹簧可以实现复位的功能。常态下牙嵌式离合器是脱开啮合的状态。手动装置是个独立的结构，它与纵向进给的联结是依靠螺栓，并且为了安装方便采用上下箱封装。1紧定螺钉 2进给手轮 3锥齿轮 4牙嵌式离合器 5弹簧 图31 纵向手动装置结构图3.2 横向进给机构的设计计算3.2.1切削力的计算根据查阅机械设计使用手册16知，横向进给时的切削力远小于纵向进给时切削力，可以忽略不计，但是在横向移动时要克服工作台产生的摩擦力，所以横向进给机构的主要计算力为： （322）式中，摩擦系数，取 背向磨削力，单位 机床总重，单位因此由前计算结果计算得 3.2.2滚珠丝杠的计算由实用机床设计手册15查得 (取机床精度为5级) 精磨取，取1.丝杠的导程和转速初选电动机最大速度为，取使用时最高转速为，电动机与丝杠通过减速器连接。工作台最大进给速度，故丝杠导程应为。丝杠转速： 快速进給时，所以当量转速。所以将参代入公式（37）得初选丝杠为内循环浮动反向器双螺母垫片预紧滚珠丝杠 ， ，5列，型号为FFZD4006，额定动负载，大于算出的值。预紧力，大于最大轴向载荷的，这种丝杠可用。2.丝杠螺纹部分长度等于工作台最大行程加螺母长度加两端余程支撑跨距 应略大于，取为3. 临界转速查实用机床设计手册表3.737 （两端固定）两端固定，丝杠一般不会受压，故不需进行压杆稳定性验算4.预拉伸计算（1）温升引起的伸长量设温升为，则螺纹部分伸长量为丝杠全长的伸长量为： 为此，丝杠的目标行程可定为比公称行程小。丝杠在安装时，进行预拉伸，伸长量为。（2）预拉伸力根据材料力学欧拉公式：3.2.3轴承的选择根据实用机床设计手册表3.746 选取轴承型号。 表33 轴承参数型号(mm)(mm)(mm)动负载()预负荷()7603030TVP3072193450043001.预负荷 轴承的预负荷不应小于轴承最大载荷的，丝杠两端固定，故轴承的最大载荷等于拉伸力加最大外载荷的一半。，故符合要求。2.疲劳寿命计算 轴承要求的动负荷可按公式计算 ，考虑到机床特点，上式中系数、均取1，进給力的方向是可变的，轴承负荷可能是，也可能是。两者机会均等，故取其平均值，当量转速，故，如寿命为1500，则，可以看出所以轴承可用3.2.4电动机的选择1.电机的初选初选电动机型号为Z232型直流电动机，额定功率1.1，额定电流6.58，效率76，最高转速2000，额定转速1000，飞轮转矩 。2.功率的验算，所以选用电机合适。3.2.5减速机构的设计与计算1.基本尺寸的计算材料的选择选择小齿轮材料为40Cr（调制），硬度为280HBS，大齿轮材料为45钢（调质）硬度为240HBS，二者材料硬度差为40HBS。传动比取小齿轮齿数 。 模数 齿高 2.强度校核计算（1）按齿面疲劳强度校核按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限 大齿轮的接触疲劳强度极限 由公式（316）计算循环次数由机械设计使用手册16图1019查得，接触疲劳寿命系数 计算接触疲劳许用应力取失效概率为10%，安全系数 弹性模量取为了使机床结构紧凑，且金属切削机床的齿轮传动，若传递的功率不大时可小到0.2所以，取齿宽系数由公式计算得 由机械设计使用手册16表102查得，使用系数根据，7级精度由图108查得动载荷系数 假设，由表10316查得由表104，7级精度小齿轮相对支撑非对称布置查得 所以，齿面接触疲劳强度满足要求。（2）按齿根弯曲强度校核由图1020c查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限大齿轮的弯曲疲劳强度极限 由图101816查得弯曲疲劳寿命系数 计算弯曲疲劳许用应力取弯曲疲劳安全系数由，查图101316得计算载荷系数查取齿形系数由表10516查得 查取应力校正系数由表10516查得 齿根弯曲强度校核由公式得所以，满足齿根弯曲强度条件。3.2.6手动进给装置的设计与计算1.手动装置设计与计算设计的横向进给系统中通过手轮装置能够实现的最小进给量为手轮每转一转横向进给机构运动，通过上面计算知丝杠的导程为，所以手动装置的降速比为，, 。2.手动装置的结构及其工作原理（1）工作原理横向进给手动装置的工作原理与纵向进给装置的工作原理相似，为了提高加工范围，使得装置适应精加工，减小进给量，所以在设计传动的过程中设计了齿轮降速，以齿轮作为传动件带动滚珠丝杠进行进给。（2）手动装置的结构1进给手轮 2紧定螺钉 3牙嵌式离合器4蜗轮 5蜗杆 6弹簧图32 横向进给手动装置3.微量进给装置的设计与计算微量进给装置由蜗轮蜗杆传动。因为在蜗杆传动中，当使用单头蜗杆时，蜗杆旋转一周，蜗轮只转过一个齿，因而能实现大的传动比。在动力传动中，一般传动比；在分度机构或手动机构的传动中，传动比可达300；若只传递运动，传动比可达1000。由于传动比大，零件数目又少，因而结构很紧凑。（1）选择蜗杆传动类型根据GB/T100851988的推荐采用渐开线蜗杆（2）选择材料考虑到蜗杆传动传递的功率不大，速度只是中等，故蜗杆用45钢；因希望效率高些，耐磨性好些，故蜗杆螺旋齿面要求淬火，硬度为4555HRC。蜗轮用铸锡磷青铜，金属模铸造。为了节约贵重的有色金属，仅齿圈用青铜铸造，而轮芯用灰铸铁HT100制造。（3）尺寸计算规定微量进给装置的进给量为每一转，在通过上级传动所以蜗杆传动的降速比为，所以选取蜗杆的头数 由实用机床设计手册15查得 变位系数 蜗杆直径系数 蜗杆轴向齿距 蜗杆导程 蜗杆齿顶圆直径 蜗杆齿根圆直径顶隙蜗杆齿顶高蜗杆齿根高蜗杆齿高蜗杆齿宽蜗轮分度圆直径蜗轮齿顶圆直径蜗轮齿根圆直径蜗轮齿顶高蜗轮齿根高蜗轮齿宽4.微量进给装置的结构及其工作原理（1）微量进给装置的结构图33 偏心套工作原理图1蜗轮 2蜗杆 3偏心套4微量进给手柄 5弹簧 6调整手柄图34 横向微量进给装置（2）微量进给装置的工作原理微量进给装置由蜗轮蜗杆组成，因为蜗轮蜗杆可以达到很大的传动比，所以可以实现很小的进给量。在常态下蜗轮与蜗杆保持脱开啮合的状态，当需要进行微量进给时调整手柄6，使得蜗轮与蜗杆啮合，在转动微量进给手柄5进行进给运动，穿透偏心套的螺钉起一个导向的作用，实现蜗轮与蜗杆啮合与脱开啮合的运动。偏心套的结构是外圆与安装孔同心，内圆相对外圆偏心。本设计偏心套的工作原理是，偏心套与调整手柄一起运动，当需要调整偏心套实现蜗轮与蜗杆的啮合或脱开啮合时搬动调整手柄使得偏心套在安装孔内转动，由于是偏心套在做整体运动因此安装在偏心套内圆的蜗杆实现偏心运动，从而实现蜗轮蜗杆啮合脱开啮合的运动，为了准确的控制偏心套的运动位置，在偏心套的安装面上开四分之一的环形槽，由螺钉导向。3.3 本章小结依据传动关系确定设计参数，通过计算确定各个部分尺寸。由尺寸确定具体的设计结构。第4章 液体静压轴承及节流器简介轴承是机床及其他机械中一个非常重要的零件.对轴承的要求,特别是高精度、高效率机床及重型机械对轴承的要求,一般是精度高,温升低,发热少,运动精度稳定,摩擦、磨损小,精度保持性好,转速变化对轴承刚度的影响小,抗振性能好，等等.过去及现在比较广泛应用的动压滑动轴承和滚动轴承,都不能全面满足这些要求,尤其对高精度,高效率机床,矛盾更加突出.特别在低速重载情况下,容易出现抱轴卡死的现象.理论研究及使用实践说明，液体静压轴承能全面满足上述要求，因此受到世界各国的重视，并日益广泛的应用到各种机械中，特别是高精度、高效率机床和重型机床中。液体静压轴承是依靠一个液压系统供给压力油,经过节流器,进入轴承的油腔,把轴浮起在轴承中,保证了轴与轴承处在液体摩擦状态.因此它具有承载能力大;摩擦阻力极低;刚度高,回转精度高,精度保持性好;寿命长;应用范围广。等特点.因此广泛应用在各种类型的机床，以及轧钢机,望远镜,波纹度测量仪等设备上。4.1液体静压轴承的承载能力4.1.1静压轴承的结构介绍静压轴承有各种各样的形状，其中油腔的个数也不尽相同。根据设计的要求，选择有四个对称油腔的轴颈轴承如图2-1所示。在这种轴承中，油腔之间是轴瓦面，作为轴向封油面。油腔至轴承两端面设有轴向封油面（图21a中L尺寸表示封油面）。图21a所示的静压轴承开设有径向回油槽，而对于没有回油槽的静压轴承则没有这些回油槽。轴承直径Db与主轴直径D之间有一个严格控制的间隙。这两个直径之差的一半，叫做主轴与轴承的半径间隙h0。具有一定压力的油液从油泵供出后，经过节流器流入轴承的油腔内，力图经过轴承的周向及轴向封油面流出。由于这些封油面的间隙都很少，对液流的阻力很大，所以在油腔中形成压力（静压力），而将轴浮起来。当各油腔对称开设时，轴便浮被在中心位置上。油液经轴与轴承的各个封油面流出以后，被集中到油池，形成油液的循环。对于没有径向回油槽的静压轴承油液只从轴向封油面流出。（a）（b） 图2-1静压轴承的结构 图2-2油腔的有效承载面积4.1.2静压轴承的基本承载原理 从油泵来的压力油（压力为ps），分别经过与轴承的各个油腔相串联的节流阻尼器，进入轴承的各个油腔，把轴浮起在轴承的中央。在轴没有受到径向载荷时，轴与轴承间四周有一个厚度相同的油膜，各个油腔压力相同。如果轴受到一径向载荷W（包括周的自重），如图21a所示，则顺着载荷W的方向偏向一边，即与载荷W的方向相同的一边的轴承间隙（图21a轴承下面油腔的轴承间隙）减小，而与载荷W的方向相反的一边的轴承间隙（图21a轴承上面油腔的轴承间隙）增大。由于轴承每个油腔串联有截流阻尼器，在轴承间隙减小的地方，相应油腔（图21a轴承下面油腔）的压力（图中的pb3）便增大，而在轴承间隙增大的地方，相应油腔（图21a轴承上面油腔）的压力（图中的pb1）就减小.这样，轴在载荷W方向的上下方向所受到的液压力就不平衡也就出现了压力差。正是这个压力差有轴所受到径向载荷W平衡，使轴在受载荷W后仍能平衡，如图21a所示。图21a所示的静压轴承的承载能力基本关系式是： W=Ab(pb3pb1)上式中Ab是轴承的有效承载面积，在图21（b）中就是由点划线所围的矩形面积。这个面积比油腔的面积（图21（b）用实线画出的那个小矩形的面积）大一些，原因是油液的压力不只是作用在油腔面积的范围内，在油腔边界到回油槽或轴承端面这个范围内也受到液压力的作用。在这个范围内的油液压力变化近似是按直线规律变化的。因此，一个油腔的承载能力不应按油腔面积来算，而应考虑其有效承载面积Ab。图21所示轴承的一个油腔及其四周边界区域的压力分布，如图22（a）所示。轴承的一个油腔的有效承载面积Ab按图22（b）所表示的尺寸，可近似表示为： Ab=a1+(a2-a1)/2b1+(b2-b1)/2=（1/4）(a1+a2)(b1+b2)其中 a1=2rsin12 a2=2rsin22 R为轴承半径（r=Db/2） 4.1.3静压轴承中节流器的作用节流器在液压系统中的作用相当于一个液力阻力，油泵供给静压轴承的压力油，经过节流器进入油腔，经过轴与轴承间的间隙，从 回油槽及轴承两端流回油池。图11a的上下两个油腔的油路系统可简化为如下图：图2-3静压轴承两个油腔油路系统油路中的压力与流量的关系，与电路中的电压与电流的关系相当。因此，我们可用与电路的欧姆定律类似的规律来分析油路系统。图23（a）所示的静压轴承的油路系统简图与图23（b）的电路相类似。当轴没有受到径向负载时，轴被压力油悬浮在轴承中，轴与轴承四周的间隙到处一样。因此，从各个油腔流经这个间隙的压力油受到同样的液力阻力，即图23（b）中的R1 = R3。但是轴受径向载荷W后，图21中油腔3附近的轴承与轴的间隙减小，因而相应间隙的液力阻力R3增大了，而在油腔1附近的轴承与轴的间隙增大，因而相应间隙的液力阻力R1减小了。与电路中的欧姆定律I = VR相对应，油路亦有类似的定律，即Q = PR 。对于流经油腔1及油腔3的油路分别有： Q1 = Ps（R + R1）