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编号： 桂林电子科技大学信息科技学院毕业设计(论文)任务书题 目： 板材坡口机总体结构设计 院 （系）： 机电系 专 业： 机械设计制造及自动化 学生姓名： 杨素杰 学 号： 0953100117 指导教师单位： 桂林电子科技大学 姓 名： 桂慧 职 称： 高级实验师 题目类型：理论研究 实验研究 工程设计 工程技术研究 软件开发 应用研究2013年 5 月 1 日（此页打印在封面后面）注：1、本任务书一式两份，一份院或系留存，一份发给学生，任务完成后附在说明书内2、任务书均要求打印，打印字体和字号按照本科生毕业设计（论文）统一格式的规定执行。3、以下标题为四号仿宋体、加粗，正文中文用小四宋体，英文用小四Times New Roman，日期采用阿拉伯数字。 4、“一、毕业设计（论文）的内容、要求”位于页面最顶端，“任务下达时间”位于新页面最顶端。5、请不要修改 “任务下达时间”所在页的内容。一、毕业设计（论文）的内容运用机械制造工艺的相关课程（机械设计、互换性与技术测量基础、机械制图、机械原理、理论力学、材料力学、工艺分析）的知识，结合生产实践中学到的知识，独立进行板材坡口机总体结构设计，完成总装图的绘制，进行相关的理论计算。初步具备机械设计制造及分析的能力。主要任务简述：1、进行板材坡口机总体结构设计，完成总装图的绘制。进行相关的理论计算。2、进行零件的结构设计，选用零件的材料，绘制零件图，标注尺寸和技术要求。3、材料和热处理工艺选用的原则。4、主要零件加工应采用的工艺路线及特点；5、参数要求：铣削速度200mm/min二、毕业设计（论文）的要求与数据1、要求对型材的两平行边同时加工，铣削角度（5-20）铣削速度200mm/min2、型材尺寸200200-400400mm 最大长度6m 选用标准动力头学生要求：就是刀具调角度那部分用差动齿轮手动调整角度跟铣刀联接的轴做成空心轴就想立铣那样的 整体结构不要太大零件图的粗糙度基准公差标的完整些公差标上下偏差不要标精度等级差动齿轮空心轴都要出零件图设计校核都要有 用CAD2004出图 板材不需要固定淘宝上有那种坡口机的资料 我不要那种的三、毕业设计（论文）应完成的工作1、毕业生完成2万字左右的毕业设计说明书（论文）；2、非英语专业毕业生在毕业设计说明书（论文）中必须包括详细的300-500个单词的英文摘要；3、非英语专业毕业生独立完成与课题相关，不少于2万字符的指定英文资料翻译（附英文原文）；4、各系各专业的毕业设计具体要求完成的工作；5、导师所指定的其它工作，所有毕业设计的工作量要满足16周的工作量要求。四、应收集的资料及主要参考文献1. 范超毅.数控技术课程设计. 武汉：华中科技大学出版社，2007年版社，20032. 罗永顺. 机床数控化改造技术. 北京：机械工业出版社，2007年3. 朱晓春. 数控技术. 北京：机械工业出版社，20014. 关美华. 数控技术：原理及现代控制系统. 成都：西南交通大学出版社，20035. 杨叔子，机械加工工艺师手册，北京：机械工业出版社，2002年6. 濮良贵. 机械设计. 北京：高等教育出版社，2001版社7. 徐灏机械设计手册北京：机械工业出版社，200320028. 赵长明数控加工工艺及设备北京：高等教育出版社，2003 9. Numerical control technologyWuhan :Wuhan University of Technology Press,200410. Dependability of mechanical systems . New York: Elsevier, 1989任务下达时间：2012年 11 月 23 日毕业设计开始与完成时间：2012年 11 月 24 日至 2013 年 5 月27 日组织实施单位：桂林电子科技大学信息科技学院教研室主任意见：签字： 年 月 日系领导小组意见：签字： 年 月 日毕业设计（论文）进度计划表 学号： 姓名：序号起止日期计划完成内容实际完成内容检查日期检查人签名12012年11月19日至26日第一次导师见面会与课题的选择22012年11月26日至12月3日查阅相关资料，理清相关问题，完成开题报告32012年12月3日至10日针对课题完成项目申请书42012年12月10日至17日构建论文整体框架，设计可能遇到的问题的解决方案52012年12月17日至24日对论文的目录的撰写62012年12月24日至31日进行整体结构设计72012年12月31日至2013年1月7日进行主要零部件设计82013年1月7日至14日设计底座导轨92013年1月14日至21日主要零件的设计和校核102013年1月21日至28日制定齿轮的制造工艺112013年1月28日至2月11日制定轴的制造工艺122013年2月11日至28日绘制总体结构图132013年3月1日至15日绘制主要零件图142013年3月15日至25日完成中期检查任务152013年3月25日至4月25日论文的最后撰写162013年4月25日至5月27日进一步完善论文，准备论文答辩任务下达时间：编号： 桂林电子科技大学信息科技学院毕业设计(论文)题 目： 板材坡口机总体结构设计 院 （系）： 机电系 专 业： 机械设计制造及自动化 学生姓名： 杨素杰 学 号： 0953100117 指导教师单位： 桂林电子科技大学 姓 名： 桂慧 职 称： 高级实验师 题目类型：理论研究 实验研究 工程设计 工程技术研究 软件开发 应用研究2013年 6 月 15 日43摘 要根据设计任务书的要求,本设计说明书针对坡口机机床的设计进行说明。要内容包括坡口机机床工艺方案的制定、坡口机机床配置型式的选择、机床总体设计以及轴箱设计。全文要包括坡口机机床的总体设计和主轴箱设计两部分。机床总体设计要是在选定工艺方案并确定机床配置形式、结构方案基础上绘出轴箱原始依据图，重点分析传动系统，经过各种方案的比较，最后确定最优方案。此外，为了提高劳动生产率，降低劳动强度，保证加工质量。关键词：坡口机；坡口机机床；主轴箱，传动系统AbstractAccording to the design requirements of the task, the design of the machine tool groove machine the design specification is described. Content includes the aggregate machine-tool craft plan formulation, combined machine tool configuration choice, machine tool system design as well as the box design.The overall design and spindle box comprises a machine tool groove machine design two parts. The overall design of machine tools in the selected process and determine the basis of machine tool configuration, structure scheme. In this case primitive basis chart, the key analysis transmission system, through the comparison of various schemes, and finally to determine the optimal scheme. In addition, in order to improve labor productivity, reduce labor intensity, guaranteed the processing quality.Keywords:beveling machine; machine, beveling machine; spindle box, transmission system目 录摘 要IIAbstract11 绪论11.1 课题研究意义11.2坡口机专用设备应用11.3 坡口机专用设备21.3.1多轴头21.3.2 主轴箱21.3.3 自动更换轴箱机床31.4 坡口机专用设备趋势41.5 坡口机机床总体设计41.5.1 坡口机机床的概述41.5.2 坡口机机床的技术发展趋势52 坡口机机床的总体设计82.1 坡口机机床方案的制定82.1.1制定工艺方案82.1.2确定坡口机机床的配置形式和结构方案82.2 确定切削用量及选择刀具92.2.1确定工序间余量92.2.2选择切削用量92.2.3确定切削力、切削扭矩、切削功率103 坡口机传动设计123 主轴箱的设计173.1 传动系统设计173.1.1 参数的拟定：173.1.2 传动结构或结构网的选择173.1.3、转速图拟定193.1.4、齿轮齿数的确定及传动系统图的绘制223.2 传动件的估算与验算253.2.1、传动轴的估算和验算253.2.2、齿轮模数的估算与验算28第4章 插削机构部分设计334.1 对主轴部件的基本要求33结 论41致 谢42参考文献43 1 绪论1.1 课题研究意义市场的开放性和全球化使产品的竞争日趋激烈。而决定产品竞争力的指标是产品的开发时间(Time ) ， 产品(Quality)，成本(Cost)，创新能力(Creation)和服务(Service)。用户在追求高质量产品的同时，会更多的追求较低的价格和较短的交货周期。美国制造业在20世纪50至40年代要以扩大生产规模作为企业竞争力的第一要素，而在70年代竞争力的第一要素为降低生产成本，80年代为提高产品质量，90年代为市场响应速度。所以现代企业都期望通过提高自身的科技含量，增强竞争力。制造业是国家重要的基础工业之一，制造业的基础是。是众多机械制造的母机，它的发展水平，与制造业的生产能力和制造精度有着直接关系，关系到国家机械工业以至整个制造业的发展水平.是先进制造技术的基本单元载体，机械产品的质量、更新速度、对市场的应变能力、生产效率等在很大程度上取决于的效能。因此，制造业对于一个国家经济发展起着举足轻重的作用我国是世界上产量最多的国家.根据德国工业协会(VD W )2000年统计资料，在要的生产国家中，中国排名为世界第五位。但是在国际市场竞争中仍处于较低水平:即使在国内市场也面临着严峻的形势:一方面国内市场对各类产品有着大量的需求，而另一方面却有不少国产滞销积压，国外产品充斥市场。1.2坡口机专用设备应用据统计，一般在车间中普通机床的平均切削时间很少超过全部工作时间的15%。其余时间是看图、装卸工件、调换刀具、操作机床、测量以及清除铁屑等等。使用数控机床虽然能提高85%，但购置费用大。某些情况下，即使生产率高，但加工相同的零件，其成本不一定比普通机床低。故必须更多地缩短加工时间。不同的加工方法有不同的特点，就钻削加工而言，坡口机专用设备是一种通过少量投资来提高生产率的有效措施。虽然不可调式多轴头在自动线中早有应用，但只局限于大批量生产。即使采用可调式多轴头扩大了使用范围，仍然远不能满足批量小、孔型复杂的要求。尤其随着工业的发展，大型复杂的坡口机专用设备更是引人注目。例如原子能发电站中大型冷凝器水冷壁管板有15000个20孔，若以摇臂钻床加工，单单坡口机与锪沉头孔就要842.5小时，另外还要划线工时151.1小时。但若以数控八轴落地钻床加工，钻锪孔只要171.6小时，划线也简单，只要1.9小时。因此，利用数控控制的二个坐标轴，使刀具正确地对准加工位置，结合坡口机专用设备不但可以扩大加工范围，而且在提高精度的基础上还能大大地提高工效，迅速地制造出原来不易加工的零件。有人分析大型高速柴油机30种箱形与杆形零件的2000多个坡口机操作中，有40%可以在自动更换轴箱机床中用二轴、三轴或四轴多轴头加工，平均可减少20%的加工时间。1975年法国巴黎机床展览会也反映了坡口机专用设备的使用愈来愈多这一趋势。1.3 坡口机专用设备坡口机专用设备是在一次进给中同时加工许多孔或同时在许多相同或不同工件上各加工倒角。这不仅缩短切削时间，提高精度，减少装夹或定位时间，并且在数控机床中不必计算坐标，减少字块数而简化编程。它可以采用以下一些设备进行加工：立钻或摇臂钻上装多轴头、多轴钻床、多轴坡口机机床心及自动更换轴箱机床。甚至可以通过二个能自动调节轴距的轴或主轴箱，结合数控工作台纵横二个方向的运动，加工各种圆形或椭圆形孔组的一个或几个工序。现在就这方面的现状作一简介。1.3.1多轴头从传动方式来说要有带传动、齿轮传动与万向联轴节传动三种。这是大家所熟悉的。前者效率较高，结构简单，后者易于调整轴距。从结构来说有不可调式与可调式二种。前者轴距不能改变，多采用齿轮传动，仅适用于大批量生产。为了扩大其赞许适应性，发展了可调式多轴头，在一定范围内可调整轴距。它要装在有万向.二种。（1）万向轴式也有二种:具有对准装置的轴。轴装在可调支架中，而可调支架能在壳体的T形槽中移动，并能在对准的位置以螺栓固定。（2）具有公差的圆柱形轴套。轴套固定在与式件孔型相同的模板中。前一种适用于批量小且孔组是规则分布的工件（如孔组分布在不同直径的圆周上）。后一种适用于批量较大式中小批量的轮番生产中，刚性较好，孔距精度亦高，但不同孔型需要不同的模板。多轴头可以装在立钻式摇臂钻床上，按钻床本身所具有的各种功能进行工作。这种坡口机专用设备方法，由于坡口机效率、加工范围及精度的关系，使用范围有限。1.3.2 主轴箱也象多轴头那样作为标准部件生产。美国Secto公司标准齿轮箱、主轴箱等设计的不可调式主轴箱。有32种规格，加工面积从300300毫米到6001050毫米，工作轴达60根，动力达22.5千瓦。Romai工厂生产的可调主轴箱调整方便，只要先把齿轮调整到接近孔型的位置，然后把与它联接的可调轴移动到正确的位置。因此，这种结构只要改变模板，就能在一定范围内容易地改变孔型，并且可以达到比普通主轴箱更小的孔距。根据成组加工原理使用主轴箱或多轴头的坡口机机床很适用于大中批量生产。为了在加工中获得良好的效果，必需考虑以下数点：（1）工件装夹简单，有足够的冷却液冲走铁屑。（2）夹具刚性好，加工时不形变，分度定位正确。（3）使用二组刀具的可能性，以便一组使用，另一组刃磨与调整，从而缩短换刀停机时间。（4）使用优质刀具，监视刀具是否变钝，钻头要机磨。（5）尺寸超差时能立即发现。1.3.3 自动更换轴箱机床为了中小批量生产合理化的需要，最近几年发展了自动更换轴箱坡口机机床。(1) 自动更换轴机床自动更换轴机床顶部是回转式轴箱库，挂有多个不可调轴箱。纵横配线盘予先编好工作程序，使相应的轴箱进入加工工位，定位紧并与动力联接，然后装有工件的工作台转动到轴箱下面，向上移动进行加工。当变更加工对象时，只要调换悬挂的轴箱，就能适应不同孔型与不同工序的需要。(2)多轴转塔机床转塔上装置多个不可调或万向联轴节轴箱，转塔能自动转位，并对夹紧在回转工作台的工件作进给运动。通过工作台回转，可以加工工件的多个面。因为转塔不宜过大，故它的工位数一般不超过46个。且轴箱也不宜过大。当加工对象的工序较多、尺寸较大时，就不如自动更换轴箱机床合适，但它的结构简单。(3)自动更换轴箱坡口机机床它由自动线或坡口机机床中的标准部件组成。不可调主轴箱与动力箱按置在水平底座上，轴箱库转动时整个装置紧固在进给系统的溜板上。轴箱库转动与进给动作都按标准子程序工作。换轴箱时间为几秒钟。工件夹紧于液压分度回转工作台，以便加工工件的各个面。好果回转工作台配以卸料装置，就能合流水生产自动化。在可变生产系统中采用这种装置，并配以相应的控制器可以获得完整的加工系统。(4) 数控八轴落地钻床大型冷凝器的水冷壁管板的孔多达15000个，它与支撑板联接在一起加工。孔径为20毫米，孔深180毫米。采用具有内冷却管道的麻花钻，57巴压力的冷却液可直接进入切削区，有利于排屑。钻尖磨成90供自动定心。它比普通麻花钻耐用，且进给量大。为了缩短加工时间，以8轴数控落地加工。1.4 坡口机专用设备趋势坡口机专用设备生产效率高，投资少，生产准备周期短，产品改型时设备损失少。而且随着我国数控技术的发展，坡口机专用设备的范围一定会愈来愈广，加工效率也会不断提高。1.5 坡口机机床总体设计1.5.1 坡口机机床的概述坡口机机床是以系列化和标准化的通用部件为基础，配以少量专用部件对一种或多种工件按预先确定的工序进行切削加工的机床。兼有万能机床和专用机床的优点。通用零部件通常占整个机床零部件的7090，只需要根据被加工零件的形状及工艺改变极少量的专用部件就可以部分或全部进行改装，从而组成适应新的加工要求的设备。由于在坡口机机床上可以同时从几上方向采用多把刀具对一个或数个工件进行加工，所以可减少物料的搬运和占地面积，实现工序集中，改善劳动条件，提高生产效率和降低成本。将多台坡口机机床联在一起，就成为自动生产线。坡口机机床广泛应用于需大批量生产的零部件，如汽车等行业中的箱体等。另外在中小批量生产中也可应用成组技术将结构和工艺相似的零件归并在一起，以便集中在坡口机机床上进行加工。坡口机机床一般可完成的工艺范围有：铣平面、刮平面、车端面、车锥面、坡口机、扩孔、铰孔、镗孔、倒角、切槽、以及加工螺纹、滚压、拉削、磨削、抛光工序。坡口机机床一般采用多轴、多刀、多序、多面或多工位同时加工的方式，生产效率比通用机床高几倍至几十倍。由于通用部件已经标准化和系列化，可根据需要灵活配置，能缩短设计和制造周期。因此，坡口机机床兼有低成本和高效率的优点，在大批、大量生产中得到广泛应用，并可用以组成自动生产线。坡口机机床一般用于加工箱体类或特殊形状的零件。加工时，工件一般不旋转，由刀具的旋转运动和刀具与工件的相对进给运动，来实现坡口机、扩孔、锪孔、铰孔、镗孔、铣削平面、切削内外螺纹以及加工外圆和端面等。有的坡口机机床采用车削头夹持工件使之旋转，由刀具作进给运动，也可实现某些回转体类零件(如飞轮、汽车后桥半轴等)的外圆和端面加工。坡口机机床的通用部件按功能分为动力部件、支承部件、输送部件、控制部件和辅助部件5类。动力部件为机床提供主运动和进给运动，主要有动力箱（将电动机的旋转运动传递给主轴箱）、切削头（装在各个主轴上，用于各单一工序的加工）、动力滑台（用于安装动力箱或切削头，以实现进给运动）；支承部件用以安装动力滑台、带有进给机构的切削头或夹具等的部件，有侧底座、中间底座、支架、可调支架、立柱和立柱底座等；输运部件用以输送工件或主轴箱至加工工位的部件，主要有分度回转工作台、环形分度回转工作台、分度鼓轮和往复移动工作台等；控制部件用以控制机床的自动工作循环的部件，有液压站、电气柜和操纵台等；辅助部件包括润滑、冷却和排屑装置等。根据配置型式，坡口机机床可分为单工位和多工位两大类。其中单工位坡口机机床按被加工面的数量又有单面、双面、三面和四面4种，通常只能对各个加工部位同时进行一次加工；多工位坡口机机床则有回转工作台式、往复工作台式、中长立柱式和回转鼓轮式4种，能对加工部位进行多次加工。通用部件按功能可分为动力部件、支承部件、输送部件、控制部件和辅助部件五类。1.5.2 坡口机机床的技术发展趋势最早的坡口机机床于1911年在美国制成，用于加工汽车零件。1953年，美国福特汽车公司和通用汽车公司与美国机床制造厂协商，确定了坡口机机床通用部件标准化的原则。1973年，国际标准化组织（ISO）公布了第一批坡口机机床通用部件标准。1975年，中国第一机械工业部颁布了中国的第一批坡口机机床通用部件标准。坡口机机床现代发展的方向主要有以下几个特点：a、坡口机机床品种的发展重点。在坡口机机床这类专用机床中，回转式多工位坡口机机床和自动线占有很重要的地位。因为这两类机床可以把工件的许多加工工序分配到多个加工工位上，并同时能从多个方向对工件的几个面进行加工，此外，还可以通过转位夹具(在回转工作台机床上)或通过转位、翻转装置(在自动线上)实现工件的五面加工或全部加工，因而具有很高的自动化程度和生产效率，被汽车、摩托车和压缩机等工业部门所采用。b、自动线节拍时间进一步缩短。目前，以大批量生产为特征的轿车和轻型载货车，其发动机的年产量通常为60万台左右，实现这样大的批量生产，回转式多工位坡口机机床和自动线在三班运行的情况下，其节拍时间一般为2030秒，当零件生产批量更大时，机床的节拍时间还要更短些。自动线的短节拍，主要是通过缩短基本时间和辅助时间来实现的。缩短基本时间的主要途径是采用新的刀具材料和新颖刀具，以通过提高切削速度和进给速度来缩短基本时间。缩短辅助时间主要是缩短包括工件输送、加工模块快速引进以及加工模块由快进转换为工进后至刀具切入工件所花的时间。为缩短这部分空行程时间，普遍采用提高工件(工件直接输送)或随行夹具的输送速度和加工模块的快速移动速度。目前，随行夹具的输送速度可达60m/min或更高些，加工模块快速移动速度达40m/min。c、坡口机机床柔性化进展迅速。十多年来，作为坡口机机床重要用户的汽车工业，为迎合人们个性化需求，汽车变型品种日益增多，以多品种展开竞争已成为汽车市场竞争的特点之一，这使坡口机机床制造业面临着变型多品种生产的挑战。为适应多品种生产，传统以加工单一品种的刚性坡口机机床和自动线必须提高其柔性。坡口机机床的柔性化主要是通过采用数控技术来实现的。开发柔性坡口机机床和柔性自动线的重要前提是开发数控加工模块，而有着较长发展历史的加工中心技术为开发数控加工模块提供了成熟的经验。由数控加工模块组成的柔性坡口机机床和柔性自动线，可通过应用和改变数控程序来实现自动换刀、自动更换多轴箱和改变加工行程、工作循环、切削参数以及加工位置等，以适应变型品种的加工。坡口机机床自动线柔性化的迅速发展和节拍时间的日益缩短，充分显示了CNC技术和刀具技术给坡口机机床自动线带来的巨大技术进步，使柔性自动线在多品种、大批量生产中成为重要的技术装备。但在这里必须指出，在坡口机机床和自动线实现柔性化发展的同时，加工中心高速化发展异常迅速。加工中心与坡口机机床的竞争日趋激烈。d、加工精度日益提高。特别自80年代中期以来，汽车制造业为增强其汽车的竞争力，不断地加严其发动机的关键件的制造公差，并通过计算机辅助测量和分析方法，以及通过设备能力检验来提高其产品的质量。这无疑是对坡口机机床和自动线提出了更高的要求。坡口机机床制造厂为了满足用户对工件加工精度的高要求，除了进一步提高主轴部件、镗杆、夹具(包括镗模)的精度，采用新的专用刀具，优化切削工艺过程，采用刀具尺寸测量控制系统和控制机床及工件的热变形等一系列措施外，目前，空心工具锥柄(HSK)和过程统计质量控制(SPC)的应用已成为自动线提高和监控加工精度的新的重要技术手段。e、综合自动化程度日益提高。近十年来，为进一步提高工件的加工精度和减少工件在生产过程中的中间储存、搬运以及缩短生产流程时间，将工件加工流程中的一些非切削加工工序(如工序间的清洗、测量、装配和试漏等)集成到自动线或自动线组成的生产系统中，以实现工件加工、表面处理、测量和装配等工序的综合自动化。f、其它技术的应用动向。在工业发达国家的坡口机机床行业中，下列技术得到了较为广泛的应用。坡口机机床设计普及CAD技术在国外许多公司中，坡口机机床设计已普遍采用CAD工作站，在设计室几乎很难见到传统的绘图板。CAD除应用于绘图工作外，并在构件的刚度分析(有限元方法)、坡口机机床及自动线设计方案比较和选择，以及方案报价等方面均已得到广泛应用，从而显著地提高了设计质量和缩短了设计周期。加之国外许多公司在坡口机机床和自动线组成模块方面的系列化和通用化程度很高(一般达90%以上)，使坡口机机床和自动线的交货期进一步缩短。2 坡口机机床的总体设计2.1 坡口机机床方案的制定工件是机床总体方案设计的重要依据之一，设计者必须明确工件的特点和加工要求。本次毕业设计要求设计一台矩形型材端面坡口铣削机，用于矩形型材断面轧制或是焊接成型的型材，与底板焊接或是两型材对接时，焊接工艺要求断面到坡口，工件材料为热轧45号钢，板材200200400400，硬度为207241HBS,生产批量为中小批量。加工部位的加工要求如下：(1) 被加工表面的粗糙度均为R10；(2) 铣削角度（520）450 。机床设计力求简单实用，考虑到切削材质单一，切削参数变化范围十分有限， 因此铣削转速不分档，铣削高速钢角铣刀1，刀齿材料为YG6，=450，d=80，B=22,D=27,Z=22。2.1.1制定工艺方案 机床的工艺方法是多种多样的，按工种可分为车、铣、刨、钻、镗、磨、研磨、电加工、振动加工、激光加工等；每一种还可再分，如车削加工有车外圆、车端面、车槽、车球面等之分；按加工精度各表面粗糙度可分为粗加工、半精加工、光整加工等；按工序集中程度可分为单刀、多刀、单工件、多工件、单工位、多工位等；按作业形式可分平行作业、顺序作业、平行-顺序作业等。工艺方法对机床的结构和性能的影响很大，工艺方法的改变常导致机床的运动、传动、布局、结构、性能以及经济效果等方面的一系列变化。加工断面坡口的方法有很多，比如说，铣削，刨削。对于对于矩形型材断面，用刨床进行刨削加工时，机床需要两个运动，机床和刀具结构简单，装夹在工件台上快速，稳固，但生产率低，加工精度也达不到工件要求；用角铣刀进行铣削加工时，生产率不仅提高了，也能满足工件所要求的加工精度，且装夹快速，方便。与其它机床相比，矩形型材断面铣削机具有生产率高，加工精度稳定，研制周期短，便于设计、制造和使用维护、成本低、自动化程度高、劳动强度低，配置灵活等特点，因此，当生产量很大时，用矩形型材断面铣削机进行加工更合理2。2.1.2确定坡口机机床的配置形式和结构方案机床的总体布局指确定机床的组成部件之间的相对位置及相对运动关系。合理的总体布局的基本要求有：(1)保证工艺方法所要求的工件与刀具的相对运动关系；(2)保证机床具有足够的加工精度和相适应的刚度和抗振性；(3)便于操纵、调整、维修，便于输送、装卸工件和排屑等；(4)节省材料，占地面积小，即经济效果好；(5)造型美观。考虑到工件较大，为简化进给机构，采用工件固定在装夹台上不动，而让刀具相对于工 件运动的加工模式。矩形型材安装在工作台上，铣刀动力头带动铣刀作旋转主运动，上下运动为进给运动，且动力头的主轴可以伸缩，这样可以完成进刀和退刀的要求。考虑到节能问题，在机床上安装了链轮和重锤，使重锤平衡掉一部分动力头的重量和滑台的重量，这样使得进给动力变小，选择较小的进给电机即可，如台湾永坤YK立式减速电机。此方案的有点是各部件均是针对矩形型材设计的，因此，结构紧凑，刚性好，生产效率高，加工质量稳定。由于本设备的制造数量较少，设计本专用机床的出发点，主要考虑其结构设计，保证其适用性及安全性，除一些较大部件或远动部件如支座，滑台采用HT200，其余部件均就地取材。2.2 确定切削用量及选择刀具2.2.1确定工序间余量为使加工过程顺利进行并稳定的保证加工精度，必须合理地确定工序余量。生产中常用查表给出的坡口机机床对孔加工的工序余量，以消除转、定位误差的影响。25mm的孔在坡口机时，直径上工序间余量均为0.2mm。2.2.2选择切削用量确定了在坡口机机床上完成的工艺内容了，就可以着手选择切削用量了。因为所设计的坡口机机床为多轴同步加工在大多数情况下，所选切削用量，根据经验比一般通用机床单刀加工低30%左右多轴轴箱上所有刀具共用一个进给系统，通常为标准动力滑台，工作时，要求所有刀具的每分钟进给量相同，且等于动力滑台的每分钟进给量（mm/min）应是适合有刀具的平均值。因此，同一轴箱上的刀具轴可设计成同转速和同的每转 进给量（mm/r）与其适应。以满足直径的加需要，即： 2.1式中： 各轴转速（r/min） 各轴进给量（mm/r） 动力滑台每分钟进给量（mm/min）由于被加工零件的铣削宽度为20mm,需进行一次走刀，即：a=20mm。根据机床设计简明手册第132133页，选择铣削切削用量。铣削用量的选择与要求的加工表面粗糙度值及其生产率有关系。当铣削表面粗糙度数值要求较低时，铣削速度应选高一些，每齿走刀量应小些。若生产率要求不高，可以取很小的每齿走刀量，一次铣削45mm的余量达到R=1.6m的表面粗糙度。根据本次设计所加工的零件要求，其表面粗糙度数值较低，加工材料为热轧钢，查切削用量手册表4得：a=0.030.05mm/z,V=1535m/min,取a=0.04mm/z。2.2.3确定切削力、切削扭矩、切削功率有工作条件等查切削用量手册表22得：F= （2-1）其中：CF,=45，xF=1.0，yf=0.72，nf=0.88，qf=0，f=0.86，为有关系数和指数KF为切削条件改变是，切削力的修正系数a铣削宽度，a=20mma铣削深度，由于是一次铣削就能达到设计尺寸，则铣削深度为工件加工余量，即a=20mm。af进给量，a=0.04mm/zZ齿数，取Z=22则切削力大小为:F=5197.1N 取 F=5300N根据机械制造工艺金属机床设计指导第72页，可得切削功率公式为：P=2.15KW2.2KW （2-2）由常州市高翔组合机床制造有限公司提供的TX40铣削动力头功率为7.5Kw，主轴滑套轴向调整70mm，动力头燕尾导轨轴向位移100mm。使用两个这样的动力头在两侧面同时铣削坡口，而型材的规格为200200400400，单边轴向位移量最大为100mm，而常州市高翔组合机床制造有限公司提供的TX40铣削动力头即可满足此要求。查金属切削机床设计第41页，可知：进给驱动电动机功率取决于进给的有效功率和传动件的机械效率9，N= （2-3）式中：N进给驱动电动机功率(KW) V进给速度(m/min)Q 进给抗力(N)，Q=(0.30.5)F （2-4）进给传动系统的总机械效率(一般取0.150.2)粗略计算时，可根据进给传动与主传动所需功率之比值来估算进给驱动电机功率。铣床的进给功率P=0.5P=0.5KW采用台湾永坤YK立式减速机，采取全封闭全寿命机电一体化设计，硬齿面斜齿传动，低噪声、高效率。整体结构、重量轻，适应性强，可附加电磁制动器，输出转速：69260r/min，输出转矩：高至1500Nm。电机功率：0.124Kw。安装形式：安装法兰方式安装，电机型号为CV 25-750-25-C。3 坡口机传动设计3.1.1丝杠选取和设计根据本设计中对铣削速度及加工精度的要求，减速电机的输出最高转速n设为200 r/min。减速电机通过连轴器与丝杠直接连接，即i=1，动力头快速进给的最高速度要求达到v=1m/min。进给速度为v=200mm/min,减速电机的输出最高转速为200 r/min，则丝杠的最高转速也为200 r/min。基本丝杠导程P= =5(mm) （3-1）丝杠中径d2=30mm （3-2）Pp=7.513MPa低速润滑良好，材料为钢，查机械零件设计手册19表5-13得：d=48mm,p=5mm,d2=D2=44.752mm,D4=42.587,d3=29,D1=42.587螺目工作高度H=d2=(1.21.5)44.752=5367mm圆整为60mm。螺纹的工作高度h=0.5p=3mm螺牙根部的宽度b=0.65p=3.9mm丝杠所受的轴向力为Q=(0.30.5)F=1560取Q=1600N驱动转矩T=T1+T2+T3 （3-3）T2,T3轴承摩擦力矩T1螺纹力矩T1=F24.5NM （3-4）T2+T3=0.5 NMT=25 NM,减速电机的转矩为26 NM，符合要求。3.1.2丝杠的校核计算由丝杠的设计计算可得：P=6mm，查机械设计师手册表18-10得：选择滑动螺旋副材料：螺杆螺母材料均为钢，摩擦系数f=0.110.17(定期润滑)，8到10级精度，需用压强P=7.513MPa，取10MPa选择30o梯形螺纹,整体螺母=1.21.5，取1.5计算螺旋副压强p= （3-5）由公式可得：p=1.95MPa （3-7）p p螺旋副强度符合要求。旋合圈数n=H/P=45/6=7.51012验算自锁=arctan通常 （3-8）=3.30自锁性好。验算螺牙强度：螺杆和螺母的材料相同，只需校核螺杆的螺牙强度。螺杆剪切强度 （3-9）螺杆弯曲强度 （3-10）所以螺牙的强度符合要求。螺杆的稳定性校核：临界载荷先计算 （3-11）长度系数，与螺杆的端部结构有关，查机械零件设计手册表17-7得=0.6螺杆最大工作长度，1000mm螺杆危险截面的惯性半径 mm=29/4=7.25 （3-12）=8285所以=10927N （3-13）稳定条件是2.54 （3-14）=4.374所以螺杆的稳定性良好。螺杆的刚度校核：轴向载荷使导程产生的弹性变形 （3-15） =11.3转矩使导程产生的弹性变形= （3-16）=5.4 （3-17）导程的总弹性变形量=+=16.7 （3-18）每米螺纹距离上的弹性变形量/S=20.9/m查机械零件设计手册表17-9得7级精度的=30所以/S=30螺杆的刚度满足要求。综上校核可得,丝杠符合要求。3.2轴承的选取根据载荷的方向选择轴承的类型，丝杠安装在滚动轴承上，由于轴承需要承受2500N的轴向力，受到较大的轴向载荷，选择圆锥滚子轴承。根据丝杠的公称直径和安装条件查机械设计课程设计手册表6-7得：选取型号为圆锥滚子轴承30000型23系列和双列圆锥滚子轴承20系列。对于实际工作的圆锥滚子轴承，为了保证它的可靠地工作，应使它至少下半圈的滚动体全部受载。因此，在安装这类轴承时，不能有较大的轴向窜动量10。3.3联轴器的选取由工作条件和受力情况，选择GYH2型凸缘联轴器10，凸缘联轴器的材料是用灰铸铁或碳钢，这种联轴器需要两轴的对中性要求很高，但由于结构简单、成本低、可传递较大的转矩，故坡口铣削机所用的联轴器选用凸缘联轴器。由机械设计师手册表4-2灰铸铁的牌号和力学性能得，选取HT250，公称转矩63Nm,许用转速10000r/min,轴孔直径25mm，轴孔长度62mm。如图所示： 图1 GHY2型联轴器 3.4导轨的选取铣床上的直线运动部件都是沿着它的床身、立柱、横梁等支承件上的导轨进行运动的，导轨的作用概括地说是对运动部件起导向和支承作用，导轨的制造精度及精度保持性对机床加工精度有着重要的影响。本设计中一是对精度的要求不高，二是要控制加工成本，综上考虑，决定用矩形导轨，动力头上下运动完成了铣削的进给运动，为了使铣削表面具有较好的粗糙度选择矩形导轨，而且动力头的运动使导轨受到一定的颠覆力矩，由常州市斯德利精工机械有限公司提供的直线导轨滑块系列中的BRH45BL型号的导轨，此导轨的基本负荷,动额定载荷8330kgf，静额定载荷14950kgf，容许静力矩MX=267kgfm,MY=210kgfm,MZ=210kgfm.滑块重量2.8kg滑轨重量12.3kg。3.5 T型槽选取 图2 T型槽尺寸根据GB/T158-1996，A=18mm，B=32mm，C=1214mm取C=14mm，H=3036mm取H=36,P=32100取P=100mm。EMAX=1.6mm,FMAX=1mm。与此T型槽配套使用的螺栓是M16,SMAX=28mm,KMAX=10mm。3 主轴箱的设计3.1 传动系统设计3.1.1 参数的拟定：选定公比，确定各级传送机床常用的公比 为1.26或1.41，考虑适当减少相对速度损失，这里取公比为 =1.26，根据给出的条件：主运动部分Z=18级，根据标准数列表，确定各级转速为：（30，37.5，47.5，60，75，95，118，150，190，235，300，375，475，600，750，950，1180，1500R/min）.3.1.2 传动结构或结构网的选择1，确定变数组数目和各变数组中传动副的数目该机床的变数范围较大，必须经过较长的传动链减速才能把电机的转速降到主轴所需的转速。级数为Z的传动系统由若干个传动副组成，各传动组分别有. .个传动副，即Z=。传动副数由于结构的限制，通常采用P=2或3，即变速Z应为2或3的因子：Z=x因此，这里18=3x3x2，共需三个变速组。2，传动组传动顺序的安排18级转速传动系统的传动组，可以排成：3x3x2，或3x2x3。选择传动组安排方式时，要考虑到机床主轴变速率的具体结构，装置和性能。I轴如果安置制动的电磁离和器时，为减少轴向尺寸。第一传动组的传动副数不能多，以2为宜，有时甚至用一个定比传动副；主轴对加工精度，表面粗糙度的影响很大，因此主轴上齿轮少些为好，最后一个传动组的传动副选用2 ，或一个定比传动副。这里，根据前多后少的原则，选择18=3x3x2方案。3，传动系统的扩大顺序安排 对于18=3x3x2的传动，有3！=6种可能安排，亦即有6种机构副和对应的结构网，传动方案中，扩大顺序与传动顺序可以一致，结构式18=xx的传动中，扩大顺序与传动顺序一致，称为顺序扩大传动，而，18=xx的传动顺序不一致，根据“前密后疏”的原则，选择18=xx的结构式。4验算变速组的变速范围 齿轮的最小传动1/4，最大传动比2，决定了一个传动组的最大变速范围=/因此，可按下表，确定传动方案：根据传动比及指数 x, 的值公比极限值传动比指数1.26x值: =1/=1/46值: =23（x+）值：=89因此，可选择18=xx的传动方案。5、最后扩大传动组的选择：正常连续顺序扩大传动（串联式）的传动式为：Z=*最后扩大传动组的变速范围为：r=按原则，导出系统的最大收效Z和变速范围为： 231.26Z=18R=50Z=12R=12.7因此，传动方案18=3*3*2符合上述条件，其结构网如下图2.1：图1.1 结构网图3.1.3、转速图拟定运动参数确定后，主轴各级转速就已知，切削耗能确定电机功率。在此基础上，选择电机的型号，分配个变速组的最小传动比；拟定转速图，确定各中间轴的转速。1，主电机的选择 中型机床上，一般都采用交流异步电动机为动力源，可在下列中选用，在选择电机型号时，应注意：（1）电机的N：根据机床切削能力的要求确定电机功率，但电机产品的功率已标准化，因此，按要求应选取相近的标准值。（2）电机的转速异步电动机的转速有：3000，1500，1000，750，r/min,这取决于电动机的极对数P=60f/p=60x50/p ( r/min)机床中最常用的是1500 r/min和3000r/min 两种，选用是要使电机转速与主轴最高速度和工轴转速相近为宜，以免采用过大或过小的降速传动。2、分配最小传动比，拟定转速图 （1）轴的转速： 轴从电机得到运动，经传动系统转化为主轴各级转速，电机转速和主轴最小转速应相近，显然，从动件在高速运转下功率工作时所受扭矩最小来考虑，轴转速不宜将电机转速降得太低。弱轴上装有离合器等零件时，高速下摩檫损耗，发热都将成为突出矛盾，因此，轴转速也不宜也太高，轴转速一般取7001000r/min左右较合适。 因此，使中间变速组降速缓慢。以减少结构的径向尺寸，在电机轴I到主传动系统前端轴增加一对26/54的降速齿轮副，这样，也有利于变型机床的设计，改变降速齿轮传动副的传动比，就可以将主轴18级转速一起提高或降低。 （2）中间轴的转速 对于中间传动轴的转速的考虑原则是：妥善解决结构尺寸大小和噪音，振动等性能要求之间的矛盾。 中间传动轴转速较高时，中间传动轴和齿轮承受扭矩小，可以使轴径和齿轮模数小些： d, m从而可使结构紧凑。但这样引起空载功率和噪音加大：=1/(3.5+cn)KW式中：C系数，两支承滚动轴承和滑动轴承C=8.5，三支承滚动轴承C=10；所有中间轴轴径的平均值；主轴前后轴径的平均值中间传动轴的转速之和n主轴转速（r/min）=20lg-K式中：（所有中间传动齿轮的分度圆直径的平均值mm;主轴上齿轮分度圆直径的平均值mm;q传到主轴上所经过的齿轮对数主轴齿轮螺旋角,K系数，根据机床类型及制造水平选取，我国中型车床，铣床=3.5，铣床K=50.5 从上述经验公式可知，主轴n和中间传动轴的转速和 对机床噪音和发热的关系，确定中间轴转速时，应结合实际情况做相应的修正。a，对高速轻载或精密机床，中间轴转速宜取低些b,控制齿轮圆周速度v8m/s(可用级齿轮精度)，在此条件下，可适当选用较高的中间轴转速。（3），齿轮传动比的限制机床主传动系统中，齿轮副的极限传动比：a, 升速传动中，最大传动比 2 ，过大，容易引起振动的噪音。b, 降速传动中，最小传动比 1/4。过小，则主动齿轮与被动齿轮的直径相差太大将导致结构庞大。（4）分配最小传动比a,决定轴V-VI和VI-的传动比，根据台式铣床的结构特点，及对同类车床的比较，为使传动平稳取其传动比为1，b,决定各变速组的传动比；由前面2轴的转速及中间轴转速的分析，及齿轮传动比的现在，根据“前缓后急”的原则，取轴IV-V的最小降速比为极限值的1/4，=1.26，=4，轴III-IV和轴II-III均取=1/（5）拟定转速图：根据结构图及结构网图及传动比的分配，拟定转速图，如下图2.2所示： 图1.2 传动系统图3.1.4、齿轮齿数的确定及传动系统图的绘制1，齿轮齿数的确定的要求：可用计算法或查表确定齿轮齿数，后者更为简便，根据要求的传动比u和初步定出的传动副齿数和，查表即可求出小齿轮齿数：选择是应考虑：a,传动组小齿轮不应小于允许的最小齿数，即：推荐：对轴齿轮=12，特殊情况下=11，对套装在轴上的齿轮，=16，特殊情况下=14，对套装在滚动轴承上的空套齿轮，=20；当齿数少于不发生根切的最小齿数时（压力角a=20的直齿标准，=17），一般需对齿轮进行正变位修正。b,保证强度和防止热处理变形过大，齿轮齿根圆到键槽的壁厚，一般取则，如图2.3所示。c、同一传动组的个齿轮副的中心矩应相等。若摸数相等时，则齿数和亦相等，但由于传动比要求，尤其是在传动中使用了公用齿轮后，常常满足不了上述要求，机床上可用修正齿轮，在一定范围内调整中心矩使其相等但修正量不能太大，一般齿数差不能够超过34个齿。2，变速传动组中齿轮齿数的确定 为了减少齿轮数目和缩短变速箱的轴向尺寸，这里采用了公用齿轮。但由于公用齿轮的采用，使两个传动组间的传动比互相牵制，不能独立地按照最紧凑的原则决定传动件的尺寸，因此，径向尺寸一般较大，此外，公用齿轮的两侧齿面同时啮合会影响其磨损和寿命。这里我们采用查表法来确定齿轮的齿数。查机床设计手册确定个齿轮齿数如下： 轴II-III间变速齿轮齿数的确定：由于公比=1.26，传动比为=1/=，=1/=，=1/设：传动组中最小齿轮齿数=16，查机床设计手册表7.3-14可查得：=16/39 （0.1%），=19/36 （0.9%），=22/33 （-0.3%）齿数和为=55公用齿轮选为=39轴III-IV间变速组齿轮齿数的确定：传动比为=1/ =1/ =根据=，主动轮齿数为39，从表7.3-14可查得：=18/47 （-0.1%），=28/37 （0.9%），=39/26 （-0.3%）齿数和为：=65轴IV-V间变速组齿轮齿数的确定：由于变数组齿轮传动比和各传动副上受力差别较大齿轮副的速度变化，受力差别较大，为了得到合理的结构尺寸，可采用不同模数的齿轮副。轴IV-V间的两对齿轮，其传动比为=1/4, =2分别取，则34取30，30x3=90, =30x4=120按传动比将齿数分配如下：=1/4=18/7219/71 ，=2=80/4082/38轴V-VI及VI-VII间齿数确定，由于这两个传动组只是改变传动方向，不起便速度作用，只需考虑其结构尺寸及磨损振动和噪音等因素。，取V-VI轴间锥材料齿轮齿数为29，I-VII轴间齿轮齿数为67。3、主轴转速系列的验算：主轴转速在使用上并要求十分准确，转速稍高或稍低并无太大影响，但标牌上标准数列的数值一般也不允许与实际转速相差太大。 由确定的齿轮齿数所得的实际转速与传动设计理论值难以完全相符，需要验算主轴各级转速，最大误差不得超过即%主轴的各级实际转速分别为：29.4，37.8，47.7，58，74.6，94.3，115，148，187，236.7，304.5，384.6，468，602，760，927，1192.6，1526.5 r/min=2%而%=2.6%故符合条件同理：经验算，其他各级转速也满足要求。4、传动系统图的绘制转速图和齿轮齿数确定后，变速箱的结构复杂程度也基本确定了（如齿轮个数，轴数，支承轴，为使变速箱的结构紧凑，合理布置齿轮是一个重要的问题，因为它直接影响变速箱的尺寸，变速操作的方便性和结构实现的可行性问题，在考虑主轴适当的支承距和散热条件下，一般应尽可能减少变速箱尺寸。这里为使变速操作的方便，提高效率采用电磁离合器操纵方式。主运动传动链的传动路线表达式如下：电动机IIIIIIIV=VVIVIII（主轴）3.2 传动件的估算与验算3.2.1、传动轴的估算和验算传动轴除应满足强度要求外，还应满足刚度要求。强度要求保证轴在反复载荷和扭转载荷作用下不发生疲劳破坏。机床主传动系统精度要求高，不允许有较大的变形因此，疲劳强度一般不是主要矛盾，除载荷很大的情况下，可以不必验算轴的强度。刚度要求保证轴在载荷下不致产生过大的变形（弯曲，失稳，转角）。若刚度不足，轴上的零件如齿轮，轴承等将由于轴的变形过大而不能正常工作，或产生振动和噪声，发热，过早磨损而失效。因此，必须保证传动轴有足够的刚度。可以先扭转刚度估算轴的直径，画出草图后，再根据受力情况，结构布置和有关尺寸，验算弯曲刚度。1，传动轴直径的估算传动轴直径按扭转刚度用下列公式估算传动轴直径：d=91mm式中：N该传动轴的输入功率N= KW电机额定功率从电机到该传动轴之间传动件的传动效率的乘积（不计该轴轴承上的效率）。该传动轴的计算转速；计算转速是传动件能传递全部功率的最低转速，各传动件的计算转速可以从转速图上，按主轴的计算转速和相应的传动关系而确定，而中型车，铣床主轴的计算转速为：（主）=每米长度上允许的扭转角（deg/m）;可根据传动轴的要求选取。对传动轴刚度要求允许扭转角主轴一般传动轴较低的轴（deg/m）0.5-11-1.51.5-2估算时应注意：（1）值为每米长度上允许的扭转角，而估算的传动轴的长度往往不足1m，因此，在计算时应按轴的实际长度计算和修正，如轴为500mm，取=1deg/m则d=91 mm（2）效率y对估算轴径d影响不大，可以忽略（3）如使用花键是可根据估算的轴径 d选取相近的标准花键轴的规格，主轴总轴径可参考统计数据确定；1.5-2.82.8-44.5-7.55.5-7.57.5-11车床60-8070-9070-10595-130110-145升降台铣床50-9060-9060-9575-10090-105各轴的计算转速：=95 r/min=118 m/min =300 r/min=750 r./min =1450 r/min轴径的估算：=91x=24.4=91x=28.78 =91x=36.18=91x =45.69 =91x=48.242、传动轴刚度的验算（1）轴的弯曲变形的条件和允许值机床的主传动轴的弯曲刚度验算，主要验算轴上装齿轮和轴承出的挠度y和倾角。各类轴的挠度y，装齿轮和轴承处的倾角，应小于弯曲刚度的许用值和，即 轴的弯曲变形的允许值：轴的类型允许挠度变形部位允许倾角一般传动轴（0.00030.0005）装轴承处，装齿轮处0.0025 0.0001刚度要求较高的轴0.00021装单列圆锥磙子轴承0.0006安装齿轮的轴（0.010.03）装滑动轴承处0.001安装蜗轮的轴（0.020.05）装单列径向圆锥磙子轴承处0.001（2）轴的弯曲复形计算公式：计算花键轴的刚度时可采用平均直径或当量直径计算公式：矩形花键轴：平均直径=（D+d）/2当量直径 =惯性矩： I=3.2.2、齿轮模数的估算与验算1、 估算：按接触疲劳和弯曲强度计算次论模数比较复杂，而且有些系数只有在齿轮各参数都已知的情况先才能确定，所以只在草图画完之后校核用。在画草图之前，先估算，再选用标准齿轮模数。齿轮弯曲疲劳强度的估算： mm齿面点蚀的估算：A mm其中 为大齿轮的计算转速，A为齿轮中心矩，由中心矩A及齿数，求出模数=2A/ mm根据估算所得和中较大的值，选择相近的标准模数，各齿轮的计算转数为：=1450r/min =695r/min =300r/min 235r/min =95r/min =273r/min =235r/min =695r/min =475r/min =118r/min =695r/min =695r/min =300r/min =300r/min =118r/min轴III间传动组齿轮模数的估算齿轮弯曲疲劳估算：=32=1.87齿轮点蚀的估算：A=370x =81.76 mm=2A/=2x81.76/(26+54)=2.04 mm所以模数为m=3.轴IIIII传动组齿轮模数的估算齿轮弯曲疲劳估算：=32=2.759齿面点蚀估算：A=370x =108.18=2A/=2x108.18/(16+39)=3.93 mm取标准模数 m=4轴IIIIV间传动组齿轮模数的估算齿轮弯曲疲劳估算：=32x=3.046齿面点蚀估算：A=370x =117.3=2A/=2x147.3/(28+37)=3.61所以取标准模数m=4mm。轴VVI间传动组齿轮模数的估算：齿轮弯曲疲劳计算，4.46齿面点蚀估算：Ax=153.4=2A/=2x153.4/(29+29)=5.29取标准模数值m=5,轴VIVII间齿轮模数的确定：齿轮弯曲疲劳强度计算：齿面点蚀估算：Ax =158.7=2A/=2x158.7/(67+67)=2.37取模数值为m=4。2、计算（验算）结构确定后，齿轮的工作条件：空间安排，材料和精度等级都已经确定，才可以核验齿轮的接触疲劳强度和弯曲疲劳强度值是否满足要求。根据接触疲劳强度计算齿轮模数的公式：= mm根据弯曲疲劳强度计算齿轮模数，公式：= mm 式中：N计算齿轮传递的额定功率N= KW计算齿轮的计算转速r/min齿宽系数=b/m, 常取6-10；大齿轮与小齿轮齿数，一般取传动中最小齿轮的齿数i大齿轮与小齿轮的传动比， i=/1; “+”用于外啮合，“-”用于内啮合寿命系数，=，工作期限系数，=齿轮等传动件在接触和弯曲交变载荷下的指数m和基准循环次数n齿轮的最低转速 r/minT预先的齿轮工作期限，中型机床推荐：T=1500020000h;转速变化系数功率利用系数材料强化系数，幅值低的交变载荷可使金属材料的晶粒边界强化，起阻止疲劳的刃缝扩大的作用工作情况系数，中等冲击的主运动，=1.21.6；动载荷系数齿向载荷分布系数齿形系数许用弯曲，接触应力MPa;1、轴I-II间齿轮模数的计算(验算)(1)按接触疲劳计算齿轮模数:N=y=0.987.5=7.35W=8 查表: 取 则 取 线速度 查表: 取 查表 取 查表取 . 因此: (2) 根据弯曲疲劳计算 查表取 : 而 查表取 .Y=0.43, 因此: 。由以上计算结果知，齿轮模数合格。2、其它齿轮模数的验算其它齿轮的验算过程与上面相同，将有关数值代入上式，经计算均满足要求。第4章 插削机构部分设计主轴组件结构复杂,技术要求高,安装工件(车床)或者刀具(铣床,钻床)的主轴参予切削成形运动,因此它的精度和性能直接影响加工质量(加工精度和表面粗糙度),设计时主要围绕着保证精度,刚度和抗振性,减小温度和热变形等几个方面考虑。4.1 对主轴部件的基本要求主轴组件是机床主要部件之一. 它的性能对整机性能影响很大. 主轴直接承受切削力,转速范围又很大,所以对主轴组件的主要性能基本要求如下:1), 回转精度. 主轴组件的回转精度是指主轴的回转精度.造成主轴回转误差的原因是主要是由于主轴的结构及其加工精度,主轴轴承的选用及刚度等,而主轴及其回转零件的不平衡,在回转时引起的激振力也会造成主轴的回转误差.2), 刚度. 主轴组件的刚度指受外力作用时,主轴组件抵抗变形的能力. 主轴部件的刚度与主轴结构尺寸,支承跨距,所选用的轴承类型及配置形式,轴承间隙的调整,主轴上传动元件的位置等有关.3), 抗振性: 主轴组件的抗振性是指切削加工时,主轴保持平衡运转而不发生振动的能力,提高主轴抗振性,必须提高主轴组件的静刚度,采用较大阻尼比的前轴承,以及在必要时安装阻尼(消振)器,另外,使主轴的固有频率远远大于激振力的频率.4), 温度. 主轴组件在运转时,温度过高会引起很多不良结果,数控机床在解决温度问题时,一般采用注温主轴箱. 5), 耐磨性, 主轴组件必须有足够的耐磨性,以便能长期保持精度.2, 主轴部件的传动方式和布置形式.1),传动方式主轴旋转运动传动方式的选择,决定于主轴转速的高低,所传递扭矩的大小,对远转平稳性的要求及结构紧凑,装卸维修方便.这里我们选择齿轮传动,这样结构简单,紧凑和能传递较大的扭矩.2),传动件位置的合理布置.对于传动件直接装在主轴上的主轴部件,工作时主要承受传动力Q.切削力P和支承反力. 合理布置传动件的轴向位置,可以改善主轴的受力情况,减少主轴的变形,改善传动件的轴承工作条件,减少轴承的受力,提高主轴部件的抗振性等.合理布置的原则(1)传动力Q引起的主轴弯曲变形小,且能部分抵消切削力P引起的主轴弯曲变形.(2)传动力Q引起的支承反力能部分抵消切削力引起的支承反力.(3) 传动力Q引起的主轴端位移小,并且尽可能部分地抵消切削力引起的端位移,尤其在影响加工精度的敏感方向上.(4)结构紧凑,主轴箱尺寸小,装配维修方便.综合所上述原则,选择传动件的轴向布置形式采用3、 主轴部件轴承的选择 1), 主轴轴承的选择主轴部件上的轴承应具有旋转精度高,刚度高,承载能力强,抗振性好,极限转速高,适应变速范围大,摩擦功耗小,噪音低,寿命长的性能,同时应满足制造简单,使用维修方便,成本低,结构尺寸小等要求。滚动轴承已经标准化,并有专门工程批量生产,而且它在旋转精度高,刚度,承载能力,转速,发热等主要性能上能满足大多数主轴部件的要求,特别是它具有能在转速和载荷变动范围很大的的条件下稳定工作的的优点。这里前支承选用-3182100型,可承受径向力,反支承选用一对推力球轴承,承受径向和轴轴向载荷,使主轴轴向定位.2), 轴承的配置大多数机床主轴采用两个支承,结构简单,制造方便,在配置轴承时,应注意以下几点:(1) 没个支承点都要能承受径向回力(2) 每个方向的轴向力应分别有相应的轴承承受(3)径向力和两个方向的轴向力都应传递到箱体上,即负载都由机床支承件承受 3),轴承的精度配合主轴轴承的精度要求比一般传动高,前轴承的误差对主轴前端的影响最大,所以前轴承的精度一般比后轴承的选择要高一级。普通精度级机床的主轴,前轴承选C或D级,后轴承选D或E级.精密或高精级机床, 前轴承选B或C级, 后轴承选C或D级。这里前轴承选C精度, 后轴承选D级精度轴承与轴和轴承与箱体孔之间,一般都采用过渡配合,采用比一般轴要松一些.如:j5, js5, j6, js6. 另外,轴承内外环都是薄壁件,轴的孔和形状误差都会反映到轴承滚道上去,如果配合精度选得过低,会降低轴承的回转精度,所以, 轴承孔的精度应与轴承精度相匹配. 内圆选 外圆选4、主轴支承结构设计支承中的轴承应定位可靠,精度保证性好.安装调整方便. 支承中各零部件的加工和装配工艺性好,维修更换方便.1, 轴承(3182118型)内圈的轴向定位双列短圆柱滚子轴承内圈相对外圈可以移动,当内圈向大端移动时,由于1:12的内锥孔.内圈将胀大消除间隙。5. 主轴端部的结构型式主轴端部的型式取决于机床的类型和安装夹具或刀具的型式. 主轴端部的结构,应保证夹具顶尖或刀具可靠,定位准确,高的联结刚度以传递足够的扭矩,并尽量缩短主轴悬伸长度,以及装卸方便等.立式铣床主轴多采用7:24锥孔作定位面,供安装铣刀或铣刀心轴的尾锥,再用拉杆从主轴后端拉紧四个螺孔供安装铣刀用,两个长槽供安装端面键以传递扭矩6、主轴主要参数的确定主轴的主要参数是指:主轴平均直径D(主轴前轴颈直径D1);主轴内孔直径d,;主轴悬伸量a和主轴支承跨距L。这些参数直接影响主轴的工作性能.但为简化问题,主要从静刚度条件出发来确定这些参数. 即选择D,d,a,L使主轴获得最大的静刚度,也就是使主轴轴端位移最小,同时兼顾其他的要求,如高速性,抗振性能等。1), 主轴轴颈直径的确定主轴轴颈直径对主轴部件刚度影响最大. 加大直径,可减少主轴本身弯曲变形引起的主轴轴端位移和轴承弹性变形所引起的轴端位移,从而提高主轴部件刚度. 但加大直径受到轴承值的限制,同时造成相配零件尺寸加大,制造困难,结构庞大和重量增加等. 因此在满足刚度要求下应取小值。查取=90mm,后轴颈 平均轴颈 取d=27mm.2), 主轴内孔直径d的确定主轴内孔主要用于通过棒料夹紧刀具或工件的控杆,冷却管等,大型,重型机床的空心主轴还可以减轻重量. 确定孔径d的原则是在满足对空心主轴孔径的要求和最小壁厚要求以及不削弱主轴刚度的要求下尽量去大些。由材料力学知,轴刚度K与抗弯截面惯性矩I成正比,与直径之间有下列关系: 由上式可知,当时,空心主轴的刚度与实心主轴的刚度相差甚小,即内孔对主轴刚度降低的影响很小, 当时,刚度降低约
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