热处理加热炉装料机设计【三维PROE】【11张CAD图纸】
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毕业设计(论文)课题：热处理加热炉装料机摘 要本次毕业设计是关于加热炉装料机的设计。首先对装料机作了简单的概述；接着分析了装料机的选型原则及计算方法；然后根据这些设计准则与计算选型方法按照给定参数要求进行选型设计；接着对所选择的装料机各主要零部件进行了校核。在加热炉装料机的设计、制造以及应用方面,目前我国与国外先进水平相比仍有较大差距,国内在设计制造加热炉装料机过程中存在着很多不足。整机结构主要由电动机产生动力将需要的动力传递到齿轮上，然后通过齿轮传递到齿轮，通过齿轮再过渡到另外一组齿轮上，然后再通过齿轮过渡到蜗轮蜗杆上。同时本文对该方案装料机的关键零部件设计过程进行了详细阐述，其主要内容包括系统总体方案的设计、电动机的选择、执行机构的设计、传动零部件的设计、飞轮的设计、轴的设计与校核以及轴承的选择、等。本文主要介绍装料机的发展状况，装料机结构设计原理，装料机总体方案分析及确定，装料机结构设计内容所包含的机械图纸的绘制，的计算，结构设计结论与建议。本论文研究内容：(1) 装料机总体结构设计。(2) 装料机工作性能分析。(3)电动机的选择。(4) 装料机的传动系统、执行部件。(5)对设计零件进行设计计算分析和校核。 (6)绘制整机装配图及重要部件装配图和设计零件的零件图。关键词：加热炉装料机，传动装置，连杆，减速器80AbstractThis graduation design is the design of a heating furnace charging machine. The loader is summarized; then analyzes the selection principle and the calculation method of the filling machine; then calculated based on these design criteria and selection method in accordance with the requirements of the given parameters selection and design; then check on the major components of loader selected. In the design, heating furnace charging machine manufacturing and application, at present our country compared with foreign advanced level there are still large gaps, China in the design and manufacture of heating furnace charging machine process there are many shortcomings.The structure is mainly produced by the motor power will need to transfer the power to the gear, and then transferred to the gear through the gear, the gear and the transition to another set of gear, and then through the transition to the worm gear. Design of key parts and the scheme of charging machine were introduced in detail, the main contents include system overall plan design, the choice of motor, actuator design, transmission parts of the design, the flywheel design, shaft design and checking and bearing selection, etc.This paper introduces the development situation of the filling machine, filling machine structure design principle, analysis of loader and determine the overall scheme, drawing, mechanical drawings charging machine structure design content contained in the calculation, the conclusion and suggestion of structure design.The research of this thesis:(1) the overall structure design of loading machine.(2) analysis of loader working performance.(3) the choice of motor.(4) transmission system, executive component loading machine.(5) the design of components for the design calculation and check.(6) to draw the assembly drawing and parts assembly diagram and parts diagram design.Key words heating furnace charging machine, transmission device, connecting rod, gear reducer目 录摘 要IIAbstractIII1 绪论11.1 加热炉装料机的发展史11.2 加热炉装料机的用途11.3 加热炉装料机的优越性11.3.1 加热炉装料机的特点11.3.2 加热炉装料机与其他工件装料机的比较21.4加热炉装料机减速器22 加热炉装料机总体方案32.1 加热炉装料机设计方案32.1.1加热炉装料机方案一32.1.2 加热炉装料机方案二32.1.3加热炉装料机方案三42.1.4加热炉装料机方案四42.2 加热炉装料机执行机构的选型与设计52.3 加热炉装料机传动装置方案确定63 电动机选择、传动系统运动和动力参数计算83.1电动机的选择83.2 传动装置总传动比的确定及各级传动比的分配103.3 总体设计方案114 圆柱齿轮传动零件的设计计算124.1 选择齿轮材料及精度等级124.2按齿面接触疲劳强度设计124.3 根据齿根弯曲疲劳强度设计145 蜗轮蜗杆传动设计计算155.1 选择蜗杆传动类型155.2 选择材料155.3 按齿面接触疲劳强度进行设计155.4 蜗杆与蜗轮的主要参数与几何尺寸175.5 校核齿根弯曲疲劳强度185.6 验算效率195.7 精度等级公差和表面粗糙度的确定195.8 热平衡核算196 轴的设计计算206.1 轴的结构设计206.2 轴的结构设计236.3 轴的结构设计246.4 校核轴的强度277 轴承的选择和校核327.1 高速轴轴承的校核327.2 低速轴轴承的校核347.3 计算输入轴轴承367.4 计算输出轴轴承388基于虚拟技术的装料机设计及装配仿真408.1设计参数408.2创建齿轮基本圆408.3创建齿廓曲线418.4创建扫引轨迹448.5创建圆柱458.6变截面扫描生成第一个轮齿478.7阵列创建轮齿488.8蜗杆的建模499 工艺设计及PLC数控程序的开发559.1金属材料的分析559.2 各零部件的材料选择及工艺分析579.3 主要零件的参数设置及加工路径分析599.4加工程序的编制71结束语76参考文献77致谢781 绪论进入21世纪，我国工件工业快速发展，深加工产业规模也在飞速扩大,现有工件机械设备生产能力小,不能满足大型加工厂的生成要求。因此,改进和扩大现有工件机械设备是完全必要的。加热炉装料机作为工件加工的基础设备， 在我国广泛应用几十年。生产实践证明,该设备对品种、粒度、外在水份等适应性强,与其他给料设备相比,具有运行安全可靠、性能稳定、噪音低、维护工作量少等优点,仍不失推广使用的价值。1.1 加热炉装料机的发展史运输机设备是矿生产系统的主要设备之一,给设备的可靠性,特别是关键咽喉部位给设备的可靠性,直接影响整个生产系统的正常运行。目前,我国矿使用的给设备主要是加热炉装料机和电振工件装料机。 加热炉装料机最早研制于20世纪60年代初,70年代,国外工件装料机发展状况也与国内大相径庭,并没有更高的技术含量,但价格却是国内同类产品的45倍。1.2 加热炉装料机的用途最通用的加热炉装料机为K型，一般用于或其他磨琢性小、黏性小的松散粒状物料的给料。加热炉装料机适用于矿井和选厂，将碳经仓均匀地装载到装料机或其它筛选、贮存装置上。1.3 加热炉装料机的优越性1.3.1 加热炉装料机的特点(1) 结构简单,维修量小在加热炉装料机中,电动机和减速器均采用标准件,其余大部分是焊接件,易损部件少,用在矿恶劣条件下,其适用性深受使用单位的好评。(2) 性能稳定加热炉装料机对的牌号,粒度组成,水分、物理性质等要求不严,当来料不均匀,水分不稳定且夹有大块、橡胶带、木头及钢丝等时,仍能正常工作。(3) 噪音低加热炉装料机是非振动式给料设备,其噪音发生源只有电动机和减速器,而这两个的噪音都很低。尤其在井下或仓等封闭型场所,噪音无法扩散,这一点是电动给料机所无法达到的。(4) 安装方便、高度小加热炉装料机一般安装在仓口,不需另外配制仓口闸门溜槽及电动机支座,安装可一步到位,调整工作量小,而电动工件装料机由于不能直接承受仓压,需要另外安放仓口过渡溜槽,相比之下,加热炉装料机占有高度小,节省了建筑面积和投资。1.3.2 加热炉装料机与其他工件装料机的比较往复式与振动式工件装料机两种给料方式不同点是给料频率和幅值以及运动轨迹不同。在使用过程中，由于振动式给料机给料频率高，噪声也大；由于它是靠高频振动给料，其振动和频率受物料密度及比重影响较大，所以，给料量不稳定，给料量的调整也比较困难；由于是靠振动给料，给料机必须起振并稳定在一定的频率和振幅下，但振动参数对底板受力状态很敏感，故底板不能承受较大的仓压，需增加仓下给料槽的长度，结果是增加了料仓的整体高度，使工程投资加大；由于给料高度加大，无法用于替换目前大量使用的加热炉装料机。减速器是一种由封闭在刚性壳体内的齿轮传动、蜗杆传动或齿轮蜗杆传动所组成的独立部件，常用在动力机与工作机之间作为减速的传动装置；在少数场合下也用作增速的传动装置，这时就称为增速器。减速器由于结构紧凑、效率较高、传递运动准确可靠、使用维护简单，并可成批生产，故在现代机械中应用很广。1.4加热炉装料机减速器减速器类型很多，按传动级数主要分为：单级、二级、多级；按传动件类型又可分为：齿轮、蜗杆、齿轮-蜗杆、蜗杆-齿轮等。电动机联轴器高速轴中间轴低速轴减速器系统框图2 加热炉装料机总体方案2.1 加热炉装料机设计方案 设计方案： 1.采用分离气缸和定位夹紧气缸实现物料的运送和分离 2.利用机械手进行送料 3.采用伺服电机控制工作台进行送料 4、采用电机带动减速器，然后带动连杆机构实现往复运动2.1.1加热炉装料机方案一方案一采用双作用缸实现物料的分离功能和定位夹紧功能气动送料机由两个基本应用模块组成：物料分离模块及传送模块。物料分离模块由两个双作用气缸组成，分别实现物料的分离功能和定位夹紧功能。为保证真空系统的气流通畅，以提高真空发生器的真空度，回路4中的真空控制回路不安装节流阀。同时，回路4中的所有连接气管应尽可能的短， 以减小空气流通阻力，提高真空度。采用气缸的优点：减少了物料的运送步骤，缩短了加工时间，操作简单。缺点：对物料的放置有很高的精度要求，造价高昂，一般的小型企业不采用2.1.2 加热炉装料机方案二 方案二利用机械手进行送料机械手是以小车形式通过钢绳同滑块联接起来， 由冲床滑块上升运动牵引小车作前进的水平运动完成送料，由通过钢绳连接的重物使小车作复位运动。由小车机械手将工件送至冲床下进行冲孔，提高了生产效率，保证了质量，改善了劳动强度，确保了人生安全。采用机械手送料的优点：送料与冲床节拍相同，可以连续生产。缺点：首先由于整个过程均由机械手实现，所以对机械手的要求度很高，其次，如果工件大小不一要经常更换。2.1.3加热炉装料机方案三方案三采用伺服电机控制工作台进行送料由单片机产生驱动脉冲信号，步进电机的驱动器收到驱动脉冲信号后，步进电机将会按照设定的方向转动一个固定的角度，将电脉冲转化成交位移。电机的转速由脉冲信号频率来控制决定，再由电机控制工作台进行送料冲压。优点：1、可以连续生产，并且能实现一人控制几台机器2、可靠性高，由于送料机构外部由步进电机控制，所以每次的行程都是固定值。3、低功耗，低电压。在许多没有电力供应的应用场合，较低的功耗和工作电压是生产便捷化的必要条件。4、维护方便，经济实用。加热炉装料机结构是由电动机、减速器、联轴器、H形架、连杆、底板(给料槽)、传动平台、漏斗闸门、托辊等组成。2.1.4加热炉装料机方案四方案四采用电机带动减速器，然后带动连杆机构实现往复运动传动原理：当电动机开动后，经弹性联轴器、减速器、曲柄连杆机构拖动倾斜的底板在托辊上作直线往复运动，当底板正行时,将仓和槽形机体内的带到机体前端;底板逆行时,槽形机体内的被机体后部的斜板挡住,底板与之间产生相对滑动,机体前端的自行落下。将均匀地卸到运输机械或其它筛选设备上。该机设有带漏斗、带调节阀门和不带漏斗、不带调节阀门两种形式。综合以上的比较，选择方案4来设计加热炉装料机机构。2.2 加热炉装料机执行机构的选型与设计 （1）机构分析 执行机构由电动机驱动，电动机功率2kw，原动件输出等速圆周运动。传动机构应有运动转换功能，将原动件的回转运动转变为推杆的直线往复运动，因此应有急回运动特性。同时要保证机构具有良好的传力特性，即压力角较小。 为合理匹配出力与速度的关系，电动机转速快扭矩小，因此应设置蜗杆减速器，减速增扭。（2）机构选型 方案一：用摆动导杆机构实现运动形式的转换功能。 方案二：用偏置曲柄滑块机构实现运动形式的转换功能。 方案三：用曲柄摇杆机构和摇杆滑块机构串联组合，实现运动形式的转换功能。方案三方案二方案一 （3）方案评价 方案一：结构简单，尺寸适中，最小传动角适中，传力性能良好，且慢速行程为工作行程，快速行程为返回行程，工作效率高。 方案二：结构简单，但是不够紧凑，且最小传动角偏小，传力性能差。 方案三：结构复杂，且滑块会有一段时间作近似停歇，工作效率低，不能满足工作周期4.3秒地要求。 综上所述，方案一作为装料机执行机构的实施方案较为合适。（4）机构设计 急回系数k定为2，则, , 得。简图如下：暂定机架长100mm，则由可得曲柄长50mm，导杆长200mm。（5）性能评价 图示位置即为最小位置,经计算。性能良好。2.3 加热炉装料机传动装置方案确定（1）传动方案设计 由于输入轴与输出轴有相交，因此传动机构应选择锥齿轮或蜗轮蜗杆机构。 方案一：二级圆锥圆柱齿轮减速器。 方案二：齿轮蜗杆减速器。 方案三：蜗杆齿轮减速器。方案三方案二方案一（2）方案评价 由于工作周期为4.3秒，相当于14r/min, 而电动机同步转速为1000r/min或1500r/min,故总传动比为71或107 , 较大，因此传动比较小的方案一不合适，应在方案二与方案三中选。而方案二与方案三相比，结构较紧凑，且蜗杆在低速级，因此方案二较为合适。3 电动机选择、传动系统运动和动力参数计算3.1电动机的选择1.确定电动机类型 按工作要求和条件,选用y系列三相交流异步电动机。2.确定电动机的容量由于曲柄轴的功率为3.5KW,曲柄轴的角速度为4.25rad/s根据周期计算公式 3.选择电动机转速由2表13-2推荐的传动副传动比合理范围 圆柱齿轮传动 i齿小于8 蜗轮蜗杆传动 i齿=840则传动装置总传动比的合理范围为 i总=（28）（840）=（16200）电动机转速的可选范围为故电动机转速可选范围为。符合这一范围的同步转速根据电动机所需功率和同步转速，查2表12-1，符合这一范围的常用同步转速有1500、1000。估算由电动机至运输带的传动的总效率为为联轴器的传动效率根据设计指导书参考表1初选为蜗杆传动的传动效率为轴承的传动效率出选为卷筒的传动效率出选估算由电动机至运输带的传动的总效率为为联轴器的传动效率根据设计指导书参考表1初选为蜗杆传动的传动效率为轴承的传动效率出选为卷筒的传动效率出选为一对齿轮的传动效率出选 工作机所需的功率： 4 确定电动机的型号选上述不同转速的电动机进行比较，查机械基础P499附录50及相关资料得电动机数据和计算出总的传动比，列于下表：表3-1 电机参数比较表方案电机型号额定功率kW电机转速r/min电机质量kg参考价格（元）同步转速满载转速1Y132S-45.515001440387602Y132M2-65.510009406310223Y160M2-85.575071079800选用同步转速为:1500 r/min为降低电动机重量和价格，由表二选取同步转速为1500r/min的Y系列电动机，型号为Y132S-4。查机械基础P500附录51，得到电动机的主要参数以及安装的有关尺寸(mm)，见以下两表：具体参数表如下：表3-2 电动机的技术数据电动机型号额定功率（kw）同步转速（r/min）满载转速（r/min）Y132S-45.5150014402.22.2 图3-13.2 传动装置总传动比的确定及各级传动比的分配1.传动装置总传动比=式中nm-电动机满载转速:1440r/min; nw-工作机的转速:40.60 r/min。2.分配传动装置各级传动比齿轮传动比为0.7，那么取蜗轮蜗杆减速比为50其中、分别为3.3 总体设计方案 4 圆柱齿轮传动零件的设计计算4.1 选择齿轮材料及精度等级根据传动方案，选用斜齿圆柱齿轮传动。运输机为一般工作机器，速度不高，选用7级精度，要求齿面粗糙度。因为载荷中有轻微振动，传动速度不高，传动尺寸无特殊要求，属于一般的齿轮传动，故两齿轮均可用软齿面齿轮。查机械设计P322表1410，小齿轮选用45号钢，调质处理，硬度236HBS；大齿轮选用45号钢，正火处理，硬度为190HBS。取小齿轮齿数，则大齿轮齿数，使两齿轮的齿数互为质数，取值,选取螺旋角。初选螺旋角由表1取（因非对称布置及软齿面）。4.2按齿面接触疲劳强度设计因两齿轮均为钢制齿轮，所以由课本公式得：确定有关参数如下：1）确定公式内的各计算数值1)试选=1.22）选取区域系数 Z=2.43 3） 则 4)计算小齿轮传递的转矩 5)由表10-7选取齿宽系数=0.96）由表10-6查得材料的弹性影响系数（4）、许用接触应力由图1查得，由式1计算应力循环次数由图1查得接触疲劳的寿命系数，通用齿轮和一般工业齿轮按一般可靠度要求选取安全系数。所以计算两轮的许用接触应力：故得： 则模数：由表1取初步选择标准模数：（5）、校核齿根弯曲疲劳强度4.3 根据齿根弯曲疲劳强度设计 由式（10-17） （1） 确定计算参数1） 计算载荷系数2） 根据纵向重合度从图10-28查得螺旋角影响系数3） 计算当量齿数4） 查齿形系数由表10-5查得, 5)查应力校正系数 由表10-3查得，, 6)由图10-20c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 7）由图10-18取弯曲疲劳系数, 8）计算弯曲疲劳许用应力 取弯曲疲劳安全系数S=1.4，由式（10-12）得 9）计算大小齿轮的,并加以比较大齿轮的数值较大（1） 设计计算对比计算结果，由齿根接触疲劳强度计算法面模数大于齿面弯曲疲劳强度计算带模数，去，以满足弯曲强度。确定有关参数和系数：5 蜗轮蜗杆传动设计计算5.1 选择蜗杆传动类型 根据GB/T100851988的推荐,采用渐开线蜗杆(ZI) 。5.2 选择材料考虑到蜗杆传动功率不大,速度只是中等,故蜗杆采用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ZCuSn10P1,金属模铸造。为了节约贵重的有色金属,仅齿圈用青铜制造,而轮芯用灰铸铁HT100制造。5.3 按齿面接触疲劳强度进行设计根据闭式蜗杆传动的设计准则,先按齿面接触疲劳强度进行设计,再校核齿根弯曲疲劳强度。由教材【1】P254式(1112),传动中心距(1) 确定作用在蜗杆上的转矩=1274.26 Nm (2)确定载荷系数K因工作载荷有轻微冲击,故由教材【1】P253取载荷分布不均系数=1;由教材P253表115选取使用系数由于转速不高,冲击不大,可取动载系数;则由教材P252(3)确定弹性影响系数因选用的是铸锡磷青铜蜗轮和钢蜗杆相配,故=160。(4)确定接触系数先假设蜗杆分度圆直径和传动中心距的比值=0.35从教材P253图1118中可查得=2.9。(5)确定许用接触应力根据蜗轮材料为铸锡磷青铜ZCuSn10P1,金属模铸造, 蜗杆螺旋齿面硬度45HRC,可从从教材【1】P254表117查得蜗轮的基本许用应力=268。由教材【1】P254应力循环次数应力循环次数N=60=60127.28（2810365）=9.56j为蜗轮每转一周每个轮齿啮合的次数j=1两班制，每班按照8小时计算，寿命10年。寿命系数则(6)计算中心距 (6)取中心距a=200mm,因i=50,故从教材【1】P245表112中取模数m=6.3mm, 蜗轮分度圆直径=63mm这时=0.315从教材【1】P253图1118中可查得接触系数=2.9因为=,因此以上计算结果可用。5.4 蜗杆与蜗轮的主要参数与几何尺寸(1) 蜗杆轴向尺距mm;直径系数;齿顶圆直径;齿根圆直径;蜗杆齿宽B1=(9.5+0.09)m+25=112mm蜗杆轴向齿厚mm；分度圆导程角;(2) 蜗轮蜗轮齿数53;变位系数mm;演算传动比mm,这时传动误差比为, 是允许的。蜗轮分度圆直径mm蜗轮喉圆直径=346.5mm蜗轮齿根圆直径蜗轮咽喉母圆半径蜗杆和轴做成一体，即蜗杆轴。由参考文献【1】P270图蜗轮采用齿圈式，青铜轮缘与铸造铁心采用H7/s6配合，并加台肩和螺钉固定，螺钉选6个5.5 校核齿根弯曲疲劳强度当量齿数根据从教材【1】P255图1119中可查得齿形系数螺旋角系数从教材P25知许用弯曲应力从教材【1】P256表118查得由ZCuSn10P1制造的蜗轮的基本许用弯曲应力=56由教材P255寿命系数56Mpa可见弯曲强度是满足的。5.6 验算效率已知=;与相对滑动速度有关。从教材P【1】264表1118中用插值法查得=0.0264, 代入式中得=0.884,大于原估计值,因此不用重算。5.7 精度等级公差和表面粗糙度的确定考虑到所设计的蜗杆传动是动力传动,属于通用机械减速器,从GB/T100891988圆柱蜗杆、蜗轮精度中选择7级精度,则隙种类为f,标注为8f GB/T100891988。然后由参考文献【3】P187查得蜗杆的齿厚公差为 =71m, 蜗轮的齿厚公差为 =130m;蜗杆的齿面和顶圆的表面粗糙度均为1.6m, 蜗轮的齿面和顶圆的表面粗糙度为1.6m和3.2m。5.8 热平衡核算初步估计散热面积：取(周围空气的温度)为。6 轴的设计计算6.1 轴的结构设计1选择轴的材料及热处理方法查1表15-1选择轴的材料为优质碳素结构钢45；根据齿轮直径，热处理方法为正火。2确定轴的最小直径查1的扭转强度估算轴的最小直径的公式：mm再查 1表15-3， 考虑键：因为键槽对轴的强度有削弱作用，开有一个键槽，所以轴的轴径要相应增大mm3确定各轴段直径并填于下表内名称依据单位确定结果mm且由前面的齿轮的设计可得，齿轮的孔径为30，mm3030查 2表7-123535因为处装轴承，所以只要即可，选取7类轴承，查 2表6-6，选取7208AC，故 404046由于是齿轮轴所以等于高速级小齿轮的分度圆直径：40404选择轴承润滑方式，确定与轴长有关的参数。查 2（2）“润滑方式”，及说明书“（12）计算齿轮圆周速度” = 1.54，故选用脂润滑。将与轴长度有关的各参数填入下表名称依据单位确定结果箱体壁厚查 2表11-18地脚螺栓直径及数目n查 2表11-1查 2表3-13， 取20，16轴承旁联接螺栓直径查 2表11-1查 2表3-9，取1612轴承旁联接螺栓扳手空间、查 2 表11-1轴承盖联接螺钉直径查 2表11-2查 2表11-10，得当取轴承盖厚度查 2表11-10，小齿轮端面距箱体内壁距离查 2 =10轴承内端面至箱体内壁距离查 2 因为选用脂润滑，所以10轴承支点距轴承宽边端面距离a查 2表6-6，选取7208AC轴承，故5.计算各轴段长度。名称计算公式单位计算结果由于与大齿轮配合，则：63由公式56由公式32由公式110.5齿轮1轮毂宽度：65由公式40L（总长）365.5（支点距离）197.56.2 轴的结构设计1选择轴的材料及热处理方法查1表15-1选择轴的材料为优质碳素结构钢45；根据齿轮直径，热处理方法为正火回火。2确定轴的最小直径查1的扭转强度估算轴的最小直径的公式：=(126103) 再查 1表15-3， 3确定各轴段直径并填于下表内名称依据单位确定结果由于和轴承配合，取标准轴径为： =45由于和齿轮配合，取查 2表1-6，取50=50查 2表1-6，取=60=60与高速级大齿轮配合，取：=45454选择轴承润滑方式，确定与轴长有关的参数。查 2（二）“滚动轴承的润滑”，及说明书“六、计算齿轮速度” ，故选用脂润滑。 将与轴长度有关的各参数填入下表名称依据单位确定结果轴承支点距轴承宽边端面距离a选用7209AC轴承，查 2表6-6得 5.计算各轴段长度名称计算公式单位计算结果439310齿轮配合长度：5845.5L（总长）L249.5（支点距离）196.16.3 轴的结构设计1选择轴的材料及热处理方法查1表15-1选择轴的材料为优质碳素结构钢45；根据齿轮直径，热处理方法为正火回火。2确定轴的最小直径查1的扭转强度估算轴的最小直径的公式：=再查 1表15-3， 考虑键：因为键槽对轴的强度有削弱作用，开有一个键槽，所以轴的轴径要相应增大 3确定各轴段直径并填于下表内名称依据单位确定结果由于与联轴器配合，配合轴径为d1=60mm 60考虑联轴器定位：查 2表7-12，取7070为了轴承装配的方便： ，取符合轴承标准孔径大小为75考虑轴肩定位，查（1）表1-16，取标准值=8686考虑齿轮的定位：92由于与齿轮配合=80mm=80由于轴承配合：75754选择轴承润滑方式，确定与轴长有关的参数。查 2（二）“滚动轴承的润滑”，及说明书“六、计算齿轮速度”， ，故选用脂润滑。将与轴长度有关的各参数填入下表名称依据单位确定结果轴承支点距轴承宽边端面距离a选用7015AC轴承，查 2表6-6得5.计算各轴段长度名称计算公式单位计算结果选联轴器轴孔长度为107mm，则：105由公式47由公式39由公式73由公式10配合齿轮4：8851.5L（总长）413.5（支点距离）184.36.4 校核轴的强度齿轮的受力分析：斜齿轮上的圆周力：；径向力：；轴向力：分别将:代入以上3式，得：表6.4 和轴长度有关的参数齿轮2上的圆周力齿轮上的径向力齿轮上的轴向力3189.491195.80788.14齿轮3上的圆周力齿轮上的径向力齿轮上的轴向力4958.72720.771750.14求支反力、绘弯矩、扭矩图轴受力简图图4.6 轴的受力图其中， 方向均向外；方向都指向轴心；向左，向右。1.垂直平面支反力，如图a)轴向力平移至轴心线形成的弯矩分别为： 2.垂直平面弯矩图，如图b)计算特殊截面的弯矩：3.水平平面支反力，如图c)4.水平平面弯矩图,如图d)计算特殊截面的弯矩：5.合成弯矩图, 如图e)6.扭矩图,如图f)2按弯扭合成校核轴的强度（1）确定轴的危险截面根据轴的结构尺寸和弯矩图可知：截面3受到的合力矩最大，且大小为： （2）按弯矩组合强度校核轴危险截面强度（轴的抗弯截面系数，初选键：b=12,t=5,d=50;解得W=11050.63 mm3）取，则：查表15-1得=60mpa,因此,故安全。7 轴承的选择和校核7.1 高速轴轴承的校核根据轴承型号30307查设计手册取轴承基本额定动载荷为：C=75200N；基本额定静载荷为： 求两轴承受到的径向载荷将轴系部件受到的空间力系分解为铅垂面和水平面两个平面力系。有力分析可知：求两轴承的计算轴向力对于圆锥滚子轴承，轴承派生轴向力，Y由设计手册查得为1.9，因此可以估算：则轴有向右窜动的趋势，轴承1被压紧，轴承2被放松求轴承当量动载荷 查设计手册知e=0.31查课本表13-5得径向载荷系数和轴向载荷系数轴承1 轴承2 因轴承运转中有轻微冲击,查课本表13-6得 则 验算轴承寿命因为,所以按轴承1的受力大小验算选择轴承满足寿命要求.7.2 低速轴轴承的校核根据轴承型号30306查设计手册取轴承基本额定动载荷为：C=59000N；基本额定静载荷为： 求两轴承受到的径向载荷将轴系部件受到的空间力系分解为铅垂面和水平面两个平面力系。有力分析可知：求两轴承的计算轴向力对于圆锥滚子轴承，轴承派生轴向力，Y由设计手册查得为1.9，因此可以估算：则轴有向左窜动的趋势，轴承1被压紧，轴承2被放松求轴承当量动载荷 查设计手册知e=0.31查课本表13-5得径向载荷系数和轴向载荷系数轴承1 轴承2 因轴承运转中有轻微冲击,查课本表13-6得 则 验算轴承寿命因为,所以按轴承1的受力大小验算选择轴承满足寿命要求.两班制，每班按照8小时计算，寿命10年。=2810365=58400小时。7.3 计算输入轴轴承初选两轴承30208型单列圆锥滚子轴承查参考文献【3】可知蜗杆承轴30208两个，蜗轮轴承30213两个，(GB/T297-1994)表6：轴承代号基本尺寸/mm计算系数基本额定/kNdDTa受力点 e Y动载荷Cr静载荷Cor30208408019.7516.90.371.663.074.0302126011023.7522.40.41.5103130图七(1)求两轴承受到的径向载荷和将轴系部件受到的空间力系分解为铅垂面图(2)和水平面图(3)两个平面力系。其中图(3)中的为通过另加转矩而平移到指定轴线;图(1)中的亦通过另加弯矩而平移到作用于轴线上。由力分析知: N （2）求两轴承的计算轴向力对于30208型轴承,按教材P322表13-7,其中,e为教材P321表13-5中的判断系数e=0.37,因此估算按教材P322式(13-11a) =284N(3)求轴承当量动载荷和因为e由教材【1】P321表13-5分别进行查表或插值计算得径向载荷系数和轴向载荷系数为对轴承1 =0.40, =1.6对轴承2 =1, =0因轴承运转中有轻微冲击,按教材P321表13-6, ,取。则由教材P320式(13-8a)=1.1*(0.40*584.5+1.6*2759.4)=5110N67.9KN=1.1*1*909=1000N46720h故所选轴承满足寿命要求。7.4 计算输出轴轴承初选两轴承为30212型圆锥滚子轴承查圆锥滚子轴承手册可知其基本额定动载荷=103KN基本额定静载荷=130KN(1)求两轴承受到的径向载荷和将轴系部件受到的空间力系分解为铅垂面图(2)和水平面图(3)两个平面力系。其中图(3)中的为通过另加转矩而平移到指定轴线;图(1)中的亦通过另加弯矩而平移到作用于轴线上。由力分析知: N （2）求两轴承的计算轴向力 对于30213型轴承,按教材P322表13-7,其中,e为教材P321表13-5中的判断系数e=0.4,因此估算按教材P322式(13-11a) =415N(3) 求轴承当量动载荷和 e对轴承1 =0.4, =1.5对轴承2 =1 =0因轴承运转中有轻微冲击,按教材P321表13-6, ,取。则由教材P320式(13-8a)=1.1*(0.40*1289.5+1.5*1526)=3085.5N121KN=1.1*1*1245=1369.5N46720h故所选轴承满足寿命要求8基于虚拟技术的装料机设计及装配仿真8.1设计参数打开PROE，在菜单中点击工具，选择菜单，然后设置参数，如下图8.2创建齿轮基本圆（1）绘制蜗轮基本圆曲线。在工具栏内单击按钮，弹出“草绘”对话框，选择“FRONT”面作为草绘平面，选取“RIGHT”面作为参考平面，参考方向为向“右”，如图3-189所示；单击【草绘】进入草绘环境；（2）进入草绘以后，点击圆，画4个圆，退出草图，然后设置参数8.3创建齿廓曲线（1）创建渐开线。在工具栏内单击按钮，弹出“曲线选项”对话框，点击从方程，单击选取基准坐标系PRT_CSYS_DEF作为参照。系统弹出设置坐类型菜单管理器，单击笛卡尔在系统弹出的记事本窗口中输入曲线方程为：r=72.66/2 Theta=t*45 x=r*cos(theta)+r*sin(theta)*theta*pi/180 y=r*sin(theta)-r*cos(theta)*theta*pi/180 z=0(3)在曲线定义对话框内，点击确定完成渐开线的创建。如图：（4) 镜像渐开线。在工具栏内单击按钮，创建分度圆曲线与渐开线的交点，如图所示：（5）在工具栏内单击按钮，弹出“基准轴”对话框，通过2个面创建一条基准轴。如下图：（6）在工具栏内单击按钮，弹出“基准平面”对话框，选择一条基准轴和基准点创建一个基准平面。如图（7）在工具栏内单击按钮，弹出“基准平面”对话框，在“旋转”文本框内输入旋转角度为3，在“基准平面”对话框内单击确定完成基准平面的创建，如图（8）单击选取渐开线，点击镜像单击选取“DTM3”面作为参照平面，单击完成渐开线的创建。8.4创建扫引轨迹（1）创建投影曲面。在工具栏内单击旋转按钮，弹出“旋转”定义操控面板，在面板内选择曲面旋转，然后单击 “放置” “定义”，弹出“草绘”定义对话框，用DTM3作为平面。（2）单击草绘，绘制如图：（4）在工具栏内单击基准平面按钮，设置基准平面，以中心轴和DMT2为参照，绘制出DMT3。（5）创建投影线。在主菜单内依次单击 “编辑” “投影”，弹出“投影”操作面板，选择一个平面，方向，再选择DMT3在点击参照，选择草绘投影，以DMT3为投影，方向为底部进入草绘8.5创建圆柱（1）选择拉伸选项，以FOROTN面为平面，方向相右，绘制一个直径为88.25的圆，完成草图。然后选择对称，深度为30、（2）、创建倒角选择倒角按钮，选择倒角为2.5（3）在工具栏内单击旋转按钮，弹出“旋转”操控面板，在操控面板内单击【位置】按钮，然后单击【定义】按钮，弹出“草绘”定义对话框，单击草绘按钮进入草绘环境，绘制如图单击按钮完成草图的绘制。（4）在操控面板内单击按钮，单击按钮完成后的蜗轮如图8.6变截面扫描生成第一个轮齿（1）在工具栏内单变截面扫操控面板，单击参照按钮弹出一个上滑面板，按如图所示的设置定轨迹（2）在操控面板内，单击选项按钮弹出一个上滑面板，在下拉列表框中选择“恒定剖面”选项（3）在操控面板内，单击按钮进入草绘环境，绘制如图所示的草图，单击按钮完成草图绘制。（4）在操控面板内，单击按钮，单击按钮完成后的特征如图29所示。（5）创建另外半个齿轮。按上述（1）-（4）步骤进行操作，不同地方是在第（1）步骤的轨迹选取中，选取另一条投影线。设置参数8.7阵列创建轮齿首先单击选取已经创建好的轮齿，然后在工具栏内单击按钮，弹出“阵列”的控制面板完成如图最后再实行涡轮的修整，点击旋转以RIGHT为平面进入草绘，创建如图完成草绘，旋转以后如图最后通孔，选择拉伸，进入草绘，绘制如图完成草绘，然后去除材料，如图8.8蜗杆的建模1.建立新零件，使用三个平面2设置参数：3.（1建立基准平面DTM1，TOP平面往下偏距，编辑关系式DO=（M*Z2-M*Q）/2（2）建立蜗杆轴线A1，FRONT平面与TOP的交线（3）建立轴线A2，RIGHT平面与DTM1的交线。（4）建立直角坐标系CSO，x垂直与TOP平面向上，y垂直与FRONT平面向外，z垂直与RIGHT平面向右。（5）建立坐标系CS1，X垂直与DTM1平面向上，Y垂直与RIGHT平面向右，Z垂直与FRONT平面向里。（6）建立直角坐标系CS2，参照为CS1，相对Z轴旋转角度D3=360/（4*Z2）.4. 建立螺旋线，圆柱坐标系为CS0，方程为R=m*q/2Theta=-t*tx*360Z=-T*LA5草绘曲线，草绘平面为FRONT，参照基准为顶TOP，草绘参照为A2轴线。画四个同心圆，圆心在A2轴线上，从外到里为D10,D9,D8,D7,并建立关系。D9=M*Z2D10=D2+2*MD8=D2*COS(ALPHA_T)D7=D2-2.4*M完成后如图所示：7、讲上面的渐开线沿RIGHT平面镜像。完成后如图：8，将第五步所做的草绘曲线及上面两条渐开线向左移动。设置关系为D11=LA，完成后如图：9.建立伸出项，草绘平面RIGHT，参照顶TOP，双侧拉伸。草绘参照为A1轴线。以A1为参照画一个圆， 设置关系：直径大笑D21=M*Q-2.4*M,深度D20=2*LA.完成后如图：10建立扫描混合特征，参照如下图所示：原点轨迹为第4步建立螺旋线。草绘两界面，螺旋线的开始与结束为两界面的定位点。界面如图：选择通过边创建图元，选择两渐开线及草绘曲线的最外和最里的开弧线，降渐开线和最里的圆弧线倒圆角，将圆角大小添加到草绘关系里：sd4=0.38*m。完成第一剖面绘制。接着同样完成第二个剖面的绘制。完成后如图：11.将上面完成的扫描特征沿A1轴阵列，个数为z1，角度为360/Z1、完成后如图：12建立基准点PNTO，镜像后的渐开线与草绘曲线的交点。13.通过PNTO，平行也RIGHT做一个DTM2。14建立旋转切剪特征，草绘平面FORNT，草绘参照为A1轴线和DTM2。草绘如下：完成后编辑关系，长度尺寸：d106=1 直径尺寸：d105=m*(q+3) 倒角尺寸：d107=d108=1.5*m成后如图：9 工艺设计及PLC数控程序的开发9.1金属材料的分析9.1.1材料机械制造中最常用的材料是钢和铸铁，其次是有色金属合金，非金属材料如塑料、橡胶等，在机械制造中也得到广泛的应用。金属材料主要指铸铁和钢，它们都是铁碳合金，它们的区别主要在于含碳量的不同。含碳量小于2%的铁碳合金称为钢，含碳量大于2%的称为铁。1.铸铁常用的铸铁有灰铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁、合金铸铁等。其中灰铸铁和球墨铸铁属脆性材料，不能辗压和锻造，不易焊接，但具有适当的易熔性和良好的液态流动性，因而可铸成形状复杂的零件。灰铸铁的抗压强度高，耐磨性、减振性好，对应力集中的敏感性小，价格便宜，但其抗拉强度较钢差。灰铸铁常用作机架或壳座。球墨铸铁强度较灰铸铁高且具有一定的塑性，球墨铸铁可代替铸钢和锻钢用来制造曲轴、凸轮轴、油泵齿轮、阀体等。2.钢钢的强度较高，塑性较好，可通过轧制、锻造、冲压、焊接和铸造方法加工各种机械零件，并且可以用热处理和表面处理方法提高机械性能，因此其应用极为广泛。钢的类型很多，按用途分，钢可分为结构钢、工具钢和特殊用途钢。结构钢可用于加工机械零件和各种工程结构。工具钢可用于制造各种刀具、模具等。特殊用途钢（不锈钢、耐热钢、耐腐蚀钢）主要用于特殊的工况条件下。按化学成分钢可分为碳素钢和合金钢。碳素钢的性能主要取决于含碳量，含碳量越多，其强度越高，但塑性越低。碳素钢包括普通碳素结构钢和优质碳素结构钢。普通碳素结构钢（如Q215、Q235）一般只保证机械强度而不保证化学成分，不宜进行热处理，通常用于不太重要的零件和机械结构中。碳素钢的性能主要取决于其含碳量。低碳钢的含碳量低于0.25%，其强度极限和屈服极限较低，塑性很高，可焊性好，通常用于制作螺钉、螺母、垫圈和焊接件等。含碳量在0.1%0.2%的低碳钢零件可通过渗碳淬火使其表面硬而心部韧，一般用于制造齿轮、链轮等要求表面耐磨而且耐冲击的零件。中碳钢的含碳量在0.3%0.5%之间，它的综合力学性能较好，因此可用于制造受力较大的螺栓、螺母、键、齿轮和轴等零件。含碳量在0.55%0.7%的高碳钢具有高的强度和刚性，通常用于制作普通的板弹簧、螺旋弹簧和钢丝绳。合金结构钢是在碳钢中加入某些合金元素冶炼而成。每一种合金元素低于2%或合金元素总量低于5%的称为低合金钢。每一种合金元素含量为2%5%或合金元素总含量为5%10%的称为中合金钢。每一种合金元素含量高于5%或合金元素总含量高于10%的称为高合金钢。加入不同的合金元素可改变钢的机械性能并具有各种特殊性质。例如铬能提高钢的硬度，并在高温时防锈耐酸；镍使钢具有良好的淬透性和耐磨性。但合金钢零件一般都需经过热处理才能提高其机械性能；此外，合金钢较碳素钢价格高，对应力集中亦较敏感，因此只用于碳素钢难于胜任工作时才考虑采用。用碳素钢和合金钢浇铸而成的铸件称为铸钢，通常用于制造结构复杂、体积较大的零件，但铸钢的液态流动性比铸铁差，且其收缩率的铸铁件大，故铸钢的壁厚常大于10，其圆角和不同壁厚的过渡部分应比铸铁件大。表1-1是常用的金属材料的机械性能。表2-1 常用钢铁材料的机械性能材料机械性能名称牌号抗拉强度sb(N/mm2)屈服强度ss(N/mm2)硬度(HBS)普通碳素结构钢Q215Q235Q255Q275335410375460410510490610215235255275优质碳素结构钢203545410530600245315355156197220合金结构钢18Cr2Ni4W35SiMn40Cr40CrNiMo20CrMnTi65Mn1187859819801079735835510785835834430260229247269217285铸钢ZG230-450ZG270-500ZG310-570450550570230270310130143153灰铸铁HT150HT200HT250145195240150200170220190240球墨铸铁QT450-10QT500-7QT600-3QT700-24505006007003103203704201602101702301902702253059.1.2材料选用的原则从各种各样的材料中选择出合用的材料是一项受到多方面因素制约的工作，通常应考虑下面的原则：（1）载荷的大小和性质，应力的大小、性质及其分布状况对于承受拉伸载荷为主的零件宜选用钢材，承受压缩载荷的零件应选铸铁。脆性材料原则上只适用于制造承受静载荷的零件，承受冲击载荷时应选择塑性材料。（2）零件的工作条件在腐蚀介质中工作的零件应选用耐腐蚀材料，在高温下工作的零件应选耐热材料，在湿热环境下工作的零件，应选防锈能力好的材料，如不锈钢、铜合金等。零件在工作中有可能发生磨损之处，要提高其表面硬度，以增强耐磨性，应选择适于进行表面处理的淬火钢、渗碳钢、氮化钢。金属材料的性能可通过热处理和表面强化（如喷丸、滚压等）来提高和改善，因此要充分利用热处理和表面处理的手段来发挥材料的潜力。（3）零件的尺寸及质量零件尺寸的大小及质量的好坏与材料的品种及毛坯制取方法有关，对外形复杂、尺寸较大的零件，若考虑用铸造毛坯，则应选用适合铸造的材料；若考虑用焊接毛坯，则应选用焊接性能较好的材料；尺寸小、外形简单、批量大的零件，适于冲压和模锻，所选材料就应具有较好的塑性。（4）经济性选择零件材料时，当用价格低廉的材料能满足使用要求时，就不应选择价格高的材料，这对于大批量制造的零件尤为重要。此外还应考虑加工成本及维修费用。为了简化供应和储存的材料品种，对于小批制造的零件，应尽可能减少同一部设备上使用材料的品种和规格，使综合经济效益最高。9.2 各零部件的材料选择及工艺分析轴承盖本课题所设计的轴承盖通盖采用铸铁HT200，因为铸铁具有良好的耐磨性和减振性，而且价格低廉。加工工艺路线：车削其外形铣削内形钻孔。6、封盖本课题所设计的轴承盖封盖采用铸铁HT200，因为铸铁具有良好的耐磨性和减振性，而且价格低廉。加工工艺路线：车削其外形铣削内形钻孔。7、盖板在本课题中对盖板的力学性能要求不高，采用材料Q235-A就可以满足使用要求。加工工艺路线：铣削外形及平面、钻孔。8、大齿轮齿轮的材料及热处理对齿轮的使用性能和寿命有很大的影响。考虑材料的综合性能及经济性，本课题所设计的齿轮的材料选用45钢，齿面硬度220250HBS。因其加工精度并不高，因此采用：滚齿齿端加工齿面热处理修正内孔的加工方案。9、齿轮轴通过对材料的综合性能及经济性的分析，本课题所设计的轴采用45钢，因其在机构中起传递作用，则需要有较高的强度、硬度和耐磨性。因此，采用淬火35-45HRC。其加工工艺路径为：车削其外圆轮廓滚齿齿端加工齿面热处理铣削键槽攻螺纹热处理精磨。10、传动轴传动轴的使用要求同于齿轮轴的使用要求，因此本课题设计中采用45钢。其加工工艺路径为：车削其外圆轮廓铣削键槽攻螺纹热处理精磨。11、箱盖箱盖零件是减速器的基础零件之一。箱盖在该机构中起支撑作用。箱盖的加工质量对机器的精度、性能和寿命都有直接的影响。本课题所设计的箱盖采用铸铁HT200，因为铸铁具有较好的耐磨性、铸造性、切削性和减振性，且成本低廉。箱盖的制造方法多采用铸造，毛坯在铸造时应防止砂眼和气孔产生。为了减少残余应力，箱盖铸造后应进行时效处理。12、箱座箱座零件也是减速器的基础零件之一。本课题所设计的箱座采用铸铁HT200。箱座的制造方法要求与箱盖相同。9.3 主要零件的参数设置及加工路径分析9.3.1概述箱体是减速器加工中常见的典型零件之一。它是箱体部件装配时的基准件，由它将一些轴、套、齿轮、轴承、离合器等零件和组件装在一起，使其保持正确的相互位置，彼此能按照一定的传动关系运动。箱体零件按结构可分为整体式箱体和分离式箱体；按外形可分为狭义箱体（近似长方体）和壳体（非长方体）；按用途可分为具有主轴支撑孔的箱体和没有主轴支撑孔的箱体。减速器的箱体由箱盖和箱座组成，其本身应有足够的刚度，以免在载荷作用下产生过大的变形，导致齿轮沿齿宽载荷分布不均匀；故在箱体的外侧轴承座处添加加强筋以提高刚性，同时可增大减速器的散热面积。为了便于安装，通常将箱体做成剖分式结构，箱盖与箱座的剖分面应与齿轮轴线平面重合。箱体是传动的基座，为保证齿轮轴线的相互位置的正确，箱体上的轴承孔要求精度很高，应尽量设计成相同直径的通孔，以便在一次镗削完成。根据箱体类零件的功用和工作条件，其技术要求主要在以下方面：（1） 孔径精度箱体轴承支撑孔径的尺寸公差和几何误差会造成轴承与孔的配合不良，因而影响轴的回转精度、传动平稳性、噪声、轴承寿命等。（2） 孔与孔间的相互位置精度同一轴线上各轴承孔的同轴度和端面对轴心线的垂直度误差，会使轴承装配时出现歪斜，影响轴的回转精度和轴承寿命；孔系之间的平行度误差会影响齿轮的啮合质量。（3） 孔和平面的位置精度主轴孔与安装基面的平行度要求决定了主轴与床身导轨的相互位置关系。（4） 平面精度装配面的平面度会影响箱体与床身的接触质量，加工过程中的定位基面的平面度会影响其他表面的加工精度。（5） 表面粗糙度配合面的表面粗糙度会影响连接面的配合质量，接触表面的表面粗糙度会影响接触面间的接触刚度。9.3.2箱体的材料及热处理1、箱体类零件的材料（1）箱体的材料 箱体零件的结构形状比较复杂，一般选用铸造毛坯。材料普遍采用灰铸铁。因为灰铸铁容易成形、易切削、成本低、吸振性和耐磨性较好。其牌号根据需要选用HT150HT300，最常用的是HT200。对于精密机床的主轴箱则选用耐磨的铸铁；负荷较大的箱体采用铸钢制造；对于结构简单，单件小批量生产的箱体，为了缩短制造周期则可采取钢板焊接结构形式。灰铸铁的用途 根据牌号的不同而选用：HT100低负荷和不重要的零件，如防护罩、小手柄、盖板和重锤等；HT100承受中等负荷的零件，如机座、支架、箱体、带轮、轴承座、法兰、泵体、阀体、管路、飞轮和电动机座等；HT200、HT250承受较大负荷的重要零件，如机座、床身、齿轮、汽缸、飞轮、齿轮箱、中等压力阀体、汽缸体和汽缸套等；HT300、HT350承受高负荷、要求耐磨和高气密性的重要零件，如重型机床床身、压力机床身、高压液压件、活塞环、齿轮和凸轮等。表31铸铁牌号和力学性能（摘自 GB/T 94391988）牌号抗拉强度b/MPa抗压强度bc/MPa显微组织基 体石 墨HT100HT150HT200HT250HT300HT350100150200250300350500650750100011001200F+P（少）F+PP细PS或TS或T粗 片较粗片中等片较细片细小片细小片（2）箱体的毛坯 毛坯为铸铁件，其铸造方法视铸件精度和生产批量而定。铸件毛坯在单件小批量生产时，多采用手工木模造型，毛坯精度低，加工余量大；大批大量生产的毛坯多采用金属模机器造型，毛坯精度较高，加工余量可适当减小。 单件小批量生产时直径大于50mm的孔及成批生产时大于30mm的孔，一般都在毛坯上铸出预孔，以减少加工余量及节约材料。2、箱体的热处理为了消除铸造时形成的内应力，减少变形，保证其加工精度的稳定性，毛坯铸造后要安排人工时效处理。箱盖、箱座的人工时效处理规范为加热到500600，加热速度50120/h，保温46h，冷却速度不大于30/h，出炉温度不大于200普通精度的箱体，只需铸造工序后安排一次人工时效处理。对于高精度或形状复杂的箱体，要在粗加工后在安排一次人工时效，以消除粗加工带来的内应力。经综合考虑，本课题所设计的箱体箱盖采用HT200。箱体毛坯采用金属模机器造型，铸造后进行人工时效处理，由于加工要求不太高，故工序间不穿插热处理。9.3.3 箱体的工艺性分析（1）减速器的箱盖、箱座主要加工部分是分割面、轴承孔、通孔和螺孔，其中轴承孔要在箱盖、箱座合箱后再进行镗孔或铣削加工，以确保两轴承孔中心线与分割面的位置，以及两孔中心线的平行度和中心距。（2）减速器整个箱体壁薄，容易变形，在加工前要进行人工时效处理，以消除铸件的内应力，加工时要注意夹紧位置和夹紧力的大小，防止零件变形。（3）如果磨削加工分割面达不到平面度要求时，可采用箱盖与箱座对研的方法。最终安装使用时，一般加密封胶密封。（4）减速器箱盖和箱座不具有互换性，所以每装配一套必须钻铰定位销，做标记和编号。（5）减速器若批量生产可采用专用的镗模或专用镗床，以保证加工精度及提高生产效率。（6）两孔的平行度的精度主要由设备精度来保证。工件一次装夹，主轴不移动，靠移动工作台来保证两孔中心距。（7）两孔平行度检查，可用两根心轴分别装入两个轴承孔中，测量两根心轴两端的距离差，即可得出平行度误差。（8）两孔轴心的位置度也通过两根心轴进行测量。（9）箱盖、箱座的平面度检查，可将工件放在平台上，用百分表测量。（10）一般孔的位置，靠钻模和划线来保证。9.3.4工艺装备的选择工艺装备选择的合理与否，将直接影响工件的加工精度、生产效率和经济效益。应根据地生产类型、具体加工条件、工件结构特点和技术要求等选择工艺装备。 一、夹具的选择 数控加工的特点对夹具提出了两个基本要求：一是保证夹具的坐标方向与机床的坐标方向相对固定；二是要能协调零件与机床坐标系的尺寸。除此之外，重点考虑以下几点：1）单件小批量生产时，优先选用组合夹具、可调夹具和其他通用夹具，以缩短生产准备时间和节省生产费用；2）在成批生产时，应考虑采用专用夹具，并力求结构简单；3）零件的装卸要快速、方便、可靠，以缩短机床的停顿时间；4）夹具上各零部件应不妨碍机床对零件各表面的加工，即夹具要敞开，其定位、夹紧机构元件不能影响加工中的走刀(如产生碰撞等)；5）为提高数控加工的效率，批量较大的零件加工可以采用多工位、气动或液压夹具。因为本课题所要加工的箱体类零件形状比较复杂、生产批量较大，故在生产中较多的采用专用机床和专用夹具。二、 刀具的选择（1）刀具材料的选择刀具材料的种类有：碳素工具钢、合金工具钢、高速工具钢和硬质合金。其中，硬质合金刀具应用较广泛，它的硬度很高，常温硬度达HRC74HRC81，耐磨性好，红硬性高，在8501000仍能保持良好的切削性能，切削速度可比高速钢高几倍甚至几十倍。因此，从加工效率和切削性能方面而言，应选择硬质合金刀具。（选择刀具材料见表32、33）一般优先采用标准刀具。若采用机械集中，则可采用各种高效的专用刀具、复合刀具和多刃刀具等。刀具的类型、规格和精度等级应符合加工要求。其次在选用刀具时还应注意以下几点：1）在数控机床上铣削平面时，应采用镶装可转位硬质合金刀片的铣刀。一般采用两次走刀，一次粗铣，一次精铣。当连续切削时，粗铣刀直径要小一些，精铣刀直径要大一些，最好能包容待加工面的整个宽度。加工余量大，且加工面又不均匀时，刀具直径要选得小些，否则当粗加工时会因接刀刀痕过深而影响加工质量。2）高速钢立铣刀多用于加工凸台和凹槽，最好不要用于加工毛坯面，因为毛坯面有硬化层和夹砂现象，刀具会很快被磨损。3）加工余量较小，并且要求表面粗糙度值较低时，应采用镶立方氮化硼刀片的端铣刀或镶陶瓷刀片的端铣刀。 4）镶硬质合金的立铣刀可用于加工凹槽、窗口面、凸台面和毛坯表面。 5）镶硬质合金的玉米铣刀可以进行强力切削，铣削毛坯表面和用于孔的粗加工。 6）精度要求较高的凹槽加工时，可以采用直径比槽宽小一些的立铣刀，先铣槽的中间部分，然后利用刀具半径补偿功能铣削槽的两边，直到达到精度要求为止。 7）在数控铣床上钻孔，一般不采用钻模，钻孔深度为直径的5倍左右的深孔加工容易折断钻头，应注意冷却和排屑。钻孔前最好先用中心钻钻一个中心孔或用一个刚性好的短钻头锪窝引正。锪窝除了可以解决毛坯表面钻孔引正问题外，还可以代替孔口倒角。表32 刀具的选择原则加工材料加工性质设备余量工具材料牌号结构碳钢合金钢铸钢耐热钢粗铣大及中等动力机床大的；不均匀的YT5粗、精铣不大的YT15、YT30YG8铸铁粗铣不均匀的YG6、YG3粗、精铣大动力机床均匀的全部材料粗、精铣小动力机床W18Cr4V表33常用硬质合金牌号的用途牌号用途YG3铸铁、有色金属及其合金的精加工、半精加工。要求无冲击YG6X铸铁、冷硬铸铁高温合金的精加工、半精加工YG6铸铁、有色金属及其合金的半精加工及粗加工YG8铸铁、有色金属及其合金的粗加工，也能用于断续切削YT30碳素钢、合金钢的精加工YT15碳素钢、合金钢连续切削时的粗加工、半精加工及精加工。也可用于断续切削时的精加工YT14YT5碳素钢、合金钢的粗加工，可用于断续切削YT6冷硬铸铁，有色金属及其合金的半精加工，也可用于合金的半精加工YW1不锈钢、高强度钢与铸铁的半精加工与精加工YW2不锈钢、高强度钢与铸铁的粗加工与半精加工YN05低碳钢、中碳钢、合金钢的高速精车，系统刚性较好的细长轴精加工YN10碳钢、合金钢、工具钢、淬硬钢连续表面的精加工（2）刀具类型的选择根据被加工零件材料、热处理状态、切削性能及加工余量，选择刚性好、耐用度高的铣刀，是充分发挥数控铣床的生产效率和获得满意加工质量的前提。图32 几种常见的铣刀数控铣床除可使用各种通用铣刀、成型铣刀外，还常使用适于加工空间曲面零件的球头铣刀（图33）。另外还有鼓形铣刀（图34），它主要用于加工变斜角面。图33 球头铣刀端铣刀是数控铣床最常用的刀具，编程前经常要对端铣刀的几何尺寸进行选择。图34 鼓形铣刀 图35 端铣刀 经过选择，本次加工时平面及斜面铣削采用钨钴类硬质合金。粗加工中使用YG6硬质合金面铣刀或平底刀，精加工中使用YG3硬质合金球头铣刀。三、量具的选择单件、小批生产应广泛采用通用量具，如游标卡尺、百分表和千分尺等；大批、大量生产应采用极限量块和高效的专用检验夹具和量仪等。量具的精度必须与加工精度相适应。根据本课题的需要，需选用游标卡尺、百分表、专用心轴等。9.3.5 切削用量的选择切削用量是指切削时各运动参数的数值,它是调整机床的依据.切削用量包括切削速度v、进给量f和被吃刀量或侧吃刀量。这三者常称为切削用量三要素。（1）背吃刀量与侧吃刀量背吃刀是指待加工表面与已加工表面的垂直距离,单位为mm。在铣削中为平行于铣刀轴线测量的切削层尺寸。端铣时，为切削层深度；而圆周铣削时，为被加工表面的宽度。侧吃刀量为垂直于铣刀轴线测量的切削层尺寸，端铣时为被加工表面宽度；而圆周铣削时为切削层深度。背吃刀量或侧吃刀量的选取主要由加工余量和对表面质量的要求决定。1）当工件表面粗糙度值要求为Ra=12.525时，如果圆周铣削加工余量小于5mm，端面铣削加工余量小于6mm,粗铣一次进给就可以达到要求。但是在余量较大，工艺系统刚性；较差或机床动力不足时，可分为两次进给完成。2）当工件表面粗糙度值要求为Ra=3.212.5,应分为粗铣和半精铣两步进行。粗铣时背吃刀量或侧吃刀量选取同前。粗铣后留0.51.0余量，在半精铣时切除。3）当工件表面粗糙度值要求为Ra=0.83.2;应分为粗铣、半精铣、精铣三步进行。半精铣时背吃刀量或侧吃刀量取1.52mm；精铣时，圆周铣侧吃刀量取0.30.5mm，面铣刀背吃刀量取0.5mm。（2）切削速度V的选择切削速度是指主运动的线速度，单位为m/s（或m/min）。数控铣削时的切削速度为：V=dwnw/1000式中 dw 铣刀回转直径，单位：mm；nw 铣削刀具的转速，单位：r/s或r/min。铣削的切削速度V与刀具的寿命、每齿进给量（fZ）、侧吃刀量以及铣刀齿数成反比，而与铣刀直径成正比。其原因是当fZ、ap、ae和Z增大时，刀刃负荷增加，而且同时工作的齿数也增多，使切削热增加，刀具磨损加快，从而限制了切削速度的提高。为提高刀具寿命允许使用较低的切削速度。但是加大铣刀直径则可改善散热条件，可以提高切削速度。表34 铣削加工的切削速度参考值工件材料硬度/HBSVc/m.min-1高速钢铣刀硬质合金铣刀钢2251842661502253251236541203254256123675铸铁19021366615019026091845902603204.51021303）进给量f与进给速度Vf的选择铣削加工的进给量f(mm/r)是指刀具每转一周，刀具与工件之间沿进给方向的相对位移量；进给速度Vf（mm/min）是单位时间内工件与铣刀沿进给方向的相对位移量。进给速度与进给量的关系如下式：Vf=fn式中 n 刀具的转速，单位：r/min。进给量与进给速度是数控铣床加工切削用量中的重要参数，根据零件的表面粗糙度、加工精度要求、刀具及工件材料等因素，参考切削用量手册选取或通过先取每齿进给量fZ，再根据公式f= fZ * Z计算（其中Z铣刀齿数）。每齿进给量fZ的选取主要依据工件材料的力学性能、刀具材料、工件表面粗糙度等因素。工件材料强度和硬度越高，fZ越小；反之则越大。硬质合金铣刀的每齿进给量高于同类高速钢铣刀。工件表面粗糙度要求越高，fZ就越小。确定进给速度的原则： 1）当工件的质量要求能够得到保证时，为提高生产效率，可选择较高的进给速度。一般在100200mm/min范围内选取。2）在切断、加工深孔或用高速钢刀具加工时，宜选择较低的进给速度，一般在2050mm/min范围内选取。3）当加工精度，表面粗糙度要求高时，进给速度应选小些，一般在2050mm/min范围内选取。4）刀具空行程时，特别是远距离“回零”时，可以设定该机床数控系统设定的最高进给速度。每齿进给量的确定可参考表35选取。工件刚性差或刀具强度低时，应取较小值。表35铣刀每齿进给量fZ的参考值刀具材料工件材料粗铣精铣高速钢铣刀硬质合金铣刀高速钢铣刀硬质合金铣刀钢0.100.150.100.250.200.050.100.15铸铁0.120.200.150.30根据经验选择，一般粗铣的切削深度为23mm，半精铣的切削深度为0.52mm,精铣的切削深度为0.20.5mm。本课题中研究的是HT200，由表可知：切削速度应在4590m/min，根据经验我们选择90m/min。由公式n=1000v/dw (dw-未加工工件的直径)可以计算出,粗铣时时n=1500r/min ,精铣时n=2000r/min。刀具切削参数设定如下：9.3.8加工余量的确定加工余量的大小等于每个中间工序加工余量的总和。工序间的加工余量的选择应根据下列条件进行。 1）应有足够的加工余量，特别是最后的工序，加工余量应能保证达到图样上所规定的精度和表面粗糙度值要求。 2）应考虑加工方法和设备的刚性，以及工件可能发生的变形。过大的加工余量反而会由于切削抗力的增加而引起工件变形加大，影响加工精度。 3）应考虑到热处理引起的变形，否则可能产生废品。 4）应考虑工件的大小。工件越大，由切削力、内应力引起的变形亦会越大，加工余量也要相应地大一些。 5）在保证加工精度的前提下，应尽量采用最小的加工余量总和，以求缩短加工时间，降低加工费用。要确定各工序的加工余量首先要确定箱体的加工方法及铸件总的加工余量，下表为平面加工的经济精度与表面粗糙度，我们可以参照选取合适的加工方案。表36 平面加工的经济精度与表面粗糙度序号加工方法经济精度表面粗糙度适用范围1粗车101112.56.3未淬硬钢、铸铁、有色金属2粗车半精车896.33.23粗车半精车精车671.60.84粗车半精车磨削790.80.2钢、铸铁5粗铣121412.56.3不淬硬钢6粗铣半精铣11126.31.67粗铣精铣796.31.68粗铣半精铣精铣783.21.69粗铣拉690.80.2未淬硬平面10粗铣精铣宽刃刀精刨670.80.2为淬硬钢件、铸铁件、有色金属11粗铣半精铣精铣宽刃刀低速精刨50.80.212粗铣精铣刮研560.80.113粗铣半精铣精铣刮研14粗铣精铣磨削670.80.2淬硬或为淬硬的黑色金属工件15粗铣半精铣精铣磨削560.40.216粗铣精铣磨削研磨5级以上0.1注：加工方案刨同铣在本课题中，由于使用的设备为数控机床，加工精度高，故加工方案选择序号7，即进行粗铣和精铣。其加工余量的选择参照下表：表37 平面的加工余量加工工序加工长度加工宽度1001003003001000粗加工后、精刨或精铣3003001000100020001.01.52.01.52.02.52.02.53.0精铣或精刨后磨削3003001000100020000.20.30.250.40.30.50.250.40.30.50.40.60.40.60.40.7刮研3003001000100020000.150.200.250.150.200.250.200.250.30查表可知，箱体在磨削加工中的加工余量为0.5mm，精加工时的加工余量为1或1.5mm。现在只剩下粗加工的加工余量，这时只需求得铸件的总加工余量就可以求出粗加工的加工余量了。铸件总加工余量的选取参照表38即可。铸件的机械加工余量代号为MA，分为A、B、C、D、E、F、G、H和J9个等级。在表38中每栏有两组数据，上面的数据是以一侧为基准、进行单侧加工的加工余量，下面的数据位进行双侧加工时每侧的加工余量值。表38 灰铸铁的加工余量铸件的最大尺寸浇注时的位置加工面与基准面之间的距离50501201202602605005008008001250120顶面底、侧面3.54.52.53.54.04.53.03.5120260顶面底、侧面4.05.03.04.04.55.03.54.05.05.54.04.5260500顶面底、侧面4.56.03.54.55.06.04.04.56.07.04.55.06.57.05.06.0500800顶面底、侧面5.07.04.05.06.07.04.05.06.57.04.55.57.08.05.06.07.59.06.57.08001250顶面底、侧面6.07.04.05.56.55.55.05.57.08.05.06.07.58.05.56.08.09.05.57.08.5106.57.5由上表可知：箱盖与箱座结合面（箱盖处）、箱座底面的加工余量为3mm,箱盖盖板处、箱盖与箱座结合面（箱座处）、轴承孔端面的加工余量为3.5mm，箱盖与箱座合箱后轴承孔处的加工余量为8mm。粗加工工序的加工余量由铸件的加工总余量减去精加工的加工余量即可。9.4加工程序的编制9.4.1数控指令简介数控系统常用的功能有准备功能、辅助功能及其他功能三种，这些功能是编制加工程序的基础。（1）准备功能准备功能又称G功能或G指令。它的定义是执行机床或控制系统某种功能的一种命令。准备功能字中的后续数字大多为两位正整数（包括0 0）。表41 常用的G代码及功能G代码组别功 能G代码组别功 能G0001快速点定位G5414选择第一工件坐标系G01直线插补（进给速度）G55选择第二工件坐标系G02圆弧/螺旋线插补（顺圆）G56选择第三工件坐标系G03圆弧螺旋线插补（逆圆）G57选择第四工件坐标系G0400暂停G58选择第五工件坐标系G1702选择XY平面G59选择第六工件坐标系G18选择ZY平面G6512宏程序及宏程序调用指令G19选择YZ平面G66宏程序模式调用指令G2006用英制尺寸输入G67宏程序模式调用取消G21用公制尺寸输入G6816坐标旋转指令G2800返回参考点G69坐标旋转撤销G30返回第二参考点G7309深孔钻削循环G31跳步功能G74攻螺纹循环G4007刀具半径补偿撤销G80撤消固定循环G41刀具半径左偏补偿G81钻孔循环G42刀具半径右偏补偿G85镗孔循环G4308刀具长度正补偿G86镗孔循环G44刀具长度负补偿G9003绝对方式编程G49刀具长度补偿撤销G91增量方式编程C5011比例功能撤销G9200设定工件坐标系G51比例功能G9804在固定循环中，Z轴返回到起始点G5300选择机床坐标系G99在固定循环中，Z轴返回R平面 辅助功能辅助功能字由地址符M及随后的13位数字组成（多为2位），所以也称为M功能或M指令。它用来执行数控机床辅助装置的接通和断开（即开关动作），完成机床各种辅助动作及其状态的改变，如主轴的启动、停止、冷却液的开、关等常见的有：（1）M00停止程序运行（2）M01计划停止（3）M02程序结束（4）M03主轴顺时针方向旋转（5）M04主轴逆时针方向旋转（6）M05主轴停止（7）M06换刀（8）M072号切削液开（9）M083号切削液开（10）M09切削液关（11）M30程序停止。使用M30时，除表示执行M02指令的内容外，程序光标还返回到程序的第一语句，准备下一个工件的加工。（12）M98调用子程序（13）M99子程序结束并返回到主程序。 其他功能 进给功能F进给功能用于指定进给速度，F后的数字直接指令进给速度值，即要求100mm/min，就执行F100。对于车床，可分为每分钟进给(mm/min)和主轴每转进给(mm/r)两种，一般用G94、G95规定；对于车床以外的控制，一般只用每分钟进给。F地址符在螺纹切削程序段中还常用来表示导程。 主轴功能S主轴功能主要用来指定主轴的转速，单位r/min。S后的数值直接表示主轴的转速。例如，要求1300r/min，就执行指令S1300。S是模态指令，S功能只有在主轴速度可调节时有效。S所编程的主轴转速可以借助机床控制面板上的主轴倍率开关进行修调。 刀具功能TT指令的功能含义主要是用来指定加工时使用的刀具号。指令格式：T9.4.2程序的编制方法和确定程序编制分为：手工编程和自动编程两种。1.手动编程：整个编程过程由人工完成。对编程人员的要求高（不仅要熟悉数控代码和编程规则，而且还必须具备机械加工工艺知识和数值计算能力）手工编程适用于：几何形状不太复杂的零件。2.自动编程：编程人员只要根据零件图纸的要求，按照某个自动编程系统的规定， 将零件的加工信息用较简便的方式送入计算机，由计算机自动进行程序的编制，编程系统能自动打印出程序单和制备控制介质。自动编程适用于：形状复杂的零件、虽不复杂但编程工作量很大的零件（如有数千个孔的零件）、虽不复杂但计算工作量大的零件（如轮廓加工时，非圆曲线的计算）。根据以上各种程序编制的特点，对减速器箱体的加工程
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