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CA6140
车床
主轴
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安徽机电职业技术学院 毕业设计（论文）题目：系 别 机 械 工 程 系 专 业 班 级 姓 名 学 号 201 201 学年第一学期毕业设计(论文)开题报告（含论文综述）学 校： 安徽机电职业技术学院 课题名称： CA6140型车床主轴箱设计 专 业： 机械设计与制造 姓 名： 班 级： 机制3152 指导教师： 开题日期： 2017.10.8 格式不对，按给你们的要求设置！一、毕业设计（论文）选题的目的和意义。 课题名称； 有关的研究方向的历史、现状和发展情况分析； 前人在本选题研究领域中的工作成果简述目的：通过对CA6140车床主轴箱的研究，将大学所学知识综合的、全面的运用到此次毕业设计中，从而增强各方面的能力，包括文献检索能力、阅读分析能力、设计计算能力及说明概括能力。意义：普通车床是车床中应用最广泛的一种，约占车床类总数的65%，因其主轴以水平方式放置故称为卧式车床。 CA6140型普通车床的主要组成部件有：主轴箱、进给箱、溜板箱、刀架、尾架、光杠、丝杠和床身。 主轴箱：又称床头箱，它的主要任务是将主电机传来的旋转运动经过一系列的变速机构使主轴得到所需的正反两种转向的不同转速，同时主轴箱分出部分动力将运动传给进给箱。主轴箱中等主轴是车床的关键零件。主轴在轴承上运转的平稳性直接影响工件的加工质量，一旦主轴的旋转精度降低，则机床的使用价值就会降低。车床是最广泛的金属切削加工设备之一，而CA6140卧室普通车床又最具有代表性，因此研究CA6140型车床能帮助我牢固的掌握有关切削机床的基本知识。主轴箱是车床的主要部件之一，对主轴箱的研究既可以让我对CA6140车床的结构、功能及零部件有个相对深刻的掌握，又能够专门针对进给箱做比较透彻的研究。有关的研究方向的历史、现状和发展情况分析以及前人在本选题研究领域中的工作成果简述：车床是最广泛的金属切削加工设备之一，而CA6140卧室普通车床又最具有代表性，因此CA6140型车床已被国内外无数科学家所研究过。其结构、功能、用途乃至每个零部件都被透彻的研究过了，而在这以后，很多研究被用于改进CA6140型车床，包括其数控改造、PLC改造等等。随着市场需求的变化，数控机床特别是普及型以上的数控机床产品将逐步成为市场主流产品。国产普及型车床占有率还不高，但其加工中心技术相对比较成熟，已得到广泛认可，现急需加强其产业化发展，国产数控机床只有不断的改进和完善，才能逐步壮大。高档数控机床历来被国际社会认为是关系到一个国家经济实力的和国防安全的战略性物资，工业发达国家从未停止过对我国进口高档数控机床的封锁和限制从未停止过。因此，自己研发高端工业设备已成为亟待解决的关键问题。国产数控机床只有不断的改进和完善，才能逐步发展壮大。二、设计或研究主要内容和重点，预期达到的目标及拟解决的主要问题和技术关键，有何创新之处。（此部分为重点阐述内容）设计的主要内容和重点：1CA6140车床的总体分析，包括总体结构、功能以及总体设计和计算，并完成总体装配图2CA6140传动设计，包括传动方式、传动路线及其计算3CA6140主轴箱设计，包括其组件及零部件的设计计算 4CA6140主轴箱部分改进方法，即对卧式车床双轴滑移齿轮主轴箱传动系统的研究5CA6140主轴箱中各零件（包括主轴、轴承、齿轮以及齿轮组用拨叉）的工艺分析和夹具设计6.在原有转速范围上增加级数，扩大转速；使用特殊方法增加输出转矩预期达到的目标：1通过此次毕业设计，回顾几年来大学所学知识，将这些知识串起来，使自己能学有所用2通过对机床的分析、设计，掌握机床的基本知识，了解机械设计的基本步骤和内容，为以后的工作打基础3此次毕业设计中不乏有个别复杂零件，主要针对这些零件做仔细的工艺分析，包括工序划分、夹具设计及加工拟解决的主要问题：主轴箱的主要问题是噪音大，而且原因比较复杂，不过只要有耐心还是可以确症的。主要原因是由于一般主轴轴承有3到5个轴承组成轴承组，轴承磨损、或没有安装到位造成的现象有噪音大、震动大、加工精度变差、表面粗糙度差。所以轴承的材料、工艺以及加工的好坏直接关系到整个机床主轴箱的品质，本次毕业设计拟定重点是主轴箱中各零件的工艺分析以及夹具设计，希望通过设计精密的零件装备出高品质的主轴箱。三、研究方案： 技术方案（有关方法、技术路线、技术措施）； 实施方案所需的条件（技术条件、试验条件等）方法及措施：1查阅相关资料，确定相关尺寸参数、运动参数和动力参数。2对传动系统的研究，包括传动路线、传动比、变速机构、换向机构，确定传动方案并验证，绘制传动系统图。3运用CAD依据传动系统设计各传动机构及车床主轴箱的其它零部件，完成明细表及标注。4绘制机床主轴箱总体图。运用CAD将各组件转配成整体，并完成明细表及标注。步骤：1熟悉设计内容，准备相关资料2相关资料检索、阅读、分析3设计及绘图4编写设计说明书四、主要参考文献目录机械制造装备设计第3版 关慧贞、冯辛安主编 机械工业出版社 2009机械设计第八版 濮良贵、纪名刚主编 高等教育出版社 2006机械设计基础(机械原理及机械零件)余长庚、卢玉明编 高等教育出版社 2004机械工艺工装标准汇编机械工业工艺工装标准化技术委员会 中国标准出版社 2007机械设计手册齿轮传动 机械设计手册编委会 机械工业出版社 2007设计手册 任殿阁、张佩勤主编 辽宁科学技术出版社 1991计算机辅助机械设计实训教程 付铁主编 北京理工大学出版社 2002机械优化设计 方世杰主编 机械工业出版社 2003 金属切削机床挂图 曹桄 、高学满主编 上海交通大学出版社 1984 机械设计课程设计手册 吴宗泽 罗圣国主编 高等教育出版社 1982 机械制造技术 李华、李焕峰副主编 机械工业出版社出版 2001机械工程及自动化简明设计手册叶伟昌 、林岗副主编 机械工业出版社出版 2003机械传动装置设计手册 卜炎主编 机械工业出版社出版 2003机械设计 徐锦康主编 高等教育出版社出版 2004机械制图 大连理工大学教研室编 高等教育出版社出版 2001毕业设计论文格式要求 一、毕业设计论文纸型及页边距 毕业设计论文纸型毕业设计论文一律用国际标准A4型纸（297mm210mm）打印。页面分图文区与白边区两部分，所有的文字、图形、其他符号只能出现在图文区内。白边区的尺寸（页边距）为：天头（上）25 mm，地脚（下）25 mm，订口（左）30 mm，翻口（右）25 mm。 论文页码添加在每页中间 签名毕业设计论文凡涉及签名处，均需本人书写签名；教师评语也需钢笔书写。二、论文首页格式毕业论文题目用黑体二号字，其余用宋体四号字 。论文题目应能概括整个论文最重要的内容，简明、恰当，一般不超过20个字。三、中文摘要及其关键词（宋体小四号字，1.5倍行距）论文第二页为500字左右的中文内容摘要，应说明本论文的目的、研究方法、成果和结论。毕业论文摘要是毕业论文的缩影，尽可能保留原论文的基本信息，突出论文的创造性成果和新见解。论文摘要应尽量深入浅出，通俗易懂，少用公式字母，语言力求精炼、准确。在本页的最下方另起一行，注明本文的关键词3 5个。 摘 要（粗宋体居中四号字）（空一行） 摘要内容（宋体小四号左对齐） （空一行） 关键词：词1、词2 四、目录图- 论文目录示例论文各章节的二级目录，其中：“一级标题”部分使用宋粗体四号字；1.5倍行距“二级标题”部分采用宋体小四号字 ，内缩两个字符，1.5倍行距五、引言（或序言）（宋体小四号字）：内容为本研究领域的国内外现状，本论文所要解决的问题，该研究工作在经济建设、科技进步和社会发展等某方面的实用价值与理论意义。六、正文（毕业论文的主体） 正文书写规范正文要符合一般学术论文的写作规范，一级大标题用宋体四号字加粗，二级标题用宋体小四号字加粗，正文统一用宋体小四号字，行距为20磅。论文字数控制在1万字至2万字之间，原则上不突破3万字。 正文序号规范正文二级标题之后，标题序号从大到小的顺序为1、；论文中的公式编号，用括弧括起写在右边行末，其间不加虚线。 正文插图和表规范 论文中需要的插图居中，按章顺序编号，图标题用宋体五号字，置于图下方。 若插图是屏幕截图，需适当缩放。 表序号及表名用宋体五号字，置于表的上方， 论文引注规范毕业论文内容涉及到他人的观点、统计数据或计算公式的要注明出处（引注），涉及计算内容的数据要求准确。七、参考文献按毕业论文中所引用文献的顺序、列于文末。 文献出自期刊文章格式编号. 作者.文章题目.期刊名.年份.卷号.期数.页码. 文献是图书时，书写格式编号. 作者.书名.出版单位.年份.版次.页码.安徽机电职业技术学院毕业设计（论文）计划表课题名称 ：CA6140主轴箱 指导教师： 日 月周次内 容 进 程备注10.106设计开题10.1110.156布置毕业设计课题，明确设计目的、要求10.1610.207熟悉课题及原始资料，查借手册10.2110.247画出2D图纸，并交付老师检查10.2510.278查资料，查借手册产品工艺性分析，确定工艺方案，咨询老师加工工艺方案的合理性10.2810.308编写设计说明书10.3111.19交付老师检查更改图纸系主任： 教研室主任： 学生： 安徽机电职业技术学院毕业设计（论文）计划表课题名称 ：CA6140主轴箱 指导教师： 日 月周次内 容 进 程备注11.29交付老师检查并更改设计说明书11.39更改加工工序卡系主任： 教研室主任： 学生： 论文的字体大小、格式、页边距要按给你们的模板设置！目录摘 要III1 引言12 主要技术参数33 传动方案和传动系统图的拟定44 零件设计阶段84.1 整体设计84.2 轴I上零件设计94.2.1 选择V带94.2.2 连接发动机和变速箱动力传输的设计104.2.3 对传动齿轮的计算114.2.4 对传动轴上键的计算124.2.5 对传动轴上轴承的计算144.3 轴II上零件设计154.3.1 对传动齿轮的计算154.3.2 对传动轴的计算164.3.3 对轴承组刚度的计算184.4 轴III上零件设计194.4.1 对传动齿轮的计算194.4.2 对传动轴的计算214.4.3 对传动轴上轴承的计算234.5 传动系统的轴及轴上零件设计244.5.1 齿轮的验算244.5.2 传动轴的验算254.5.3 对轴承组刚度的计算264.6 轴V上零件设计284.6.1 对传动齿轮的计算284.6.2 对传动轴的计算304.6.3对轴承组的刚度计算314.7 转速范围的扩大324.7.1 背轮设计的目的324.7.2背轮机构具体设计325 加工工艺规程335.1 对箱体进行分析335.1.1 整体分析335.1.2 工艺分析335.2 毛胚以及材料的选择345.3 确定工艺路线365.3.1 确定加工余量、工序尺寸375.3.2 确定切削用量385.4 专用夹具设计465.4.1 夹具的结构465.3.2 夹紧力大小的确定原则465.3.3 定位基准的选择475.3.4 切削力的计算与夹紧力分析475.3.4 夹紧元件及动力装置确定475.3.5 夹具精度分析475.3.6 夹具操作说明486 心得体会487 致谢50目录及内容按给你们的模板设置！摘 要目前，国内数控卧式车床正向着重载、高速、高精度的方向发展，重载卧式车床主电机的规格越来越大、重载卧式车床主轴转速越来越高。机床在持续高速、重载荷的条件下加工零件时，机床主轴箱的主轴轴承和I轴轴承经常出现由于温升过高而损坏的问题。主轴和I轴外部法兰盘经常出现漏油的问题。为解决上述问题，对主轴箱的结构进行技术改进，增加了主轴前轴承温度测量反馈装置和主轴油箱油温控制装置，并对主轴和I轴的进油、回油、密封结构进行技术改进。增加了双重密封回油结构，使主轴箱的主轴和I轴的进油、回油、密封结构更加合理，提高了主轴箱在持续运转时的安全性、可靠性。主轴的轴承是机床的关键外配套件，价格很高。机床在持续高速、重载荷的条件下加工零件时，机床主轴轴承发热量非常大。主轴轴承温度必须得到合理的检测和控制，才能保证主轴箱的主轴轴承的正常使用。为此，本次毕业设计对主轴箱结构作出调整。 另外，通过采用背轮机构增加了主轴箱的转速范围。选用变频电机加大主轴输出以及其他一些方面的改进措施来提高机床主轴主轴工作稳定性，从而增加机床寿命。标题符号按要求设置，1 引言（居中）CA6140机床的实物图及结构图要有！通用机床即卧式车床，主轴水平布置，作旋转主运动，大刀架沿床身作纵向运动，可车削各种旋转体和内外螺纹等，是使用范围较广的车床。车床特点1.床身、床脚、油盘等采用整体铸造结构，刚性高，抗震性好，符合高速切削机床的特点。2. 床头箱采用三支承结构，三支承均为圆锥滚子轴承，主轴调节方便，回转精度高，精度保持性好。3.进给箱设有公英制螺纹转换机构，螺纹种类的选择转换方便、可靠。4. 溜板箱内设有锥形离合器安全装置，可防止自动走刀过载后的机件损坏。5. 车机床纵向设有四工位自动进给机械碰停装置，可通过调节碰停杆上的凸轮纵向位置，设定工件加工所需长度，实现零件的纵向定尺寸加工。6. 尾座设有变速装置。7.润滑系统设计合理可靠，车头箱、进给箱、溜板箱均采用体内飞溅润滑，并增设线泵、柱塞泵对特殊部位进行自动强制润滑。车床部件（1）变速箱变速箱用来改变主轴的转速。主要由传动轴和变速齿轮组成。通过操纵变速箱和主轴箱外面的变速手柄枣改变齿轮或离合器的位置，可使主轴获得12种不同的速度。主轴的反转是通过电动机的反转来实现的。（2）主轴箱主轴箱用来支承主轴，并使其作各种速度旋转运动；主轴是空心的，便于穿过长的工件；在主轴的前端可以利用锥孔安装顶尖，也可利用主轴前端圆锥面安装卡盘和拨盘，以便装夹工件。（3）挂轮箱挂轮箱用来搭配不同齿数的齿轮，以获得不同的进给量。主要用于车削不同种类的螺纹。（4） 进给箱 进给箱用来改变进给量。主轴经挂轮箱传入进给箱的运动，通过移动变速手柄来改变进给箱中滑动齿轮的啮合位置，便可使光杆或丝杆获得不同的转速。（5）溜板箱 溜板箱用来使光杠和丝杠的转动改变为刀架的自动进给运动。光杠用于一般的车削，丝杠只用于车螺纹。溜板箱中设有互锁机构，使两者不能同时使用。（6）刀架 刀架用来夹持车刀并使其作纵向、横向或斜向进给运动。机床的规格和用途机床主传动的作用是把电机的转速和转矩通过一定途径传给主轴,使工件以不同的速度运动,主传动性能的好坏,直接影响零件的加工质量和生产效率。考虑到改造的经济性,可乘用机床原有的普通三相异步交流电动机拖动。考虑到加工过程中当电网电压和切削力矩发生变化时,电机的转速也会随之波动,直接影响加工零件的表面粗糙度。因此为提高加工精度,实现主轴自动无级变速,在主轴上增加了交流异步电动机变频调速系统,从而不需进行机械换档。针对机床要求具有螺蚊切削功能,在主轴部位安装主轴脉冲发生器,所示。为保证脉冲发生器与主轴等速旋转,即主轴转一周,主轴脉冲发生器也转一周,主轴脉冲发生器的安装方式很重要。2 主要技术参数 产品型号CA6140A床身回转直径400mm刀架上回转直径210mm马鞍内回转直径有效长度最大工件长度 / 最大车削长度750/650mm;1000/900mm;1500/1400mm;2000/1900mm主轴中心至床身平面导轨距离205mm主轴孔径 / 主轴孔前端锥度 52 mm /1:20主轴转速级数24/12.主轴转速范围50Hz: 11-1600r/min50Hz: 14-1580r/min纵向进给量范围（ 64 种）标准进给 : 0.08-1.59mm/r横向进给量范围（ 64 种）标准进给 : 0.04-0.79mm/r刀架纵 / 横向的快移速度纵向 : 4m/min横向 : 2m/min加工螺纹范围公制螺纹: 1-192mm;英制螺纹: 2-24 牙 / 寸上 / 下刀架最大行程140mm/320mm刀架转盘回转角度 90 o主轴中心线至刀具支承距离26mm刀杆截面尺寸25mm25mm丝杠螺距12 mm主电机功率7.5KW表1 技术参数（表格线要画出来）！3 传动方案和传动系统图的拟定 1.对主轴转速的选择机床,，其范围是2.选择传动比 1.263.确定转速级数 Z= 244.主轴传动的结构式 24=21321+（22-1）5.各级转速的确定 10，12.5，16，25，31.5，40，50，63，80，100，125，160，200，250，315，400，500，450，560，710，900，1120，14006.转速图（1）选定电动机机床对主轴电机的要求作为机床主轴，除了作高速回转外，还要承受径向、切向切削力，主轴在弯曲、扭转的交变载荷下，按照要求进行启动、增速、减速和停车等。因此主轴电机应比一般用途电机的制造精度、控制精度、 使用条件等要求更高。常采用同步转速为1500r/min的Y系列封闭自冷式鼠笼型三相异步电动机。主轴电机的选择但是，为了更好的发挥电机的功用和寿命，我选择加装变频器的变频电机。电机硬启动对电网造成严重的冲击，而且还会对电网容量要求过高，启动时产生的大电流和震动时对挡板和阀门的损害极大，对设备、管路的使用寿命极为不利。而使用变频节能装置后，利用变频器的软启动功能将使启动电流从零开始，最大值也不超过额定电流，减轻了对电网的冲击和对供电容量的要求，延长了设备和阀门的使用寿命。节省了设备的维护费用。变频电机的优点a. 具备有启动功能；b. 采用电磁设计，减少了定子和转子的阻值；c. 适应不同工况条件下的频繁变速；d. 在一定程度上节能从理论上讲，变频器可以用在所有带有电动机的机械设备中，电动机在启动时，电流会比额定高5-6倍的，不但会影响电机的使用寿命而且消耗较多的电量.系统在设计时在电机选型上会留有一定的余量，电机的速度是固定不变，但在实际使用过程中，有时要以较低或者较高的速度运行，因此进行变频改造是非常有必要的。变频器可实现电机软启动、补偿功率因素、通过改变设备输入电压频率达到节能调速的目的，而且能给设备提供过流、过压、过载等保护功能。 比如说一台1.5KW的四级电机，普通电机额定转速就是1440转，变频电机就可以高达12000转。省电方面要看具体用多少转，运用到额定的50%70%，省电效果最佳。如果满转省电效果就不是很理想了，其余的就和普通电机差不多。总的来说变频电机散热好，转速高。（2）降速比的分配1.各传动副的传动比尽可能不超过极限传动比2.适当提高中间轴的转速，可使传动系统中的多数传动原件的尺寸减小。因此从电机到主轴的降速过程宜采用“前缓后急”的降速比分配原则，即前面的变速组降速慢一些，后面的变速组降速快一些。这就是所谓的“先慢后快”的原则。但应注意，中间轴的转速不能过高，否则将引起较大的振动、发热和噪声。通常，中间轴的最高转速应不超过电机的转速。但有时还需根据实际情况加以灵活应用。例如若在轴1上安装启停摩擦离合器和反向齿轮，为不增大轴1的轴向尺寸，使结构紧凑，第一变速组采用双联齿轮，而不是按照“前多后少”的原则，采用三各传动副。3.传动轴的数量 传动轴数变速组数+定比传动副数+1=64.绘制转速图图号加上，后面的图号要顺序来编写！4 零件设计阶段4.1 整体设计 主轴箱：它固定在机床身的左端，装在主轴箱中的主轴，通过夹盘等夹具装夹工件。主轴箱的功用是支撑并传动主轴，使主轴带动工件按照规定的转速旋转。长宽高()壁厚(mm) 500 500 300-800 500 50010-15 800 800 50012-20 床头箱结构特点：壁薄、中空、形状复杂。多为平面和孔，它们的尺寸精度、位置精度要求较高，表面粗糙度较小。主轴箱采用多级齿轮传动，通过一定的传动系统，经主轴箱内各个位置上的传动齿轮和传动轴，最后把运动传到主轴上，使主轴获得规定的转速和方向。主轴箱传动系统的设计，以及主轴箱各部件的加工工艺直接影响机床的性能。图号及名称加上去！4.2 轴I上零件设计 4.2.1 选择V带 V带是横截面为等腰梯形或近似为等腰梯形的传动带，其工作面为两侧面。主要应用于电动机和内燃机驱动的机械设备的动力传动。根据以上数据，得出 小带轮：大带轮：基准长度则，取2800mm;V带的根数计算如下： 最终z可取为4；每根V带的初拉力计算如下:每根V带作用到轴上的力计算如下：图号及名称加上去！4.2.2 连接发动机和变速箱动力传输的设计 离合器位于发动机和变速箱之间的飞轮壳内，用螺钉将离合器总成固定在飞轮的后平面上，离合器的输出轴就是变速箱的输入轴。在汽车行驶过程中，驾驶员可根据需要踩下或松开离合器踏板，使发动机与变速箱暂时分离和逐渐接合，以切断或传递发动机向变速器输入的动力4.2.3 对传动齿轮的计算 齿轮最重要的部分为轮齿。它的失效形式主要有四种：轮齿折断、齿面磨损、齿面点蚀、和齿面胶合。1轮齿折断 因为轮齿受力时齿根弯曲应力最大，而且有应力集中，因此，轮齿折断一般发生在齿根部分。 2齿面磨损 齿面磨损主要是由于灰砂、硬屑粒等进入齿面间而引起的磨粒性磨损；其次是因齿面互相摩擦而产生的跑合性磨损。3齿面点蚀 轮齿工作时，其工作表面产生的接触压应力由零增加到一最大值，即齿面接触应力是按脉动循环变化的。在过高的接触应力的多次重复作用下，齿面表层就会产生细微的疲劳裂纹，裂纹的蔓延扩展使齿面的金属微粒剥落下来而形成凹坑，即疲劳点蚀，继续发展以致轮齿啮合情况恶化而报废。实践表明，疲劳点蚀首先出现在齿根表面靠近节线处。齿面抗点蚀能力主要与齿面硬度有关，齿面硬度越高，抗点蚀能力也越强。 4齿面胶合 在高速重载传动中，常因啮合温度升高而引起润滑失效，致使两齿面金属直接接触并相互粘联。当两齿面相对运动时，较软的齿面沿滑动方向被撕裂出现沟纹，这种现象称为胶合。在低速重载传动中，由于齿面间不易形成润滑油膜也可能产生胶合破坏。 （1齿的弯曲应力进行验算如下： （2齿的接触应力进行验算如下： 经带轮传到第一根轴的最大转速为：根据以上数据可知最小齿轮;u=1.05可知设计满足要求。此外，还要检验另外一个齿轮，保证两者能同时满足，如下：可知设计满足要求所以第一根轴上齿轮使用淬火钢等其他热处理的材料即可满足要求。图号及名称加上去！4.2.4 对传动轴上键的计算 导向平键适用于有沿轴向移动的键连接，如，有换挡要求的轮齿。普通平键适用于轴向位置固定齿轮的键连接。 一般的，导向平键可能的失效是键侧磨损、压溃和剪切。普通平键是压溃和剪切。尺寸宽度b、高度h可根据轴径尺寸查表确定，长度L根据键的强度计算确定。花键轴 根据传动轴的最大扭矩，计算其危险截面载荷式中 N传动轴上最大功率（kw）; 传动轴计算转速（r/min）。因N传动轴上键的侧面挤压应力其应力计算如下：式中 最大转矩（）； D、d传动轴的大直径和小直径（mm） L传动轴上键的工作长度（mm）； N键的个数； K=0.70.8； 所以此键的设计符合要求。图号及名称加上去！4.2.5 对传动轴上轴承的计算 一般比较常见的轴承失效形式有疲劳点蚀、塑性变形、磨损与胶合。（1）疲劳点蚀对于一般长期使用的滚动轴承，滚动体和内、外圈在载荷作用下，表面间有极大的循环接触应力，从而使轴承的工作表面(滚动体和内、圈滚道表面)发生疲劳点蚀(麻点) ，严重时会使表层金属成片剥落，形成凹坑，以致失去正常工作能力。（2） 塑性变形对于极低速或缓慢摆动条件下工作的滚动轴承, 一般不会出现疲劳点蚀。但当载荷很大, 滚动体和滚道接触处的局部应力超过材料的屈服极限时, 会使轴承的工作表面发生永久的塑性变形, 从而使轴承不能继续使用。 当硬颗粒从外界进入轴承的滚道与滚动体之间时, 硬颗粒会在滚道表面形成压痕, 亦是一种塑性变形。（3）磨损与胶合轴承润滑及密封不良, 则会引起轴承摩擦表面的磨损。 速度过高且散热不良时会出现胶合。因此，根据公式，键的计算如下： 所以，轴承的设计符合要求。4.3 轴II上零件设计 4.3.1 对传动齿轮的计算 齿轮的设计、校核同轴1，此处不再累述。其计算如下： 对齿轮接触应力进行验算如下：对齿轮弯曲应力进行验算如下： 经轴1传递到轴2的最大转速为：已知：m=2.25则N=5.77kw因轴2上最小齿轮为，B=14mm，u=1.05则所以轴2上齿轮设计符合要求。此外，还要验算另一个齿轮以确保设计的万无一失：已知，m=2.25，可计算如下： 因此，齿轮设计符合要求。已知，m=2.25，可计算如下：因此，齿轮设计符合要求。已知，m=2.25，可计算如下：因此，齿轮设计符合要求。4.3.2 对传动轴的计算 同上。花键轴 根据传动轴的最大扭矩，计算其危险截面载荷：式中 N传动轴上最大功率（kw）; 传动轴计算转速（r/min）。因所以传动轴符合要求。传动轴上键的侧面挤压应力其应力计算如下：式中 最大转矩（）； D、d传动轴的大直径和小直径（mm）； L传动轴上键的工作长度（mm）； N键的个数； K=0.70.8； 所以此键的设计符合要求。图号及名称加上去！这图不行，要重新画，字体颜色用黑色！4.3.3 对轴承组刚度的计算 主轴支撑跨距小于合理跨距，主轴得不到足够的冷却，回转精度也不行，应提高主轴机壳的前后轴承座的同轴承度和主轴的耐热性能。 大于合理跨距，对主轴的回转精度也有影响，对轴承也提出更高的要求，应提高主轴转子轴的同心度。其计算如下：式中 L。两轴间理想跨距； C 轴的伸出量； 轴承的刚度 得出结果如下：机床轴承寿命计算如下： 所以轴上轴承符合要求。图号及名称加上去！这图不行，要重新画，字体颜色用黑色！4.4 轴III上零件设计 4.4.1 对传动齿轮的计算 齿轮的设计、校核同轴1，此处不再累述。其计算如下：对齿轮接触应力进行验算如下：对齿轮弯曲应力进行验算如下： 经轴2传递到轴3的最大转速为：已知：m=2.25则N=5.42kw因轴2上最小齿轮为，B=12mm，u=1.05则此外，对其他齿轮的验算。已知，m=2.25，可计算如下： 所以该齿轮符合要求。已知，m=3，可计算如下：N=5.1kw B=10mm u=4所以该齿轮符合要求。已知，m=2，可计算如下：N=5.1kw B=10mm u=1所以该齿轮符合要求。图号及名称加上去！图中的坐标系删掉！4.4.2 对传动轴的计算 传动轴在传动过程中除了受到转矩外，还受到一定的扭转变形，以及轴上零件对其的作用力，所以轴的设计计算至关重要。花键轴 =传动轴上弯曲载荷的计算，一般由危险断面上的最大扭矩求得：=式中 N传动轴上最大功率（kw）; 传动轴计算转速（r/min）。因式中 D齿轮分度圆直径（mm）,D=mZ。径向力：得出，=27.86mm所以轴符合要求。传动轴上键的侧面挤压应力计算如下：其应力计算如下：式中 最大转矩（）； D、d传动轴的大直径和小直径（mm）； L传动轴上键的工作长度（mm）； N键的个数； K=0.70.8； 所以此键的设计符合要求。图号及名称加上去！坐标系删掉！4.4.3 对传动轴上轴承的计算 因此，根据公式，键的计算如下：得出该方程的实根如下： 所以，轴承符合要求。图号及名称加上去！坐标系及左边线删掉！4.5 传动系统的轴及轴上零件设计 4.5.1 齿轮的验算 同上。齿轮的弯曲应力可计算如下： 齿轮的接触应力可计算如下：（MPa）从轴3传递到轴4的最大转速为： 可知最小齿轮;B=20mm，u=1.05=1250MP可知满足要求。可知齿轮;B=20mm，u=1.05582齿轮采用整淬N=5.1kw B=20mm u=1 =1250MP可知满足要求。4.5.2 传动轴的验算 同上。=根据传动轴的最大扭矩，计算其危险截面载荷：=式中 N传动轴上最大功率（kw）; 传动轴计算转速（r/min）。因则=22.32mm所以传动轴符合要求。传动轴上键的侧面挤压应力其应力计算如下：式中 最大转矩（）； D、d传动轴的大直径和小直径（mm）； L传动轴上键的工作长度； N键的个数； K=0.70.8； 所以此键的设计符合要求。4.5.3 对轴承组刚度的计算 主轴支撑跨距小于合理跨距，主轴得不到足够的冷却，回转精度也不行，应提高主轴机壳的前后轴承座的同轴承度和主轴的耐热性能。 大于合理跨距，对主轴的回转精度也有影响，对轴承也提出更高的要求，应提高主轴转子轴的同心度。其计算如下：式中 L。两轴间理想跨距； C 轴的伸出量； 轴承的刚度 得出结果如下：机床轴承寿命计算如下： 所以轴上轴承符合要求。图号及名称加上去！ 4.6 轴V上零件设计 4.6.1 对传动齿轮的计算 同上。对齿轮弯曲应力进行验算如下： 对齿轮接触应力进行验算如下：（MPa） 经轴4传递到轴5的最大转速为：已知斜齿轮Z=26，B=35mm，u=1.05=1560MP所以斜齿轮符合要求。图号及名称加上去！ 已知Z=80.m=2.5的调质齿轮 所以此齿轮符合要求。图号及名称加上去！左边线删掉！已知Z=50，m=2.5mm的调质齿轮=1250MP所以该齿轮符合要求。4.6.2 对传动轴的计算 同上。图号及名称加上去！ 花键轴 =根据传动轴的最大扭矩，计算其危险截面载荷：=式中 N传动轴上最大功率（kw）; 传动轴计算转速（r/min）。因则=31.43mm所以传动轴符合要求。传动轴上键的侧面挤压应力其应力计算如下：式中 键所受最大转矩（）； D、d轴的最大和最小直径（mm）； L键的长度； N键的个数； K=0.70.8； 所以此键符合要求。4.6.3对轴承组的刚度计算同上。其计算如下：式中 L。两轴间理想跨距； C 轴的伸出量； 轴承的刚度 得出结果如下：机床轴承寿命计算如下： 所以传动轴上轴承符合要求。4.7 转速范围的扩大 4.7.1 背轮设计的目的 在原有的设计中，机床最高转速为1400m/s，然而在金属切削机床中，转速越高，切削的效果越理想，精度和粗糙度更符合要求。若两对齿轮皆为降速，而且取极限降速传动比i=1/4，则背轮机构的最小传动比i=1/41/4=1/16.因此，背轮机构变速组的极限变速范围r=16，这比一般滑移齿轮组的极限变速范围要大得多，所以背轮机构作为最后扩大组，可以扩大传动系统的变速范围。因此，在想方设法提高主轴转速的同时，我想选用背轮机构来达到目的。4.7.2背轮机构具体设计背轮机构又称为单回曲机构，其传动原理为:运动由轴4传到轴5，可经离合器M直接传动主轴，传动比为1，也可脱开离合器M，经两对齿轮传动主轴。这两对齿轮的齿数分别为Z1=28 Z2=31;Z3=26，Z4=33；即得它们的传动比分别为i1=1.12，i2=1.25，总传动比为i=1.121.25=1.4，则主轴最高转速为n=14401.4=2000m/s。535 加工工艺规程 5.1 对箱体进行分析 5.1.1 整体分析 主轴箱是数控车床的关键零件之一,其主要功能是将机床主轴组件,中间传动轴,齿轮等零件连接成一个整体,并使之保持正确的相互位置,以传递扭矩或改变转速来完成设计的运动。因此,主轴箱体的加工质量、直接影响机床的性能、精度和寿命。1.较大的尺寸箱体是重要组成部件，它是传动零件的基座，应具有足够的强度和刚度。箱体通常用灰铸铁制造，灰铸铁具有很好的铸造性能和减振性能。对于重载或有冲击载荷的减速器也可以采用铸钢箱体。单件生产的减速器，为了简化工艺、降低成本，可采用钢板焊接的箱体。为了便于轴系部件的安装和拆卸，箱体制成沿轴心线水平剖分式。上箱盖和下箱体用螺栓联接成一体。轴承座的联接螺栓应尽量靠近轴承座孔，而轴承座旁的凸台，应具有足够的承托面，以便放置联接螺栓，并保证旋紧螺栓时需要的扳手空间。为保证箱体具有足够的刚度，在轴承孔附近加支撑筋。为保证减速器安置在基础上的稳定性并尽可能减少箱体底座平面的机械加工面积，箱体底一般不采用完整的平面。2.复杂的形状因箱体上含有各种各样的小零件或小结构，这些都增加了箱体加工的难度和复杂度，为了减少箱体体积同时保证箱体的工艺性，需要在箱体上添加肋板、凸台等措施。3.对加工精度的要求个别孔和平面对位置精度以及尺寸精度有很高的要求，它们的加工精度直接关系到器械的装配，从而影响其性能和寿命5.1.2 工艺分析 箱体采用生产工艺简单的HT200，因为灰铸铁的铸造性能和减震性能都比较良好。对箱体需要加工的表面及其位置要求分析如下：（1）需要加工的面：1）在保证平行度误差0.03的前提下粗铣上下平面，且尺寸为100mm2）在保证平行度误差0.02的前提下粗铣侧面，且尺寸为60mm，20mm3）在保证位置度误差的前提下镗孔，并保证尺寸要求4）钻取侧面的4个M6螺纹孔5）钻取余下各孔，并攻丝（2）具体基准面如下：1）加工时以下底面为基准面主要是箱体上表面各孔2）加工时以上平面为基准面主要是箱体下表面各孔以及螺纹孔5.2 毛胚以及材料的选择 1、毛坯种类的确定。合理选择毛坯主要考虑以下几个因素： 1零件材料的工艺特性 在选择毛坯制造方法时，首先要考虑材料的工艺特性，如可煅性、可铸性和可焊性等。例如铸铁和青铜不能煅造，对这类材料只能选择铸件。通常当设计人员设计零件并选好材料后，也就大致确定了毛坯的种类。重要的钢制零件为使其具有良好的力学性能，不论其结构复杂或简单，均应选用锻件为毛坯，而不宜直接选用轧制型材。 2生产纲领的大小 生产纲领的大小在很大程度上决定了毛坯的制造方法。当大批量生产时，应采用精度及生产率都较高的毛坯制造方法，其设备和工装方面的较大投资可通过材料消耗的减少和机械加工费用的降低而取得回报。例如，铸件应采用金属模机器造型，锻件应采用模锻及其他如精锻、冷挤压和冷轧等。单件小批生产时则应选择设备和工装投资都较小的毛坯制造方法，如自由锻造和砂型铸造等。 3零件的结构形状与尺寸大小 零件的结构形状和尺寸大小对毛坯的选择有较大的影响。常用的各种阶梯轴，如各阶直径相差不大，可直接选用棒料；若各界直径相差较大，宜选锻件毛坯，以节省材料、减少机械加工的工作量。箱体、机体、支架类等结构复杂的零件宜采用铸件；对于大型零件，一般都采用砂型铸造、自由锻造及焊接等制坯方法；对一些外形较特殊的小零件，由于机械加工困难，常采用压铸、精密铸造等方法。 4现有的生产条件 在选择毛坯时应从本厂或协作单位的现有设备和技术水平出发考虑其可能性和经济性。 5充分利用新工艺、新技术、新材料 为节约材料和能源，提高机械加工生产率，应充分考虑精密铸造、精锻、冷轧、冷挤压、粉末冶金、异型钢材及工程塑料等在机械中的应用，可大大减少机械加工量，甚至不需要进行加工，经济效益非常显著。2确定毛坯外形：毛坯外形尺寸的选择应根据零件的大小和结构来确定。而此次涉及的零件尺寸如上所述.3毛坯的材料热处理此次箱体零件的材料是铸铁，根据不同的铸铁材料，在铸造后进行的热处理是不同的，具体问题具体分析。一般用途的减速机通常是灰铸铁材料，通常铸造后进行的热处理有：1、去除应力退火处理：目的是消除铸造应力，改善力学性能和机械加工性能，2、石墨化退火：如果减速机截面尺寸差别比较大，在薄的截面容易形成白口，这样必须进行石墨化退火。目的是消除白口。3、均匀化退火：比较重要的减速机或其他铸铁材料的减速机，为了提高力学性能，需要进行均匀化退火，因为铸造过程中形成很多化学成分偏析。目的是均匀组织，保证各个截面力学性能一致，提高力学性能。4、其他材料：也有铝合金的减速机，所进行的热处理跟铸铁差不多，目的也类似，但是重要的铝合金零件为了提高力学性能需要进行固溶处理+时效。4.对毛坯基准的选择零件在加工过程中，作为定位基准的表面应首先加工出来，以便尽快为后续工序的加工提供精基准。称为“基准先行”。因加工简单，装夹方便，此处选用零件下地面作基准面进行加工。5.3 确定工艺路线 表2.1工艺路线方案一，表的编号和章节号对不上！工序1钻箱体直径18孔工序2钻前端面各孔工序3镗左平面各孔工序4镗右平面各孔工序5粗,精铣上平面至尺寸工序6粗,精铣下平面工序7粗,精铣左端平面工序8粗,精铣右端平面工序9粗,精铣前端平面工序10粗,精铣后端平面工序11钳工,去除锐边毛剌工序12检验表2.2工艺路线方案二工序1粗,精铣上平面至尺寸工序2粗,精铣下平面工序3粗,精铣左端平面工序4粗,精铣右端平面工序5粗,精铣前端平面工序6粗,精铣后端平面工序7钻箱体直径18孔工序8钻前端面各孔工序9镗左平面各孔工序10镗右平面各孔工序11钳工,去除锐边毛剌工序12检验工艺路线的比较与分析：第二条工艺路线不同于第一条是将铣各平面工序放到前面。加工完上下平面再加工各孔与,其它的先后顺序均没变化。通过分析发现这样的变动提高了生产效率。而且对于零的尺寸精度和位置精度都有太大程度的帮助。 大型机械零件加工拟定工艺路线的一般原则： 1、先加工基准面 零件在加工过程中，作为定位基准的表面应首先加工出来，以便尽快为后续工序的加工提供精基准。称为“基准先行”。 2、划分加工阶段 加工质量要求高的表面，都划分加工阶段，一般可分为粗加工、半精加工和精加工三个阶段。主要是为了保证加工质量；有利于合理使用设备；便于安排热处理工序；以及便于时发现毛坯缺陷等。 3、先面后孔对于箱体、支架和连杆等零件应先加工平面后加工孔。这样就可以以平面定位加工孔，保证平面和孔的位置精度，而且对平面上的孔的加工带来方便。 4、光整加工，光整加工后的工件 主要表面的光整加工（如研磨、珩磨、精磨滚压加工等），应放在工艺路线最后阶段进行，加工后的表面光洁度在Ra0.8um以上，轻微的碰撞都会损坏表面。综上所述，我选择第二条工艺路线。5.3.1 确定加工余量、工序尺寸 影响加工余量的因素如下表：影响因素说 明加工前（或毛坯）的表面质量（表面缺陷层深度H 和表面粗糙度） 铸件的冷硬、气孔和夹渣层，锻件和热处理件的氧化皮、脱碳层、表面裂纹等表面缺陷层，以及切削加工后的残余应力层 前工序加工后的表面粗糙度前工序的尺寸公差 Ta前工序加工后的尺寸误差和形状误差，其总和不超过前工序的尺寸公差Ta当加工一批零件时，若不考虑其他误差，本工序的加工余量不应小于Ta前工序的形状与位置公差（如直线度、同轴度、垂直度公差等）a前工序加工后产生的形状和位置误差，两者之和一般小于前工序的形状和位置公差当不考虑其他误差的存在，本工序的加工余量不应小于a当存在两种以上形状与位置误差时，其总误差为各误差的向量和本工序加工时的安装误差a安装误差等于定位误差和夹紧误差的向量和工序尺寸是零件在加工过程中各工序应保证的加工尺寸，通常为加工面至定位基准面之间的尺寸。因此，本次加工的加工余量和工序尺寸设计如下： 1）加工箱体的上下平面，粗加工2mm到金属模铸造的质量和表面的粗糙度要求，精加工1mm，2）加工箱体的两侧面，采取分二次铣削的方式，粗铣2mm，再精铣1mm3）镗上、下平面各孔，一次粗加工2mm，再精加工0.5mm。6）加工610孔，一次钻削加工余量5mm。7）加工230底孔时，一次钻削加工余量5mm，再扩孔。8）加工上平面2-18孔，粗加工10mm，再精加工4mm。5.3.2 确定切削用量 工序1：粗、精铣传动箱体下底面（1）粗铣下平面已知条件：HT200，铸造。选用：立式铣床，硬质合金三面刃圆盘铣刀单边余量Z=2mm，铣削深度：每齿进给量，铣削速度取。机床主轴转速 即取 实际铣削速度进给量 工作台每分钟进给量 （2）精铣下平面已知条件：HT200，铸造。选择： 立式铣床，高速钢三面刃圆盘铣刀单边余量Z=1mm铣削深度每齿进给量铣削速度取机床主轴转速取实际铣削速度进给量工作台每分进给量粗铣的切削工时被切削层长度， 刀具切入长度 刀具切出长度取走刀次数为1机动时间辅助时间精铣的切削工时被切削层长度 刀具切入长度刀具切出长度取走刀次数为1机动时间辅助时间铣下平面的总工时为：t=+=1.13+1.04+1.04 +1.09=2.58min工序2：加工其它平面，各切削用量与加工上平面相近，因此省略不算，参照工序1执行。工序3：粗精铣左右端的侧面：（1）粗铣左右端的侧面已知条件：HT200，铸造。选择：立式铣床，硬质合金三面刃圆盘铣刀单边余量Z=2mm，铣削深度：每齿进给量取铣削速度。机床主轴转速取 实际铣削速度进给量 工作台每分进给量 被切削层长度， 刀具切入长度 刀具切出长度取走刀次数为1（2）精铣左右端侧平面已知条件：HT200，铸造。选择： 立式铣床，高速钢三面刃圆盘铣刀单边余量Z=1mm铣削深度每齿进给量铣削速度取机床主轴转速取实际铣削速度进给量工作台每分进给量被切削层长度 刀具切入长度刀具切出长度走刀次数为1=249/(37.53)=2.21min。精铣宽度为20mm的下平台切削工时：=249/(37.53)=2.21min辅助时间粗精铣宽度为30mm的下平台的总工时： t=+=2.21+2.21+0.41+0.41=5.24min工序：粗镗62H12的孔选择：卧式镗床，硬质合金镗刀 切削深度，毛坯孔径。进给量。切削速度取机床主轴转速，取实际切削速度工作台每分钟进给量 被切削层长度刀具切入长度 刀具切出长度 取行程次数机动时间辅助时间为：2.61min精镗下端孔62H12选择：卧式镗床，硬质合金镗刀 切削深度进给量切削速度取机床主轴转速，取实际切削速度 工作台每分钟进给量被切削层长度刀具切入长度刀具切出长度 取行程次数机动时间工序总工时工步辅助时间为：1.86min工序5：粗镗80H12的孔选择：卧式镗床，硬质合金镗刀 切削深度，毛坯孔径。进给量。切削速度取机床主轴转速，取实际切削速度工作台每分钟进给量 被切削层长度刀具切入长度 刀具切出长度 取行程次数机动时间辅助时间为：t=2.61min精镗下端孔到80H12选择：卧式镗床，硬质合金镗刀 切削深度进给量 切削速度机床主轴转速，取实际切削速度 工作台每分钟进给量被切削层长度刀具切入长度刀具切出长度 取行程次数机动时间该工序工时辅助时间为：1.56min工序6：钻下平在2-18选择：立式钻床，18的麻花钻头。进给量：取切削速度：取机床主轴转速，取实际切削速度被切削层长度刀具切入长度刀具切出长度走刀次数为1被切削层长度刀具切入长度刀具切出长度走刀次数为1机动时间辅助时间工序：加工610底孔选择：立式钻床，10的麻花钻头。进给量取切削速度取机床主轴转速，取实际切削速度被切削层长度刀具切入长度刀具切出长度走刀次数为1辅助时间工序：钻40孔选择：立式钻床，40mm小直径钻。 1）确定切削用量确定进给量 ，由于孔深度比，故。取。钻头强度所允许是进给量。由于机床进给机构允许的轴向力，允许的进给量。由于所选进给量远小于及，故所选可用。确定：切削速度，轴向力转矩，切削功此外，还要对其进行修正，因为理论值与实际值是有区别的。，则取。实际切削速度为，故校验机床功率 切削功率为 机床有效功率故选择的钻削用量可用。即，相应地， （5）钻20孔已知条件：HT200，金属模铸造，选择：立式钻床，高速钢钻头20刀具切入长度刀具切出长度走刀次数为1机动时间辅助时间锪钻20阶梯的工时锪钻孔进给量，机床主轴转速，被切削层长度刀具切入长度刀具切出长度 走刀次数为1机动时间：辅助时间t=+ t=0.27+1.77=2.04min该工序的总工时为： 2.04+0.07+0.05+1.77+1.77=5.7min5.4 专用夹具设计 （夹具图要画出来！）专用夹具是指专为某一工件的某道工序而专门设计的夹具。其特点是结构紧凑，操作迅速、方便、省力，可以保证较高的加工精度和生产效率，但设计制造周期较长、制造费用也较高。当产品变更时，夹具将由于无法再使用而报废。只适用于产品固定且批量较大的生产中。 5.4.1 夹具的结构 1)定位元件它与工件的定位基准相接触，用于确定工件在夹具中的正确位置，从而保证加工时工件相对于刀具和机床加工运动间的相对正确位置。(2)夹紧装置用于夹紧工件，在切削时使工件在夹具中保持既定位置。(3)对刀、引导元件或装置这些元件的作用是保证工件与刀具之间的正确位置。用于确定刀具在加工前正确位置的元件，称为对刀元件，如对刀块。用于确定刀具位置并导引刀具进行加工的元件，称为导引元件。(4)连接元件使夹具与机床相连接的元件，保证机床与夹具之间的相互位置关系。(5)夹具体用于连接或固定夹具上各元件及装置，使其成为一个整体的基础件。它与机床有关部件进行连接、对定，使夹具相对机床具有确定的位置。(6)其它元件及装置有些夹具根据工件的加工要求，要有分度机构，铣床夹具还要有定位键等。以上这些组成部分，并不是对每种机床夹具都是缺一不可的，但是任何夹具都必须有定位元件和夹紧装置，它们是保证工件加工精度的关键，目的是使工件定准、夹牢。 5.3.2 夹紧力大小的确定原则 夹紧力大小要适当，过大了会使工件变形，过小了则在加工时会产生松动，造成报废甚至发生事故。采用手动夹紧时，可凭人力来控制夹紧力的大小，一般不需要算出所需夹紧力的确切值，只是必要时进行概略的估算。当设计机动（如气动、液压、电动等）夹紧装置时，则需要计算夹紧力的大小。以便决定动力部件（如汽缸、液压缸直径等）的尺寸。进行夹紧力的计算时，通常将夹具和工件看作一刚性系统，以简化计算。根据工件在切削力、夹紧力作用下处于平衡，列出静力平衡方程式，即可算出理论夹紧力，再乘以安全系数，作为所需的实际夹紧力。实际夹紧力一般比理论计算值大23倍。夹紧力三要素的确定是一个综合性的问题。必须全面考虑工件的结构特点、工艺方法、定位原件的结构和布置等多种因素，才能最后确定并具体设计出较为理想的加紧机构。5.3.3 定位基准的选择 为了遵循基准合、基准统一原则，尽量选择上道工序的定位基准，可一减少装夹时间，以及加工的复杂性
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