拖拉机拨叉铣专机(立式)

拖拉机拨叉铣专机(立式)PAGE22PAGE21目录TOC\o"1-1"\h\z\u1前言 11.1本课题的来源、设计的主要目的和技术要求： 11.2本课题要解决的主要问题和设计总体思路: 12.国内外的发展状况及现状的介绍: 33总体方案论证: 44具体设计说明 54.1被加工零件分析 54.1.1被加工零件毛坯图 54.1.2拟定机械加工工艺路线： 54.1.3确定机械加工余量,工序尺寸及公差 54.2夹具的设计 64.2.1斜面定心夹紧机构 64.2.2夹紧力 74.2.3影响夹紧力的因素 74.3金属切削用量的选择与计算: 84.3.1刀具的选择: 94.4减速机的选择与计算： 104.4.1减速机的选择： 104.4.2电动机的选择： 114.5V带轮的设计计算: 124.6挡销的强度计算: 144.7轴的设计计算与强度校核: 165结论 21主要参考文献 22致谢 23附录 241前言半自动拨叉铣床专机是为了实践，公司主要是为了减少工人的劳动强度，同时提高公司的生产效率，不断满足公司的生产规模的不断扩大的要求。1.1本课题的来源、设计的主要目的和技术要求：本课题来源于生产实践，公司在加工拖拉机齿轮箱的拨叉脚厚度时，利用立式铣床X62W人工操作，工人劳动强度大，生产率低。随生产规模不断扩大，产品质量要求不断提高，迫切要求改变这种生产现状。本课题旨在设计一台半自动立式铣专机，以取代现役的立式铣床X62W；加工时，人工上料—自动定位—自动夹紧—自动铣削，铣毕自动松开工件后由操作者取下。本课题研究的主要目的是降低工人劳动强度，提高生产率，满足生产规模不断扩大，产品质量要求不断提高的要求。实现半自动化加工，在加工时，实现：人工上料-自动定位-自动夹紧-自动铣削，铣削完毕后自动松开，工作由操作者取下。同时，设计时要满足以下几点要求：1.加工时该工件的主轴孔呈立式安置。2.工作节拍为每分钟加工18件。3.工件以其主轴孔定位，定位心轴置于圆盘工作台上，圆盘工作台主轴呈立式安置。4.专机工作安全，可靠，运行平衡，产品质量稳定，操作维护简单。5.专机结构紧凑，高度为800mm左右。1.2本课题要解决的主要问题和设计总体思路:原来的立式X62W型铣床，单纯的人工操作，工人劳动强度大，生产率低。因此，本课题要解决的主要问题是：设计一款半自动立式拨叉铣专机来取代原有的立式X62W型铣床，设计后的机床主要是采用人工上、下料，自动夹紧和自动加工的结构,该机床在降低工人劳动强度的同时提高了生产率，满足了公司规模不断扩大的要求。由于要满足一分钟加工18件的要求，而且要实现半自动化加工。因此，必须要设计出一个大的圆盘来支撑工件，实现边加工，边上下工件，使得装夹时间和加工时间重叠，才能满足一分钟加工18件的要求。在装夹工件时，采用弹簧卡头来固定工件。同时，还应设计出与支撑台相应大小的圆盘，在圆盘上设计一凸轮，通过推动弹簧卡头的推杆来实现工件的自动夹紧和自动松开。除了弹簧卡头，还要设计固定销来实现完全固定，保证加工精度和要求。机床设计要满足每分钟加工18件的要求，实现专机结构紧凑，工作安全，可靠，运行平稳，产品质量稳定，操作维护简单。在加工时，实现：人工上料—自动定位—自动夹紧—自动铣削，铣削完毕后自动松开，工作由操作者取下。本专机的设计充分迎合了了操作者，使得操作者在操作机器的时候感觉到安全、舒适，人性化的设计理念贯穿铣专机的整个设计过程。2.国内外的发展状况及现状的介绍:近年来，该行业获得了快速发展，特别是数控机床更是发展迅猛。在国内，机床产品的种类，规模，技术含量上都有较大的提高，但和日本，美国，德国等先进机床大国相比，我国机床产品还存在很大的差距。首先，机床产品技术水平落后，加工精度低，可靠性差。其次，产品结构不合理，存量构成依然落后，数控化率很低。高速，高效，复合，智能，高精度，高可靠性和环保是未来几年机床的发展趋势。机床复合化是提高机床精度和效率的主要措施。用复合化机床加工工件，可在一装夹情况下，完成全部工件加工，消除了装夹位置误差，大大减少了零件工序间运输和等待时间，提高了工作效率。智能，代表机床产品较高水平的柔性生产线，可以实现智能化生产，适合批量加工大型零部件等；通过计算机联网，可实现远程诊断和远程服务等。3总体方案论证:对于机床的设计布局要合理，而合理的布局的基本要求是：1.保证工艺方法所要求的工件和刀具的相对位置和相对运动。2.保证机床具有与所要求的加工精度相适应的刚度和抗振性。3.便于操作、调整、修理机床；便于输送、装卸工件、排除切屑。4.经济效果好，如节省材料、减少机床占地面积等。5.造型美观。机床总体布局设计的一般步骤是，首先根据工艺分析分配机床部件的运动，选择传动形式和支承形式；然后安排操作部位，并拟定在布局上改善机床性能和技术经济指标的措施。4具体设计说明4.1被加工零件分析4.1.1被加工零件毛坯图图1零件毛坯图4.1.2拟定机械加工工艺路线：表1工序Ⅰ车拨叉头端面,钻,铰φ14H9的孔,孔口倒角;工序Ⅱ校正拨叉脚;工序Ⅲ粗铣拨叉脚两端面;工序Ⅳ铣拨叉脚内侧面;工序Ⅴ铣拨叉脚内侧面倒角0.5×45°;工序Ⅵ铣操纵槽;工序Ⅶ钻的孔;工序Ⅷ去毛刺;工序Ⅸ拨叉局部淬火;工序Ⅹ校正拨叉脚;工序Ⅺ清洗;工序Ⅻ检验;4.1.3确定机械加工余量,工序尺寸及公差根据机械加工工艺，查《机械制造工艺设计简明手册》，分别确定各加工表面的加工余量、工序尺寸及公关如下：表2工序工序内容单边余量(mm)工序尺寸表面粗糙度(μm)工序Ⅰ1.车拨叉端面3.570252.钻φ14H9的孔6.3φ13.612.53.铰φ14H9的孔0.2φ14H93.24.孔口倒角11×45°25工序Ⅱ粗铣拨叉脚两端面266.3工序Ⅲ铣拨叉内侧面40B1312.5工序Ⅳ拨叉内侧面倒角0.50.5×45°25工序Ⅴ铣操纵槽714H1312.5工序Ⅵ钻的孔4.35254.2夹具的设计图2弹簧夹头的结构4.2.1斜面定心夹紧机构常见的定心夹紧机构有:利用斜面作用的定心夹紧机构;利用杠杆作用的定心夹紧机构以及利用薄壁弹性元件的定心夹紧机构等。弹簧夹头亦属于利用斜面作用和定心夹紧机构的一种，上图所示为弹簧夹头的结构简图。弹簧套筒是一个薄壁带锥面的弹性套筒，带锥面一端开有三条轴向槽。它有三个基本基本部分：一是夹爪A；二是包括夹爪在内的弹性部分B，称为簧瓣；三是导向部分C。当原始作用力Q通过操纵件1拉杆往左侧移动时,通过锥面的作用使簧瓣扩张,从面对工件进行定心夹紧采用弹簧夹头夹紧工件时,工件被夹紧表面的尺寸偏差不宜太大.这是因为夹头变形在时,夹爪与工件以及夹头锥面与外套锥面的接触不良,造成定位精确和夹紧刚度降低。在机床结构也在以飞快速度变换着的形势下，能继续保持原弹簧夹头基本结构保持不变的这一奇迹，主要归功于它特具有的灵巧、精致的结构和功能强大、使用方便以及经济性好等特点。弹簧夹头虽小，但在机床工业中确实起到了很重要的作用，这是都是由于它具有以下很强的功能：1.能精确地定位与夹紧工件(或刀具)，具有抵抗扭矩和承受来自多方向切削力的功能。2.具有增大驱动力(拉力)和转换驱动力为工件(或刀具)夹紧力的功能。3.具有快速松开工件(或刀具)的功能。4.具有在不降低加工精度和使工件不受损害前提下的高重复精度。5.具有能在较宽的主轴转速范围内工作与只有极小的夹紧力损失的能力。6.在高速切削中的转动惯量最小。4.2.2夹紧力总的来说，弹簧夹头的设计和使用是一个涉及面很宽的领域，它是需要相对应于多种机床系列，以及包括了为体现它与机床各自不同风格和特征而设计的产品，所以总数已有成千上万。但是现在还有一个普遍的错误观念，认为弹簧夹头只用以夹紧圆柱形工件毛坯。这是不符合事实的，实际上它几乎能对任何形状的工件(或刀具)，包括正方形或六边形工件进行定位夹紧。下面主要介绍影响各种弹簧夹头正确装夹定位和夹紧力的有关因素和工作原理。4.2.3影响夹紧力的因素夹紧力是机床经弹簧夹头施加在工件上的力。本文中插图是一个在车床上使用的用以定位、夹紧工件的弹簧夹头,同样也可以被用来对刀具、磨削的工件实行定位、夹紧或许多别的场合。拉杆(图中未示出)的外螺纹与弹簧夹头的后端内螺纹连接拉紧，产生轴向拉力。然后由机床主轴前端的被称为锁紧角的锥面，将轴向拉力转换成一垂直于弹簧夹头中心的夹紧力。不仅如此，夹紧力还可以通过锁紧角将其扩大，经过计算得知，根据不同的锁紧角，弹簧夹头夹紧力可扩大3-4倍。弹簧夹头是一个结构简单的工艺装置，却有许多影响夹紧力的主要因素。对于基本原理的了解可以帮助工件(或刀具)正确装夹和迅速查找故障。以下介绍几个影响夹紧力的主要因素和总结的使用经验：1.轴向作用力。如图所示为拉杆施于弹簧夹头的轴向拉力。在弹簧夹头的使用中，轴向力拉力可由不同的方式施加，但其作用原理基本相同。很明显，大的轴向拉力将产生大的夹紧力，反之亦然。一般拉杆的轴向拉力可由操作员进行调整。2.在弹簧夹头使用中，设计的锁紧角(或头部倾角)大小将决定着夹紧力经扩大后能达到的指标，通常由机床制造商和弹簧夹头制造商决定。当弹簧夹头新的设计还正在探求之中，从经济性和可靠性考虑，设计师建议用户使用现有弹簧夹头结构。标准锥度(或头部倾角)已根据机床类型(如车床等)、使用条件(动态与静态)和用途(工件与刀具)不同，由设计时确定。3.工件(或刀具)与弹簧夹头之间的总摩擦力将直接影响夹紧力。小的摩擦值将导致小的夹紧力，反之亦然。弹簧夹头供应商能采取各种措施，克服弹簧夹头与工件(或刀具)之间的相对转动或轴向窜动等，比如弹簧夹头内孔有意制出锯齿形状或将硬质合金微晶粒浸渍在夹紧表面等。4.主轴锥面与弹簧夹头在锁紧角处产生摩擦。其摩擦力大小也直接影响弹簧夹头对工件的夹紧力大小。摩擦力太小时夹紧力不够，太大的夹紧力，会加快弹簧夹头磨损。使用中弹簧夹头要经常松开实行工件交换，例如在车削加工中心上使用，需在松开时在弹簧夹头内孔表面喷涂一薄层润滑剂。有条件采用冷却剂润滑更好，因为冷却剂提供可冲洗弹簧夹头，而且润滑性效果好。尤其在锁紧角处定期施加冷却剂，则能减少长期磨损和增加夹紧力。一些更多润滑效果更好的材料也可以使用，包括有EP(极限压力)特性的高质量润脂油或蜡基材料。似乎有些奇怪的是，一些聪明的操作者在加工难度大，而且在一般的冷却润滑的效果都不佳时，选用女士们使用的唇膏，据称效果很好。5.选择合适的弹簧夹头名义直径尺寸，以保证弹簧夹头对工件的完全支撑是增大夹紧力和可靠夹紧保证高质量加工的必要条件。如果弹簧夹头的名义孔直径选择太大，工件仅仅由弹簧夹头的孔口部分将工件夹紧，将引起工件外圆和弹簧夹头内孔之间几何形状的不匹配，因而降低夹紧力。如果如果夹头名义孔直径选择太小，只有头部倾角的内部与工件接触，相对而言，夹紧力增大，但引起夹头与工件的不同心问题。在一个名义尺寸下，它可对名义直径相同的工件进行装夹定位。当选择弹簧夹头名义的孔径尺寸，Hardinge公司推荐指标为能在0.0254mm范围发生变化。4.3金属切削用量的选择与计算:取圆盘的直径D=1000mm,刀具的直径=80mm铣刀的中心轨迹线距圆盘的中心距离R=545mm即2R=1090mm.由条件:1分钟加工18件,得加工1个工件的时间为t==s令两相邻两工件之间的距离s=95mm,所以v==28.5mm/s=2πRn所以n=≈0.5r/min故每2分钟圆盘转1圈,活动盘上放工件的个数为:Z==≈33个4.3.1刀具的选择:根据零件的材料,选择镶齿三面刃铣刀,YT15刀片，查表得:铣刀的尺寸为D×d×B=80×22×12，齿数z=10。专用夹具，柴油冷却。工序Ⅱ粗铣拨叉脚两端面:确定背吃刀量:由毛坯图已知铣削宽度=18mm,铣削深度=2mm。每齿进给量:根据<<切削用量简明手册>>表3.5得:每齿的进给量=0.09~0.18mm/z。由于工件的刚性差,且采用对称加工,故取=0.09mm/z。选择铣刀磨钝标准及刀具寿命:根据<<切削用量简明手册>>表3.7:铣刀刀齿后面最大磨损量为1-1.2mm,取最大磨损量为1.2mm,由铣刀的直径为=确定切削速度和每分钟进给量:根据<<切削用量简明手册>>表3.27得:=600;=0.21;=0;=0.12;=0.4;=0;m=0.35;=1.1由公式:==130.07m/minn==517.79r/min根据<<切削用量简明手册>>表3.30得:与517.79r/min,相近的主轴转速为475r/min和600r/min(取与517.79r/min值相接近的值).故取n=475r/min.得:V=工作台的每分钟的进给量为=,根据<<工艺手册>>表4.2-40,X62W铣床与54mm/min相近的工作台进给量为47.5mm/min和60mm/min,选择=47.5mm/min.所以,实际进给量为=mm/z4.4减速机的选择与计算：4.4.1减速机的选择：实际进给量为=mm/z得进给速度:==由式根据<<实用金属切削手册>>表2.5得,,表2.6得,,表2.7得,,根据《实用金属切削手册》表2-4得,切削力的公式为:其中:B为铣削宽度B==2mm;为工件材料对切削力的影响系数；K为刀具前角对切削力的影响系数；为切削速度对切削力的影响系数所以由:=切削功率：所以实际切削电机切削功率为：(其中)查双级减速机电机功率表,取传动比,输入转速由得:由输出轴许用扭矩为571.83N/m<1150N/m故电机的型号为BLE2215-59×43-0.55电动机的功率:P=0.55Kw。立式双级摆针线轮减速机的用途及特点：用途：摆线针轮减速机广泛应用于化工厂、石油、制药、轻工、印染、纺织、起重运输、工程机械、造船、冶金、矿山、环境保护及国防等工业部门，作为驱动装置及减速传动装置。产品特点：1.传动比大；2.传动效率高；3.使用寿命长;4.承载能力高,并可以承受过载及冲击载荷;5.运转平稳可靠,噪声低;6.容易拆卸及装配、维修方便；7．结构紧凑，体积小。4.4.2电动机的选择：电动机的功率选得是否合适，对电动机的工作和经济性都有相当大的影响。当功率小于工作要求时，电动机不能保证机器的正常工作，或电动机因长期过载而过早地损坏；功率过大则电动机的价格高，能量不能充分利用，且因经常不在满载下运动，其效率和功率因数都较低，造成不必要的浪费。因此，在选择时机的时候应该要慎重些。纵向进给量:==由式根据<<实用金属切削手册>>表2.5得,,表2.6得,,表2.7得,所以=由于()由于，根据《机械设计课程设计》表20-6得，选择电动机的型号为：Y100L2，电动机主要参数为：P=3kw;转速=1500r/min。Y系列（IP44）封闭式三相异步电动机的主要性能及结构特点：效率高，耗电少，性能好，噪声低，振动小，重量轻，运行可靠，维修方便。为B级绝缘。结构为全封闭，自扇冷式，能防灰尘，铁屑，杂物侵入电动机内部。冷却方式为ICO141。其他安装尺寸及外形尺寸见表。4.5V带轮的设计计算:由Y系列的三相异步电动机驱动，转速=1500r/min；从动轮转速=475r/min,电动机的功率P=3Kw。每天工作16小时（2班工作制）。选择V带的类型:查表4.6得,工作情况系数:=1.2确定功率计算公式:由式4.22==1.2×3=3.6Kw选择V带型号:按=3.6Kw,=1500r/min查图4.1,得:选皮带的型号为A型V带.确定带轮直径和选取小带轮的直径:参考图4.11及表4.4,选取小带轮直径=90mm验算带速:由式4.8得,===7.07m/s(在5~25m/s之间,合适)确定从动轮直径:===284.21mm查表4.4得,=280mm计算实际传动比:==3.1验算从动轮实际转速:==r/min=1.9%<5%确定中心距和带长:初选中心距:由式4.23即:取=500mm求带的计算基准长度:由式4.24===1599mm计算中心距:由式4.25得:===确定中心距调整范围:由式4.26=+=验证小带轮包角:由式4.12得:确定V带根数z:确定额定功率:由,,查表4.5得,单根A型V带的额定功率分别为1.07Kw和1.15Kw,线性差值法计算得:时的额定功率:确定V带的根数z:由式4.28,确定:查表4.7得,=1.09Kw确定包角系数:查表4.8得,=0.95确定长度系数:查表4.2得,=0.99计算V带的根数:=故取A型V带的根数为根.6计算单根V带的初拉力:查表4.1得,,由式4.29=7计算对轴的压力:由式4.308确定带轮的结构尺寸:绘制带轮的工作图,,采用实心式结构。,采用孔板式结构。小带轮的结构图大带轮结构图4.6挡销的强度计算:选取直径为了10的销,材料为45号钢,许用剪切应力此挡销均匀分布在半径为R=485mm的圆盘的圆周上,由式根据<<实用金属切削手册>>表2.5得,,表2.6得,,表2.7得,所以,工件所受到的削铣力:=电动机主轴所受到的转矩:假设作用在挡销上的作用力为,根据力矩平衡原理得:作用在挡销上的力矩弯曲正应力<[]弯曲时的切应力:<4.7轴的设计计算与强度校核:1、计算轴上转矩和齿轮作用力

轴传递的转矩：

2、选择轴的材料和热处理方式

选择轴的材料为45钢，经调质处理,其机械性能由表7-1查得：

＝650MPa，=360MPa，=300MPa，＝155MPa；

查表7-3得，＝60MPa。3、初算轴的最小轴径

由表7-2，选=110

则轴的最小直径为：4、初选轴承

选用滚动轴承。根据工作要求及输入端的直径(为42mm)，由轴承产品目录中选取型号为6207的滚动轴承，其尺寸（内径×外径×宽度）为d×D×b=35×72×175、轴的结构设计(1)拟定轴上零件的装配方案

据轴上零件定位、加工要求以及不同的零件装配方案，参考轴的结构设计的基本要求，得出如图所示结构。

轴的结构设计(2)确定轴的各段直径

故轴段6的直径即为相配合的半联轴器的直径，取为45mm。

联轴器是靠轴段5的轴肩来进行轴向定位的，为了保证定位可靠，轴段5要比轴段6的直径大5～10mm，取轴段5的直径为52mm。

轴段1和轴段4均是放置滚动轴承的，所以直径与滚动轴承内圈直径一样，为55mm。

考虑拆卸的方便，轴段3的直径只要比轴段4的直径大1～2mm就行了，这里取为58mm。

轴段2是一轴环，右侧用来定位齿轮，左侧用来定位滚动轴承，查滚动轴承的手册，可得该型号的滚动轴承内圈安装尺寸最小为64mm，同时轴环的直径还要满足比轴段3的直径(为58mm)大5～10mm的要求，故这段直径最终取为66mm。(3)确定轴的各段长度

轴段6的长度比半联轴器的毂孔长度要(为84mm)短2～3mm，这样可保证轴端挡圈只压在半联轴器上而不压在轴的端面上，故该段轴长取为82mm。

同理，轴段3的长度要比齿轮的轮毂宽度(为100mm)短2～3mm，故该段轴长取为98mm。

轴段1的长度即为滚动轴承的宽度，查手册为21mm。

轴环2宽度取为18mm。

轴承端盖的总宽度为20mm（由减速器及轴承端盖的结构设计而定）。根据轴承端盖的装拆及便于对轴承添加润滑脂的要求，取端盖的外端面与半联轴器右端面间的距离l=25mm，故取轴段5的长度为45mm。

取齿轮距箱体内壁之距离为10mm，考虑到箱体的铸造误差，在确定滚动轴承位置时，应距箱体内壁一段距离，取5mm。已知滚动轴承宽度为21mm，齿轮轮毂长为100mm,则轴段4的长度为：10＋5＋(100-98)+21=38mm(4)轴上零件的周向定位

齿轮、半联轴器与轴的周向定位均采用平键联接。对于齿轮，由手册查得平键的截面尺寸宽×高=16×10(GB1095-79)，键槽用键槽铣刀加工，长为80mm(标准键长见GB1096-79),同时为了保证齿轮轮毂与轴的配合为H7/n6；同样，半联轴器与轴的联接，选用平键为14×9×63，半联轴器与轴的配合为H7/k6。滚动轴承与轴的周向定位是借过渡配合来保证的，此处选轴的直径尺寸公差为k6。(5)确定轴上圆角和倒角尺寸。

取轴端倒角为2×45°7、按弯扭合成校核(1)画受力简图(如图7-21)

画轴空间受力简图c，将轴上作用力分解为垂直面受力图d和水平受力图e。分别求出垂直面上的支反力和水平面上支反力。对于零件作用于轴上的分布载荷或转矩(因轴上零件如齿轮、联轴器等均有宽度)可当作集中力作用于轴上零件的宽度中点。对于支反力的位置，随轴承类型和布置方式不同而异，一般可按图7-21取定，其中a值参见滚动轴承样本，跨距较大时可近似认为支反力位于轴承宽度的中点。(2)计算作用于轴上的支反力

水平面内支反力

N

垂直面内支反力

N

N(3)计算轴的弯矩，并画弯、转矩图

分别作出垂直面和水平面上的弯矩图f、g，并按计算合成弯矩。

画转矩图h。(4)计算并画当量弯矩图

转矩按脉动循环变化计算,取,则

N.mm(5)校核轴的强度

一般而言，轴的强度是否满足要求只需对危险截面进行校核即可，而轴的危险截面多发生在当量弯矩最大或当量弯矩较大且轴的直径较小处。根据轴的结构尺寸和当量弯矩图可知，a-a截面处弯矩最大,且截面尺寸也非最大,属于危险截面；b-b截面处当量弯矩不大但轴径较小，也属于危险截面。而对于c-c、d-d截面尺寸，仅受纯转矩作用，虽d-d截面尺寸最小，但由于轴最小直径是按扭转强度较为宽裕地确定的，故强度肯定满足，无需校核弯扭合成强度。

a-a截面处当量弯矩为：

N.mm

b-b截面处当量弯矩为

N.mm

强度校核:考虑键槽的影响，查附表7-8计算，

MPa

MPa

显然：

，

故安全。8、按安全系数校核一般用途的轴按前述弯扭合成强度校核后就足够了，对于重要的轴可直接用下述的安全系数法校核。这两种方法不必同时进行。(1)判断危险截面

截面a-a、b-b、c-c、d-d和e-e都有应力集中源(键槽、齿轮和轴的配合、过渡圆角等)，且当量弯矩均较大，故确定为危险截面，下面仅以a-a截面为例进行安全系数校核。(2)疲劳强度校核

a、a-a截面上的应力：

弯曲应力幅（对称循环）：MPa

扭剪应力幅（脉动循环）：MPa

弯曲平均应力：=0

扭剪平均应力：==7.92MPab、材料的疲劳极限：根据＝650MPa，＝360MPa查表7-1附注得：

＝0.2，＝0.1c、a-a截面应力集中系数：查附表7-1得：

＝1.825，＝1.625d、表面状态系数及尺寸系数：查附表7-5、HYPERL