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主轴箱设计 CW61100E 卧式 车床 传动系统 结构设计 主轴 设计 CAD 图纸 说明书

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毕业设计（论文）中期报告题目：卧式车床主传动系统的结构设计系 别专 业班 级姓 名学 号导 师 1.设计（论文）进展状况本设计已经完成以下内容：（1）对于在开题答辩中，老师对我的主传动系统的设计方案和整体结构，开题报告中提出的相关问题，我修改了部分设计，并通过了指导老师的检查；完善了开题报告的内容和格式。（2）根据结构布置的相关规定、规范和原则，确定该主传动系统的设计方案和整体结构，完成了总体设计。（3）完成了传动部分的计算。1.1机床的主参数如表1所示：床身最大回转直径1000mm最小加工工件直径100mm顶尖间最大工件长度1500-16000mm刀架上最大回转直径630mm顶尖间最大工件重量6000kg 表11.2主运动参数:据机床设计手册典型加工条件，当工件直径为8001000mm时，极限切削速度 取100m/s。最小切削速度 按典型加工的两种情况取不同的数值: 高速钢车刀精车丝杠=1.5m/s; 高速钢车刀低速车削盘类零件，=8m/s 。主轴转速确定:由以上典型加工条件, 确定本机床主要加工直径范围为100600mm。主轴转速与切削速度的关系: , v 为切削速度式中的 或，不是该机床可能加工的最小或最大直径，而是机床全部工艺范围内可以用最大切削速度来加工时的最小工件直径和用最小切削速度来加工时的最大工件直径, 这样才能得出合理的极限转速值。 取主轴最低转速： 取 变速范围，符合普通车床Rn 为40200 的变速范围, 且Rn 值较大, 表明本机床有良好的加工工艺性能。1.3切削力的计算由于切削过程的复杂性，并且影响它的因素又多，因此目前尚未导出简便计算进给力、径向力、切削力 的理论公式，一般都是通过大量实验，由测力仪得到切削力后进行数据处理，建立经验公式。在建立经验公式时，大多数都是将背吃刀量、进给量及切削速度这三个主要因素作为可变因素，而其它影响因素则用修正系数间接计算，从而得出、 三个分力的计算公式:=PafkfvrkvFzkrFzkaFzkvbFzkhFzkuFzkbr1Fz=PfkfFykvFykrFykaFykvbFykhFykuFykbr1Fy=PfkfFxkvFxkrFxkaFxkvbFxkhFxkuFxkbr1Fx式中及下列各参数均是以实验条件得出, 切削深度、进给量、切削速度以实验条件中最大值计算, 而不是本机床实际所加工最大允许量, 详见机床设计手册:P单位切削力 ( kgf /mm2) , 取 P=210kgf /mm2;切削深度, 15mm, 取 p=5mm;F进给量, 0.10.5mm/r, 取 f=0.5mm/r;v切削速度, 90105m/min, 取 v=105m/min。以上取值及各修正系数源于机床设计手册。经计算：=586.3kgf据手册，=0.350.5，取=0.43=0.350.5，取=0.43则=252kgf; =252kgf总切削F=+=1090.5kgf=10697.8N机床切削总功率: V/1000=10697.8105 /(601000)=18.7kW按上面所列式求得切削功率后, 还需考虑机床的传动效率, 机床的电机功率为Pc/m, 式中m 为机床的传动效率, 一般取为0.750.85, 取0.85 计算, 计算得=22kW。查机械设计课程设计指导书P178可得，选择电动机型号为Y200L2-6，满载时，其转速为970r/min。2.存在问题及解决措施存在的问题：在选择变速组中方案，拟定转速图中还有所欠缺，在本设计里选用了一部分非标准件，在综合考虑结构和经济等方面还是有所欠缺。我会认真的参考资料积极地和同学讨论，向老师请教。还有就是绘图时不能完全按照设计计算结果画出相一致的图。 解决措施：继续完善设计方案，从图中改进，优化设计，以求更加精确。3.后期工作安排对传动系统的结构进行优化改进，改进中期设计中存在的缺点，如合理地分配各传动副的传动比，采用合理的齿轮块结构。第6-7周：初步完成传动系统的结构设计和外文翻译；准备中期检查报告，并进行中期答辩；第8-15周：完成主传动系统的总体设计，完成装配图及零件图；第16-18周：完成论文撰写，准备答辩。 指导教师签字： 年 月 日 毕业设计（论文）任务书院（系） 专业 班 姓名 学号 1.毕业设计（论文）题目： 卧式车床主传动系统的结构设计 2.题目背景和意义： 现代卧式车床主传动系统设计不但要满足动力参数和运动参数的要求，还要尽量设计出结构简单、工艺性好、工作平稳的传动系统。天水星火机床有限责任公司生产的CW61100E型卧式车床是国内该系列的代表性产品,其结构和功能都已经比较完善。但是随着科学技术的迅猛发展,产品在某些功能方面已经不能适应市场的需求，因此对其进行改进势在必行。3.设计(论文)的主要内容（理工科含技术指标）： （1）针对CW61100E型卧式车床主传动系统的要求，分析其功能和原理，设计其主传动系统，并进行相应的计算和分析； （2）绘制该传动系统的装配图和关键零部件图。 4.设计的基本要求及进度安排（含起始时间、设计地点）： （1）13周：调研并收集资料；（2）36周：确定该主传动系统的设计方案和整体结构；（3）711周：完成该主传动系统的结构设计计算；（4）1215周：完成该主传动系统的装配图（5）16-18周：完成论文撰写，准备答辩。 5.毕业设计（论文）的工作量要求 毕业设计论文一篇，不少于10000字； 实验（时数）*或实习（天数）： 2周 图纸（幅面和张数）*： 机构装配图，A0图纸（折合）2张； 其他要求： 外文翻译不少于1000字，参考文献不少于15篇。 指导教师签名： 年 月 日 学生签名： 年 月 日 系（教研室）主任审批： 年 月 日说明：1本表一式二份，一份由学生装订入附件册，一份教师自留。毕I-22 带*项可根据学科特点选填。 外文翻译新工具使新机器设计最优当加工铝时，我们主要关心的是：铝粘住加工切削边缘的倾向；保证有好的碎片排屑形成切削边缘；和保证工具有足够的中心强度来承受切削力而不被破坏。技术发展，比如：Makino MAG系列，已经使工具商重新考虑任何工艺水平的机器技术。用正确的加工和编程思路是很重要的。 材料，涂料和几何形状是与减小我们所关注问题相关系的工具设计的三个因素。如果这些因素不能一起很好的配合，成功的调整磨削是不可能的。为了成功进行高速铝加工，理解这三个因素是很必要的。使组合边缘最小化当加工铝时，一个失败的切削工具模式是，被加工的材料粘住工具切削边缘。这种情况会很快削弱工具的切削能力。由粘着的铝形成的组合边缘会导致工具变钝，以至不能切削材料。工具材料选择和工具涂料选择是被工具设计者用来减小组合边缘出现的主要工艺。亚微米微粒碳化物材料要求很高的钴浓度来获得良好的微粒结构和材料强度属性。随着温度的升高，钴与铝发生反应，钴使铝与暴露的工具材料碳化物相粘合。一旦铝开始粘住工具，铝会在快速的在工具上形成组合边缘，使工具不可用。在切削的进程中，减小铝粘合着的工具的暴露碳化物的秘诀就是找到正确的碳化物的平衡来提供足够的材料强度。在加工铝时，为了减小粘附，使用能提供足够硬度的纹理粗糙的碳化物来获得平衡，来使变钝变慢。工具涂料当尝试减小组合边缘时，第二个应该考虑的工具设计因素是工具涂料。工具涂料的选择包括：TiN, TiAIN, AITiN，铬氮化物，锆氮化物，钻石和钻石般的涂料（DLC）。拥有这么多的选择，航空航天磨削商店需要知道在铝的高速加工应用中哪一种工作最有效。TiN, TiCN, TiAIN, 和 AITiN工具的PVD涂装应用进程使这些选项不合适铝的应用。PVD涂装进程建立了两个使铝粘住工具的模式-表面的粗糙程度和铝与工具涂料之间的化学反应。PVD进程形成了一个表面，这表面是比底层材料更粗糙的。由这个进程形成的表面“凹凸”使工具中的铝在凹处快速集结。由于涂料有金属晶体和铁晶体特征，PVD涂料是可以和铝发生化学反应的。一种TiAIN涂料通常是包含铝的，这铝很容易和相同材料的切削表面粘合。表面粗糙度和化学反应特性将会导致工具和工作片体粘在一起，以致形成组合表面。 OSG Tap and Die主导的试验中，人们发现在高速加工铝时，一个没有涂染过纹理粗糙的碳化物的工具的表面优于用TiN, Ticn, TiAIN, 或者ALTiN涂染过的工具。这个试验不意味着所有工具涂料将减小工具的表现。钻石和DLC涂料可生成一个非常光滑的化学惰性的表面。在切削铝材料时，这些涂料很认为是能非常有效的提高工具的寿命。 钻石涂料被认为是表现最佳的涂料，但这种涂料要一个很可观的成本。对于表现价值，DLC涂料提供最佳成本，增加大约20%-25%的总工具成本，而寿命相对于未涂染过纹理粗糙的碳化物的工具来是，是增长得很明显的。几何形状 高速铝加工工具设计的拇指定律就是使微粒排屑空间最大化。这是因为铝是一种非常柔软的材料。Federate通常是可以增长的，它生成更多更大的微粒。 Makino MAG-Series航空航天磨削机器，比如MAG4,要求额外关注工具几何休和工具强度。拥有强大的80-hp的心轴的 MAG-Series机器将折断工具如果他们不是用足够的中心强度设计的。 总的来说，锋利的切削边缘一直都可以用来避免铝的延伸。一个锋利的切削边缘将形成高剪切和高表面清洁，形成一个更好的表面和使表面振动最小化。结果是用优良的纹理碳化物材料比纹理粗糙的碳化物材料更有可能获得一个锋利的切削边缘。但由于铝能粘住纹理好的材料，长久保持这各边缘是不太可能的。粗略的折衷方案 纹理粗糙的材料是最好的折衷。那是一种很强大的材料，它能拥有一个可观的切削边缘。试验结果表明；在获得长的工具寿命的同时拥有好的表面的可以的。通过工具来进行油雾冷却是可以改进切削边缘的保持的。雾化逐渐使工具冷却，消除温度急增的问题。 螺旋角度是一个额外的工具几何考虑因素。传统上来说，当加工铝时，带有高螺旋角度的工具已经被运用。高螺旋角度可以使微粒更快地从部分脱离，但却增加力和热，这是由切削运动导致的。一个高螺旋角被用在工具上，并且很大数量的凹槽可以使微粒排泄。 当以非常高的速度加工铝时，由增加的力形成的热量可能会引起微粒与工具焊接在一起。此外，一个有很高螺旋角的切削表面将比低角度的更快产生微粒。仅仅利用两个凹槽工具设计使低螺旋角和足够微粒排泄区域成为可能。由OSG主导的延伸性试验中，当发展新工具流水线时，这被证明是最成功的方法。New tools maximize new machine designsThe primary tooling concerns when machining aluminum are: minimizing the tendency of aluminum to stick to the tool cutting edges; ensuring there is good chip evacuation form the cutting edge; and ensuring the core strength of the tools is sufficient to withstand the cutting forces without breaking.Technological developments such as the Makino MAG-Series machines have made tooling vendors rethink the any state-of-the-art machine technology. It is vital to apply the right tooling and programming concepts.Materials coatings and geometry are the three elements in tool design that interrelate to minimize these concerns. If these three elements do not work together, successful high-speed milling is not possible. It is imperative to understand all three of these elements in order to be successful in the high-speed machining of aluminum.Minimize Built-Up EdgeWhen machining aluminum, one of the major failure modes of cutting tools the material being machined adheres to the tool cutting edge. This condition rapidly degrades the cutting ability of the tool. The built-up edge that is generated by the adhering aluminum dulls the tool so it can no longer cut through the material. Tool material selection and tool coating selection are the two primary techniques used by tool designers to reduce occurrence of the built-up edge.The sub-micron grain carbide material requires a high cobalt concentration to achieve the fine grain structure and the materials strength properties. Cobalt reacts with aluminum at elevated temperatures, which causes the aluminum to chemically bond to the exposed cobalt of the tool material. Once the aluminum starts to adhere to the tool, it quickly forms a built-up edge on the tool rendering it ineffective.The secret is to find the right balance of cobalt to provide adequate material strength, while minimizing the exposed cobalt in the tools for aluminum adherence during the cutting process. This balance is achieved using coarse-grained carbide that provides a tool of sufficient hardness so as to not dull quickly when machining aluminum while minimizing adherence.Tool coatingsThe second tool design element that must be considered when trying to minimize the built-up edge is the tool coating. Tool coating choices include TiN, TiAIN, AITiN, chrome nitrides, zirconium nitrides, diamond, and diamond-like coatings(DLC). With so many choices, aerospace milling shops need to know which one works best in an aluminum high-speed machining application.The Physical Vapor Deposition (PVD) coating application process on TiN, TiCN, TiAIN, and AITiN tools makes them unsuitable for an aluminum application. The PVD coating process creates two modes for aluminum to bond to the toolsthe surface roughness and the chemical reactivity between the aluminum and the tool coating.The PVD process results in surface that is rougher that the substrate material to which it is applied. The surface”peaks and valleys” created by this process causes aluminum to rapidly collect in the valleys on the tool. In addition, the PVD coating is chemically reactive to the aluminum due to its metallic crystal and ionic crystal features. A TiAIN coating actually contains aluminum, which easily bonds with a cutting surface of the same material. The surface roughness and chemical reactivity attributes will cause the tool and work piece to stick together, thus creating the built-up edge.In testing performed by OSG Tap and Die, it was discovered that when machining aluminum at very high speeds, the performance of an uncoated coarse-grained carbide tool was superior to that of one coated with TiN, Ticn, TiAIN, or ALTiN. This testing does not mean that all tool coatings will reduce the tool performance. The diamond and DLC coatings result in a very smooth chemically inert surface. These coatings have been found to significantly improve tool life when cutting aluminum materials.The diamond coatings were found to be the best performing coatings, but there is a considerable cost related to this type of coating. The DLC coatings provide the best cost for performance value, adding about 20%-25%to the total tool cost. But, this coating extends the tool life significantly as compared to an uncoated coarse-grained carbide tool.GeometryThe rule of thumb for high-speed aluminum machining tooling designs is to maximize space for chip evacuation. This is because aluminum is a very soft material, and the federate is usually increased which creates more and bigger chips.The Makino MAG-Series aerospace milling machines, such as the MAG4, require an additional consideration for tool geometry-tool strength. The MAG-Series machines with their powerful 80-hp spindles will snap the tools if they are not designed with sufficient core strength.In general, sharp cutting edges should always be used to avoid aluminum elongation. A sharp cutting edge will create high shearing and also high surface clearance, creating a better surface finish and finish and minimizing chatter or surface vibration. The issue is that it is possible to achieve a sharper cutting edge with the fine-grained carbide material than the coarse grained material. But due to aluminum adherence to the fine-grained material, it is not possible to maintain that edge for very long.Coarse compromiseThe coarse grained material appears to be the best compromise. It is a strong material that can have a reasonable cutting edge. Test results show it is able to achieve a very long tool life with good surface finish. The maintenance of the cutting edge is improved using an oil mist coolant through the tool. Misting gradually cools down the tools, eliminating thermal shock problems.The helix angle is an additional tool geometry consideration. Traditionally when machining aluminum a fool with a high helix angle has been used. A high helix angle lifts the chip away from the part more quickly, but increases the friction and heat generated as result of the cutting action. A high helix angle is typically used on a tool with a higher number of flutes to quickly evacuate the chip from the part.When machining aluminum at very high speeds the heat created by the increased friction may cause the chips to weld to the tool. In addition, a cutting surface with a high helix angle will chip more rapidly that a tool with a low helix angle. A tool design that utilizes only two flutes enables both a low helix angle and sufficient chip evacuation area. This is the approach that has proven to be the most successful in extensive testing performed by OSG when developing the new tooling line, the MAX AL. 毕业设计(论文)开题报告题目：卧式车床主传动系统的结构设计系 别专 业班 级姓 名学 号导 师- 7 -1.毕业设计（论文）综述（题目背景、研究意义及国内外相关研究情况）1.1题目背景、研究意义现代卧式车床主传动系统设计不但要满足动力参数和运动参数的要求，还要尽量设计出结构简单、工艺性好、工作平稳的传动系统。天水星火机床有限责任公司生产的CW61100E型卧式车床是国内该系列的代表性产品，其结构和功能都已经比较完善。但是随着科学技术的迅猛发展，产品在某些功能方面已经不能适应市场的需求，因此对其进行改进势在必行。1 1.2国内外相关研究情况1.2.1国内外数控机床现状：近年来我国企业的数控机床占有率逐年上升，在大中企业已有较多的使用，在中小企业甚至个体企业中也普遍开始使用。在这些数控机床中，除少量机床以FMS模式集成使用外，大都处于单机运行状态，并且相当部分处于使用效率不高，管理方式落后的状态。2 与国外的数控机床相比，我国数控机床还存在以下几方面的问题：产品质量、可靠性及服务等能力不强。国产机床在质量、交货期和服务等方面与国外著名品牌相比存在较大的差距。在质量方面，国产数控系统的可靠性指标MTBF与国际先进数控系统相差较大。国产数控车床、加工中心的MTBF与国际上先进水平也有较大差距。自主创新能力不足。长期以来，我国机床制造业的基础、共性技术研究工作主要在行业性的研究院所进行。能力薄弱，技术创新投入不足，引进消化吸收能力差，低水平生产能力过剩，自主创新能力不高，缺乏优秀技术人才。虽然国产数控机床制造商通过技术引进、海内外并购重组以及国外采购等获得了一些先进数控技术，但缺乏对基础共性技术的研究，忽视了自主开发能力的培育，企业的市场响应速度慢。 功能部件发展滞后。机床是由各种功能部件（主轴单元及主轴头、滚珠丝杠副、回转工作台和数控伺服系统等）在床身、立柱等基础机架上集装而成的，功能部件是数控机床的重要组成部分。数控机床整体技术与数控机床功能部件的发展是相互依赖、共同发展的，所以功能部件的创新也深深地影响着数控机床的发展。我国数控机床功能部件已有一定规模，电主轴、主轴单元、数控系统等也有专门的制造厂家，其中个别产品的制造水平接近国际先进水平。但整体上，我国机床功能部件发展缓慢、品种少、产业化程度低，精度指标和性能指标的综合情况还不过硬。目前，滚珠丝杠、数控刀架、电主轴等功能部件仅能满足中低档数控机床的配套需要。衡量数控机床水平的高档数控系统、高速精密电主轴、高速滚动功能部件等还依赖进口。3 1.2.2数控机床发展趋势：高速、精密、复合、智能和绿色是数控机床技术发展的总趋势。4主要表现在：1. 机床复合技术进一步扩展随着数控机床技术进步，复合加工技术日趋成熟；被更多人接受，复合加工机床发展正呈现多样化的态势。 2.智能化技术有新突破数控机床的智能化技术有新的突破，在数控系统的性能上得到了较多体现。3.机器人使柔性化组合效率更高机器人与主机的柔性化组合得到广泛应用，使得柔性线更加灵活、功能进一步扩展、柔性线进一步缩短、效率更高。4.精密加工技术已从原来的丝级（0.01mm）提升到目前的微米级（0.001mm），有些品种已达到0.05m左右；从这些事实技术可以看出整个机加工进入亚微米、纳米级超精加工时代。5.功能部件性能不断提高功能部件不断向高速度、高精度、大功率和智能化方向发展，并取得成熟的应用。52.本课题研究的主要内容和拟采用的研究方案、研究方法或措施2.1本课题研究的主要内容（1）针对CW61100E型卧式车床主传动系统的要求，分析其功能和原理，设计其主传动系统，并进行相应的计算和分析； （2）绘制该传动系统的装配图和关键零部件图。2.2研究方案机床的主传动系统用于实现机床的主运动，在机床传动中实现主运动变速的方法有电气传动和液压传动的变速运动，还有机械变速等多种形式。机械传动在机械工程中应用非常广泛，主要是指利用机械方式传递动力和运动的传递。图1所示为机械传动形式。 图 1 机械传动形式1-交流电动机；2-变速机构；3-主轴 机械传动主要由以下几部分组成: (l)定比传动机构:具有固定传动比或固定传动关系的传功机构，如带传动、齿轮传动、蜗杆传动、齿轮齿条传动、螺杆传动。 (2)变速机构：改变机床部件运动的机构。如滑动齿轮变速机构、离合器式齿轮变速机构等。 (3)换向机构：变换机床部件运动方向的机构。为了满足加工的不同需要(例如车螺纹时刀具的进给和返回，车右旋螺纹和左旋螺纹等)。机床的主传动部件和进给传动部件往往需要正、反向的运动。可以直接利用电动机反转，也可以利用齿轮换向机构等。 (4)操纵机构：用来实现机床运动部件变速、换向、启动、停止、制动及调整的机构。常见的操纵机构包括乎柄、手轮、杠杆、凸轮、齿轮齿条、拨叉、滑块及按钮等。 (5)箱体及其他装置箱体用以支承和连接各机构，并保证它们相互位置的精度。为了保证传动机构的正常工作，还要设有开停装置、制动装置、润滑与密封装置等。 液压传动是以液体作为工作介质来进行能量传递的一种传动形式，它通过能量转换装置（液压泵），将原动机（电动机）的机械能转变为液体的压力能，然后通过封闭管道、控制元件等，由另一能量装置（液压缸、液压马达）将液体的压力能转变为机械能，以驱动负载和实现执行机构所需的直线或旋转运动。图2所示为液压传动形式。图 2 液压传动形式1-交流电动机；2-油泵；3-油箱；4-液压控制装置；5-液动机；6-主轴 液压传动主要由以下几部分组成: (1)动力元件油泵。其作用是将电动机输入的机械能转换为液体的压力能，是能量转换装置(能源)。 (2)执行机构油缸或油马达。其作用是把油泵输人的液体压力能转变为工作部件的机械能.它也是一种能量转换装置(液动机)。 (3)控制元件各种阀。其作用是控制和调节油液的压力、流量(速度)及流动方向。 (4)辅助装置油箱、油管、滤油器、压力表等。其作用是创造必要的条件，以保证液压系统正常工作。(5)工作介质矿物油。它是传递能量的介质。 机械传动与液压传动相比较，其主要优点如下: (l)传动比准确，适用于定比传动; (2)实现回转运动的结构简单。能传递较大的扭矩; (3)故障容易发现，便于维修。 因此，机械传动主要用于速度不太高的有级变速传动中。根据CW61100E卧式机床的要求，选择机械传动方式。传动简图如图3所示。 图 3 传动简图1-交流电动机；2-带传动；3-齿轮变速机构； I、II、III-传动轴；IV-主轴机床的动力由交流电动机提供，经过V带传动至变速箱内，箱内变速机构由多根传动轴及多组齿轮副组成，动力经过变速机构传递至主轴输出。2.3研究方法与措施1.参数拟定：根据机床类型，规格和其他特点，了解典型工艺的切削用量，结合世界条件和情况，并与同类机床对比分析后确定：极限转速和，公比（或级数Z），主传动电机功率N。2.传动设计：根据拟定的参数，通过结构网和转速图的分析，确定转动结构方案和转动系统图，计算各转动副的传动比及齿轮的齿数，并验算主轴的转速误差。3.动力计算和结构草图设计：估算齿输模数m和直径d，选择和计算反向离合器，制动器。将各传动件及其它零件在展开图和剖面图上做初步的安排，布置和设计。4.轴和轴承的验算：在结构草图的基础上，对一根传动轴的刚度和该轴系的轴承的寿命进行验算。5.主轴变速箱装配设计：主轴变速箱装配图是以结构草图为“底稿”，进行设计和会制的。图上各零件要表达清楚，并标注尺寸和配合。3.本课题研究的重点及难点，前期已开展工作。3.1的难点与重点在进行主传动系统设计时需要对各主要技术参数和特性参数较高、低档减速比、主轴额定转