ZMX粉碎机下机体支承面铣床及卡具设计

洛阳理工学院专科毕业设计（论文） 题 目 ZMX粉碎机下机体支承面专用铣床设计 学生姓名 专业班级 学 号 所 在 系 机械工程系 指导老师 完成时间 年 月 日 目 录中文摘要 英文摘要 1.总体方案的设计 111下机体零件在锤片式饲料粉碎机中的作用和地位 112工艺分析 113总体布局方案的分析与确定 42.主要参数的确定 621切割用量的选用 622参数确定与计算 723电机功率的确定 824主传动系统运动参数的确定 103.加工示意图的绘制 1131机床的工艺方法 1132机床的工作进给长度 1133机床的切削用量 124. 机床生产率计算卡的编制 1341工作定额计算 135. 机床主传动系统的设计 1451主运动链转速图的拟定 1452齿轮齿数的确定 1653主传动系统图的确定 1754主轴箱的设计 186. 机床总装配图的设计 187. 工作台运动的设计 1971蜗轮，蜗杆的设计 1972精度等级公差和表面粗糙度的确定 2173导轨的设计 228.主轴零件图的设计 2381轴的用途及分类 2382轴设计的主要内容 2383轴的材料 2384轴上零件的定位 2485轴的结构工艺性 259.主轴箱部件装配图设计 2510.致谢2611.参考文献2712.附录(英汉文献)28ZMX粉碎机下机体支承面专用铣床设计内容摘要1.1 本设备的主要作用 金属切削机床是用切削的方法将金属毛坯加工成机器零件的机器，它是制造机器的机器。该设备即粉碎机下机体专用铣床，是一台为铣削下机体的支承面和两侧面而专门设计的龙门架构式铣床。其主要作用是进行两支承面和侧面铣削，提高两支承表面的平行度和切削速度。作为专用铣床的同时，也可以完成其他形式表面的铣削加工，具有一定的通用性。1.2本设计的现实意义本课题属于实际生产型的专用机床类的设计课题。题目来源于实际生产制造。工厂迫切需要改变现有的生产条件，进行提高生产效率、改善产品质量方面的技术改造，以达到年产12000台的生产水平。下机体支承面专用铣床的设计就是工厂技术改造的重点项目之一。用“以铣代刨”的制造工艺，可明显提高粉碎机的质量和生产效率，使产品合格率上升，在市场上具有较强的竞争能力，从而增加企业的综合经济效益。所以，企业必须设计一台专用铣床来适应企业的发展。这样，对企业的生产率、产品质量也有了更高的要求。本企业为了适应科学技术的发展，在激烈竞争中有立足之地必须改进生产技术。所以，企业需要设计一台更高效、高质量的加工本零件的机床。1.3本设计的目的通过毕业设计教学过程，培养学生树立正确的设计思想和拿捏现代设计方法，使同学们能够综合运用多学科的理论、知识与技能，解决具有一定复杂程度的工程实际问题，并培养学生勇于实践、勇于探索和开拓创新的精神。另外毕业设计还是衡量高等学校教育质量和办学效益的重要评价内容。 关键字：专用铣床; 粉碎机下机体 ;龙门式铣床; 支承面铣削 ZMX crusher under special body bearing surface milling machine designAbstract 1.1 equipment major role Metal-cutting machine tools is the method of cutting metal blank increase the machine parts into the machine, which is manufactured machinery of machinery. The mill equipment that is under the body of Miller, Taiwan is one of the milling under the body of the bearing surface and the surface on both sides specially designed gantry-type milling machine structure. Its main role is to carry out two for surface and profile milling, raising two parallel for the degree of surface and cutting speed. As special milling machine, but also other forms to be completed surface milling, have some commonality. 1.2 Design of the practical significance of this issue The actual production of an exclusive category of machine design issues. Subject from the factory is an urgent need to change the existing production conditions, enhancing production efficiency and improve product quality in the technology, in order to achieve an annual output of 12,000 Taiwan production levels. Body bearing surface milling machine dedicated factory design is the technological transformation of one of the key projects. Milling-generation gear to manufacturing technology, can significantly improve the mills production quality and efficiency, so that the rate of qualified products increase in the market with strong competition, thereby increasing the overall economic efficiency of enterprises. Therefore, enterprises must design a special milling machine to adapt to the development of enterprises. Thus, the productivity of enterprises and the quality of products now have higher requirements. The enterprise in order to adapt to the development of science and technology, in the fierce competition gives way to the need to improve production technology. Therefore, enterprises need to design a more efficient, and high-quality processing of the components of the machine. 1.3 The purpose of the designThrough the process of teaching graduate design, to cultivate the students with the right design and method of making modern design, enable students to the integrated use of multidisciplinary theory, knowledge and skills, and solve certain complex engineering problems, and to develop students to practice the courage to explore and develop the spirit of innovation. Another graduate design or measure the quality of higher education and management efficiency as an important evaluation. Keywords : special milling machine ; broken body under the machine ; gantry milling machine ; bearing surface .1.总体方案设计 根据设计任务书的要求，首先需要认真研究被加工零件图，并通过毕业实习和调查研究，了解市场和用户对该设备的设计要求，以及对新设计设备进行功能分析。图1 为粉碎机下机体支承面专用铣床的被加工零件图。1.1下机体零件在锤片式饲料粉碎机中的作用和地位锤片式饲料粉碎机由上、下机体构成，箱体内有携带多个筛片的主轴和呈半圆形的筛网，下机体在粉碎机中主要起支承作用。支承面A、B分别安装两轴承座，电动机为主轴提供固定转速，使主轴多个可径向摆动的锤片在高旋转中将筛网中的饲料打碎，粉碎后的饲料通过筛网上小空漏到箱底，同时由筛片旋转造成真空，将箱底饲料吸至出料口，即完成粉碎饲料的功能要求。由此可见下机体支承面A、B对低平面的等高性偏差，以及支承面间的位置度偏差，将影响轴承的使用寿命，还会使粉碎机下体内壁与筛片底部的间隙不均，直接影响粉碎机的工作效率，因此在工艺上如何保证支承面的加工精度和相应技术要求，对提高整机的使用性能，具有重要的实际意义。1.2工艺分析1.2.1定位基准的选择 a粗基准的选择：取下机体的侧面为加工底面时的粗基准。由于考 图 1虑到下机体零件的侧面在铸造是放置在同一砂箱内，浇铸过程中，侧面在下箱，表面平整，铸造质量好。以该侧面为粗基准加工低平面，能保证侧面与底面的垂直度，使粉碎机工作时筛片两侧与下机体内侧的间隙较为均匀。b。 精基准的选择：下机体零件的精基准采用“一面两孔”的定位原理，以底平面和两个17孔为精加工的定位基准。后述工序均采用统一的精基准，故而可减少因基准变换带来的基准不重合误差，另外也有利于零件安装，夹紧也较为方便。1.2.2工艺路线的确定根据先粗后精、先基准后其它表面、先主要表面后次要表面的机械加工工序安排的设计原则，对下机体的工艺路线作如下设计：工序1 粗铣底面工序2 粗铣顶面工序3 精铣底面工序4 钻2-17孔，扩、粗铰、精铰2-17孔工序5 粗铣支承面及两侧表面，精铣支承面工序6 中间检验工序7 铣出料口底面H工序8 镗56孔工序9 镗筛道尺寸至R214mm工序10 钻H底面6-6.7孔工序11 钻支承面孔6-14，钻顶面4-6.7孔、攻螺纹至M8工序12 钻侧面孔15，钻孔6.7，攻螺纹至M8工序13 钻侧面2-13孔、2-15孔，钻6-6.7孔、工螺纹M8工序14 最终检验。其中工序5，粗铣支承面、两侧面及精铣支承面工序，有本设备“ZMX粉碎机下机体支承面专用铣床”完成，因此，本设备的主要功能是完成两轴承座支承表面A、B对基准底面要求，其尺寸精度为3350.07mm，表面粗糙度为Ra6.3um。两侧表面为风口和出料口表面，表面粗糙度为Ra50um，加工精度要求低，因此可在粗铣支承面时同时完成两侧的铣削加工。1.3 总体布局方案的分析与确定为了使新设计的机床设备能达到上述功能目标。可选用下列原理性的总体布局方案来实现功能原理要求。 采用在龙门式专用铣床上设置三个铣削头的总体布局方案（见图2所示）。 图 2该方案中，除了在立柱上安装左、右两侧铣削头外，横梁上只安装一个立铣头。这种方案先用三个铣销头同时分别粗铣C、D两侧表面和A支承面，再由立铣头沿横梁向左快速移动，工作台反向进给粗铣B支承面，在精铣支承座表面时，用调整好的立铣头，精铣B支承面，然后，把立铣头沿横梁向右快速移动到A支承面位置，再反向精铣A 表面，既可完成精铣支承面工步的要求。这种方案具有整机结构刚性高的优点，且由于采用一个立铣头，同时完成A、B支承面的精铣加工，有利于把A、B表面的位置度偏差控制在技术条件允许的范围之内，可提高被加工零件的制造精度，并且比第一方案少一个立铣头，使机床结构简化，但生产率低于第三方案。鉴于本设备的使用和制造单位是小型农机厂，该厂一方面急需对现有设备进行技术改造，同时又受到经费不足，技术改造能力的限制，并且通过调研了解到，该制造厂有一批废旧的液压动力滑台和立柱、横梁、底座等基础件，因此，在满足生产率要求的前提下，采用第四种布局方案，尽量利用已有的基础件，对降低生产制造成本，提高被加工零件加工质量较为有利。2主要技术参数确定2.1 切削用量的选用切削用量的选择原则：选择切削用量主要应根据工件的材料精度要求以及刀具的材料机床的功率和刚度等情况，在保证工序质量的前提下，充分利用刀具的切削性能和机床的功率转矩等特性，获得高生产率和低加工成本。从刀具耐用度角度出发，首先应选定背吃刀量，其次选定进给量f，最后选定切削速度u。粗加工时，加工精度和表面粗糙度要求不高，毛坯余量较大。因此，选择粗加工的切削用量时，要尽量保证较高的金属切除率，以提高生产率；精加工时，加工精度和表面粗糙度要求较高，加工余量小且均匀。因此，选择切削用量时应着重保证加工质量，并在此基础上尽量提高生产率。2.1.1 背吃刀量的选择粗加工时，背吃刀量应根据加工余量和工艺系统刚度来确定。由于粗加工时是以提高产率为主要目标，所以在留出半精加工精加工余量后，应尽量将粗加工余量一次切除。一般可达810mm。当遇到断续切削加工余量太大或不均匀时，则应考虑多次走刀，而此时的背吃刀量应依次递减，即。精加工时，应根据粗加工留下的余量确定背吃刀量，使精加工余量小而均匀。2.1.2 进给量f的选择粗加工时对表面粗糙度要求不高，在工艺系统刚度和强度好的情况下，可以选用大一些的进给量；精加工时，应主要考虑工件表面粗糙度要求，一般表面粗糙度数值越小，进给量也要相应减小。2.1.3 切削速度u的选择切削速度主要应根据工件和刀具的材料来确定。粗加工时，u主要受刀具寿命和机床功率的限制。如超出了机床许用功率，则应适当降低切削速度；精加工时，和选用得都较小，在保证合理刀具寿命的情况下，切削速度应选取的尽可能高，以保证加工精度和表面质量，同时满足生产率的要求。2.2 参数确定与计算切削用量选定后，应根据已选定的机床，将进给量f和切削速度u修定成机床所具有的进给量f和转速n，并计算出实际的切削速度u。工序卡上填写的切削用量应是修定后的进给量f转速n及实际切削速度u。转速n(r/min)的计算公式如下： n=u/d1000式中d刀具（或工件）直径（mm）; U切削速度（m/min）.因此，被加工零件支承面总余量为3mm，其中粗铣余量取2mm，精铣余量取1mm。2.2.1 粗铣支承面工步机床：ZMX粉碎机下机体支承面专用铣床：刀具：硬质合金套式端面铣刀，选用YG6端面铣刀，d=100mm.z=4;铣削面宽度：=55mm；切削深度：=2mm；主轴转速n：切削速度u=1.00m/s2.00m/s，取=1.5m/s，则n=286.6r/min，取n=280r/min，实际切削速度=1.47m/s；进给量f：f=0.2mm/z0.5mm/z，取f=0.4mm/z=1.6mm/r =fzn=448mm/min；铣削力F=9.8154.5az=1114N铣削功率P：P=1.64kw2.2.2 精铣支承面工步可采用上述相同方法计算。得：d=100mm,z=4,a=55mm,a=1mm,n=280r/min,=1.47m/s,f=0.8mm/r,u=224mm/min,P=0.53kw粗铣侧面工步d=100mm,z=4,a=80mm,a=1mm,n=280r/min,u =1.47m/s,f=1.6mm/r,u=448mm/min,P=1.28kw粗铣顶面工序该设备除了加工下机体支承面与两侧表面外，也能对下机体顶面底面等工序进行铣削加工，以便扩大设备的使用范围。粗铣顶面的切削用量取为：d=315mm,z=16,a=227mm,a=3.7mm,u=1.48m/s,f=0.22mm/r,u=316.8mm/min,n=90r/min,P=2.13kw2.3电机功率的确定电动机是常用的原动机,具有结构简单,工作可靠,控制简便和维护容易等优点。电动机的选择主要包括选择其类型和结构型式,容量(功率)和转速,确定具体型号.2.3.1 .类型和结构的选择电动机已经系列化,标准化,在设计时应根据工作载荷(大小,特性和变化情况),工作要求(转速高低,调速要求,起动和反转的频繁程度),工作环境(尘土,油,高温及爆炸气体等)，安装要求及尺寸重量的特殊限制等条件进行选择。工业上广泛应用三相交流电动机，尤以三相鼠笼型异步电动机应用最多，其中Y系列一般用途的全封闭自扇冷鼠笼型异步电动机广泛应用于输送机,搅拌机。本设备选择的就是Y11ZM4型异步电动机为机床主变速箱的驱动电机。2.3.2 确定电动机的功率电动机的功率主要根据工作装置的功率来确定。工作装置的功率根据工作阻力和速度确定，即： P = Fv /1000或 P = T n/9550式中 F 工作装置的阻力，N v 工作装置的线速度，m/s 工作装置的效率 T 工作装置的转矩，Nm n 工作装置的转速，r/min。电动机所需的输出功率： Po = P/其中为由电动机到工作装置的传动装置总效率，可按下式计算 =123n式中1.2.3.n为传动装置中各零部件的效率。 计算传动装置的效率时要注意以下几点： 轴承效率通常指一对轴承而言； 推荐的效率一般有个范围，当工作条件差,加工精度低,维护不良时应取较低值,反之应取较高值。电动机的额定功率应等于或略大于电动机所需的输出功率，以使电动机工作时不会过热，通常按Pm = (1-1.3)Po来确定。2.3.3 电动机转速的确定额定功率相同的电动机有四种同步转速可供选用。电动机的转速越高，则磁极越少，尺寸及重量越小，价格也越低；但电动机的转速较高，也引起传动装置的尺寸和重量增大，使成本增加。铣床主轴箱电机的功率P电，可按下式选取：P电P /式中，为机床总机械效率，对主运动为旋转运动的机床，=0.70.85，取=0.8，P为切削功率。由切削用量计算分析结果可知，铣削功率P在粗精铣支承面。粗铣侧面。粗铣顶面时的最大值为2.13 kw。取P =P,则：P电2.67kw 因此，本设备选用Y11ZM-4型三相异步电动机为机床主变速箱的驱动电机，其额定功率为4kw，电动机转速为1440r/min。2.4主传动系统运动参数的确定2.4.1.主运动参数回转主运动的机床，主运动参数是主轴转速。转速（r/min）与切削速度的关系是：n=1000u/d (a)式中： n转速（r/min）;u切削速度（m/min）;d工件（或刀具）直径（mm）。主运动是直线运动的机床，如插床或刨床，主运动参数是每分钟的往复次数。对于不同的机床，主运动参数的不同要求。专用机床和组合机床是为某一特定工序而设计制造的，每根主轴一般只须有一个转速，根据最有利的切削速度和直径而定，故没有变速要求。通用设计是为适应多种零件加工而设计制造的，主轴需要变速。因此需确定它的变速范围，即最低与最高转速。如果采用分级变速，则还应确定转速级数。2.4.2 最低（）和最高（n）转速的确定根据式（a）可知： =1000u/d： n=1000u/d和的比值是变速范围 R： R= /在确定切削速度时应考虑到多种工艺的需要。切削速度主要与刀具和工件的材料有关。常用的刀具材料有高速钢硬质合金和陶瓷等。工件材料可以是钢铸铁以及铜铝等有色金属。切削速度可通过切削试验查切削用量手册和通过调查得到。在计算时，不是把一切可能出现的u，d代入公式中（对也同理），而是在实际使用的情况下，采用u (或u)是常用的d (或d)值。这样就可以通过计算得到较为合理的和以及变速范围Rn。对于卧式车床，如用D表示床身上的最大回转直径（即其主参数），通常可取最大和最小加工直径d=(0.50.6)D, d=(0.20.25) d;对于摇臂钻床，如用D表示最大钻孔直径（即其主参数），通常可取d=D， d=(0.20.25) d。在确定了和后，如采用分级变速（大多数普通机床），则应进行转速分级；如采用变速电动机进行无级变速（大多数数控和重型机床），有时也需用分级变速机构来扩大其调速范围。分级变速时的主轴转速数列如某机床的分级变速机构工有Z级，其中n=,n=,Z级3加工示意图的绘制图6为ZMX粉碎机下机体支承面专用铣床的加工示意图。图中表示出以下几方面的内容：3.1 机床的工艺方法本机床采用三个铣削头，同时分别对支承面和两侧表面进行铣削加工，其中主轴1用100mmYG6端面铣刀完成对A。B支承面的粗。精铣加工，主轴2。3分别用100mmYG6端铣刀对C。D两侧表面进行粗铣加工。机床工作循环和工作行程3.2 机床的工作进给长度工作进给长度包括切入长度、加工长度和切出长度。本机床取切入长度为10mm，切出长度为3mm。加工长度取决于被加工表面的长度和铣刀直径尺寸。3.3 机床的切削用量由于粗铣支承面A和粗铣两侧面C。D取工步是在工作台工作进给时同时完成，因此，可采用“试凑法”确定该工步选用的进给速度u。结果取 图 3u=448mm/min，切削速度u=88m/min，主轴转速n=280r/min。精铣A。B支承面工步的进给速度u=224mm/min, u=88m/min,n=280m/min。但是该加工示意图的视图数量尚欠不足，除图中所示的侧向视图外，再增加一个主视图就可准确。清楚的表示出工作台的自动工作循环过程。图中还应标出端铣刀的刀盘直径和宽度尺寸。刀夹直径尺寸，及主轴套筒端面至主轴箱端面的距离等联系尺寸。4机床生产率计算卡的编制根据加工示意图选定的工作循环，工作行程长度。切削用量。动力部件的快进及进给速度等，就可以计算机床的生产率。编制生产率计算卡。生产率计算卡能反映机床的加工过程。工作循环中每一动作所需时间。切削用量。以及机床生产率与负荷率等技术指标。4.1工作定额计算粗铣支承面机动工作行程时间：切入行程L1=10mm，切出行程L2=3mm，工作行程：两支承面工作行程L分别为420mm和340mm，故而t=0.97min,t=0.79min.精铣支承面机动工作行程时间 可计算得：t=1.58min,t=1.93min.粗铣侧面机动工作行程时间t=t=0.73min工步五的总工作行程机动时间t由于粗铣侧面的机动工作行程时间重合，因此t=t+t+t+t=5.27min。机动空行程时间t和辅助时间t机动空行程时间包括：工作台快进，快退时间，立铣头横向快进，快退时间，辅助时间包括：工件装入时间，工件定位夹紧，对刀，调速，松开工件，卸下工件等时间。t和t的具体数值见表4.5中所示。单件生产时间t单： t单=( t+ t + t)(1+4.1%)=11.72min式中4.1%为技术服务时间。理想生产率Q： Q=A/t=5.1件/h式中t为年生产小时数。实际生产率Q1： Q1=60 / t单=5.13件/h机床负荷率： =Q/Q1=86%5.机床主运动系统设计本机床的主传动系统采用集中传动布局形式。本传动系统中为了适当扩大设备的工艺范围，在整机结构不作重大改变的情况下，增加n=90r/min的主轴速度，可使该设备能完成铣削下机体顶面和底面等工序的加工要求，有利于提高的利用律。5.1主运动链转速图的拟定根据前面推导的数据，取主轴转速的变速范围：280r/min90r/min；公比为： 变速级数：z=6主轴转速系列：280,224,180,140,112,90,r/min;电动机转速：N=1440r/min5.1.1确定传动组和传动副数 传动组和传动副数可能的方案有： 在上列方案中，第一行的方案可以省掉一根轴。缺点是增加了双联滑移齿轮。使操纵机构复杂，加大了设计的困难程度。第二行的三个方案可根据下列原则比较：从电动机到主轴，一般为降速传动。接近电动机处的零件，转速较高，从而转矩较小，尺寸也较小。如使传动副较多的传动组放在接近电动机处，则可使小尺寸的零件多些，大尺寸的零件少些，就省材料了。这就是“前多后少”的原则。从这个角度考虑，以取的方案为好。5.1.2传动副的极限传动比和传动组的极限变速范围 在降速传动时，为防止被动齿轮的直径过大而使径向尺寸太大，长限制最小传动比。在升速时，为防止产生过大的振动和噪声，长限制最大传动比。因此，主传动链任一传动组的最大变速范围一般为。对于进给传动链，由于转速通常较低，零件尺寸也较小，上述限制可放宽些。在检查传动组的变速范围时，只需检查最后一个扩大组。因为其它传动组的变速范围都比较小。其根据式，应为： 因为上面选的传动副的级比指数是都是1，所以该方案是可行的。 基本组和扩大组的排列顺序的选用原则是选中间的传动轴变速范围最小的方案。因为如果各方案同号传动轴的最高转速相同，则变速范围小的，最低转速较高，转矩较小，传动的尺寸也可以小些。如果没有别的要求，则应尽量使扩大顺序与传动顺序一致。因此上述的方案是可行的。 5.1.3拟定转速图 电动机和主轴的转速是已定的，当选则了结构网或结构式后，就可以分配各传动组的传动比并确定中间轴的转速。在加上定比传动，就可画出转速图。中间轴的转速如果能够高一些，转动件的尺寸也就可以小一些。但是，中间轴如果转速过高，将会引起振动、发热和噪声。通常，希望齿轮的转速不超过1215m/s。对于中型车、钻、铣床，中间轴的最高转速不宜超过电动机的转速。对于小型机床和精密机床，由于功率较小，传动件不大。这时振动、发热、和噪声是应该考虑的主要问题了。因此，要限制中间轴的转速，不使过高。 我们选定的结构式共有三个传动组，变速机构供需4轴。加上电动机共5轴。故转速图需5条竖线，。主轴共6速，电动机转速与主轴的转速相差很大，故需要14根横线。注明主轴的各级转速。电动机轴转速也应在电动机轴上注明。 中间各轴的转速可以从电动机轴开始往后推，也可以从主轴开始往前推。通常，以往前推比较方便。即先决定轴的转速。 传动组C的变速范围为=1.26 随后决定轴的转速。传动组b的级比指数为1，所以传动比。 同理，对轴一，可取： ， ， ， 这样就确定了轴的转速。5.2齿轮齿数的确定 当传动比采用标准公比的整数次方时，齿数和以及小齿轮齿数可以从各种常用传动比的适用齿数表中查的。如上图的传动组a， ， ， ，。查为1,1,1.26,1.58,2和2.5的六行。有数字的即为可能方案。其结果如下： .，59，61，63，65，66，68， ，60，63，66，68，70，72，,，59，61，63，65，66，68，, ，57，59，61，63，65，67，从以上四行中可以挑出， 是适用的。则从表中可查出小齿轮的齿数分别为44，39，34，30，26，22。即 ，。 有时为了满足传动比的要求，可以使同一传动驵内各传动副的齿数和不等，然后采用变位的方法使中心距相等。但各传组的齿数和不能相差太多。5.3主传动系统图的确定以上在A组中推算出的各齿轮的齿数，在本系统中并不采用多联滑移齿轮的形式来实现，因为在同一轴上安装两个三联滑移齿轮的操纵机构必须互锁以防止两个滑移齿轮同时啮合。再就是本机床是为专用机床，被加工零件是固定不变的，因此主轴不需要变速就行，只要把主轴设计成n=280r/min就能完成粗，精铣支承面和粗铣两侧面的工艺要求。本传动系统采用交换齿轮变速机构实现主轴转速从90r/min280r/min的变速要求。交换齿轮不需要增加专门的变换操纵机构，具有结构简单，轴向尺寸小的优点。5.4 主轴箱的设计 主轴箱中有主轴、变速机构，操纵系统和润滑系统等。如果主轴箱与变速机构分离，则除主轴箱外还有变速箱。本机床的变速机构不需要设计，即只需要设计主轴箱的结构。主轴箱除应保证运动参数外，还应具有较高的传动效率，传动件具有足够的强度或刚度，噪音要底，振动要小，操作要方便，具有良好的工艺性，便于检修，成本底，防尘、防漏、外形美观等。5.4.1 主轴箱的构造确定本主轴箱的结构特点是：（1） 铣削头主轴组件的前支承采用两个背对背排列的7211/P5型圆锥滚子轴承结构，后支承为32209/P6型单列向心圆柱滚子轴承。这种结构形式的支承刚度好，结构简单，调整方便，能满足普通级精度的加工要求。（2） 铣刀铣削平面轴向位置的调整时通过转动手柄，经一对螺旋圆柱齿轮，使小齿轮转动，再经主轴滑套上的齿条，带动主轴套筒移动，实现刀盘位置的轴向调整。（3） 由于铣削头主轴既要高速旋转，又要作轴向调整运动，因此主轴尾端采用花键轴与传动轴的花键孔相配合的结构形式，把动力转矩传入铣削头主轴。采用交换齿轮变速机构调整主轴的转速，仅用5对10个配换齿轮就能实现变换6种主轴转速的设计要求。6机床总装配图设计机床外型尺寸（长宽高）： 220015202145主要部件外型尺寸： 工作台（长宽）： 750600 横梁（长宽高）： 1400570430 立柱（长宽高）： 640300950工作台行程： 938 快速进给1行程 220 工作进给行程 433 快速进给2行程 285机床工作台面高度 700在高度方向上标明反映工件被加工支承面与端铣刀铣削平面的联系尺寸。横向宽度方向用同样方法标明下机体两侧面加工与侧铣刀铣削面有关联的各部件之间的联系尺寸。在机床联系尺寸总图上，标注出各部件的代号，如ZMX-01为铣削头主轴箱等。对于各部件装配图之外的零件，组件代号及标准件代号，需要在总图中标出，图9（见后面大图）为ZMX专用铣床总装配图，并编制相应的零件明细表与标准件明细表。在机床联系尺寸总图上，高度方向上尚缺少端铣刀刀夹平面至主轴端面及横梁导轨之间相对高度尺寸，横向宽度方向上应补上侧刀架端铣刀刀夹平面至主轴平面及立柱侧面之间的相对尺寸。7. 工作台运动设计 在本次设计中，工作台的运动是利用蜗轮，蜗杆传动将来自电动机的旋转力转变为工作台纵向进给的轴向力，然后控制工作台在导轨上运动来实现的。因此工作的运动设计主要就设计传动系统即蜗轮，蜗杆的选择和工作台的设计。7.1蜗轮，蜗杆的设计7.1.1选择蜗杆的传动类型根据GB/T 100851988的推荐，采用渐开线蜗杆（ZI）7.1.2选择材料根据库存材料的情况，并考虑到蜗杆传动传递的功率不大，速度只是中等，故蜗杆用45钢；因为希望效率高些，耐磨性好些，故蜗杆螺旋齿面要求淬火处理，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，而轮芯用灰铁HT100制造。7.1.3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，先按齿面的接触疲劳强度进行设计，再校核齿根弯曲疲劳强度。传动中心距a) 确定作用在涡轮上的转距T 按=2，估取效率，则b) 确定载荷系数K因为工作载荷稳定，故取载荷分布不均系数K=1；可选取使用系数K=1.15；由于转速不高，冲击不大，可取动载系数；则 K= K* K*K=1.1511.05 1.21c) 确定弹性影响系数Z因为选用的是铸锡磷青铜蜗轮和钢蜗杆相配合，故=160MPa.d) 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，可查得z=2.9。e) 确定接触应力根据蜗轮材料为铸锡磷青铜ZcuSn10P1，金属摸铸造，蜗杆螺旋齿面硬度45HRC,可查得蜗轮的基本允许应力=268Mpa。应力循环次数 N=60jn 。寿命系数 K=0.8134则 =K*=0.Mpa=218 Mpaf)计算中心距 取中心距a=200mm，因i=20,查表的模数m=8mm,蜗杆分度圆直径 d=80mm。这时d/a=0.4,可查得接触系数，因此，因此以上计算结果可用。8.2 蜗杆与蜗轮的主要参数与几何尺寸a) 蜗杆轴向齿距P=25.133mm；直径系数q=10；齿顶圆直径；齿根圆直径分度圆导程角；蜗杆轴向齿厚。b) 蜗轮蜗轮齿数；变位系数；验算传动比，这时传动误差为，是允许的。蜗轮分度圆直径 轮喉圆直径 蜗轮齿根圆直径 蜗轮咽喉母圆直径 7.2 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/T 100891988圆柱蜗杆，蜗轮精度中选择8级精度，侧隙种类为f，标注为8f GB/T100891988。然后由相关手册查得要求的公差项目及表面粗糙度。7.3导轨的设计7.3.1导轨的选择在对工作台的支撑和导向导轨的受力分析知，其主要受工作台和工件的压力，在工作过程中与工作台之间产生很大的摩擦。所以我们选择矩形导轨来完成本次设计。矩形导轨的刚度以及承载能力均比三角形导轨，燕尾形导轨大，当量摩擦系数比三角形导轨底，制造,调整,检验,维修都方便，但侧面磨损后不能自动补偿，因此，必须有间隙调整。 7.3.2 导轨设计导轨的功能是导向和承载。即保证运动部件在外力作用下能沿着规定的运动。如作直线运动的执行件（工作台或刀架等）由直线导轨来承载和导向；作圆运动的执行件（立式车床的工作台）由圆导轨的承载和导向。在导轨副中，运动的导轨成为动导轨，不动的则称支撑导轨。在本次设计中，我们用这种导轨，其作用是为运动的工作台和刀架提供承载和导向，均属于支撑导轨。导轨结合面配合的调整对机床的工作性能有相当大的影响。配合过紧不仅操作费力还会加快磨损；配合过松则将影响运动精度，甚至产生振动。因此，常用镶条和压板来调整导轨的间隙。镶条用来调整导轨的侧隙，以保证导轨面的正常接触。导轨间隙的调整任何零件的尺寸在加工是都必须给出一定的公差，所以，符合图纸公差要求的导轨组成导轨副时，必须存在一定的间隙。当间隙过大时，导轨的导向精度差，甚至会引起震动；间隙过小的运动的阻力加大，且磨擦，磨损也将加大。导轨间隙调整的方法通常是采用镶条和压板。根据本设计的特点，我我们采用了后者。压板用于调整辅助导轨面的间隙和承受颠覆力矩，如图是矩形导轨常用的压板调整装置，是靠压板3的e,d两面进行调整。间隙大时刮或磨d面，反之，则刮或磨e面。d, e面用一沟槽隔开，这样就起到了调整间隙的作用。8.主轴零件图设计主轴箱中的主轴零件图以及相应的技术条件8.1 轴的用途及分类 轴是组成机器的主要零件之一。一切作回转运动的传动零件（例如齿轮、蜗轮等），都必须安装在轴上才能进行运动及动力的传递。因此轴的主要功用是支承回转零件以及传递运动和动力。 按照承受载荷的不同，轴可以分为转轴、心轴和传动轴三类。 轴还可按照轴线形状的不同，分为曲轴和直轴两大类。直轴根据外形的不同，可分为光轴和阶梯轴两种。8.2 轴设计的主要内容轴的设计也和其他零件的设计相似，包括结构设计和工作能力计算两方面的内容。轴的结构设计是根据轴上零件的安装、定位以及轴的制造工艺等方面的要求，合理的确定轴的结构形状和尺寸。轴的结构设计不合理，会影响到轴的工作能力和轴上零件的工作可靠性，还会增加轴的制造成本和轴上零件装配的困难等。因此，轴的结构设计是轴设计中的重要内容。轴的工作能力计算指的是轴的强度、刚度和振动稳定性等方面的计算。多数情况下，轴的工作能力主要取决于轴的强度。这时只需对轴进行强度计算，以防止断裂和塑性变形。而对刚度要求高的轴（如车床主轴）和受力的细长轴，还应进行刚度计算，以防止工作时产生过大的弹性变形。对高速运转的轴，还应进行振动稳定性计算，以防止发生共振而破坏。8.3 轴的材料 轴的材料主要是碳钢和合金钢。 由于碳钢比合金钢价廉，对应力集中的敏感性较低，同时也可以用热处理或化学热处理的办法提高其耐磨性和抗疲劳强度，故采用碳钢制造轴尤为广泛，其中最常用的是45钢。 合金钢比碳钢具有高的力学性能和更好的淬火性能。因此，在传递大动力，并要求减少尺寸与质量，提高轴颈的耐磨性，以及处于高温或低温条件下工作的轴，故采用合金钢。本主轴选用的是优质合金调质钢（38CrMoAlA）其毛坯的直径为100mm抗拉强度极限为835Mpa屈服极限为685Mpa弯曲疲劳极限为410Mpa剪切疲劳极限为270Mpa许用弯曲应力为75Mpa热处理是调质处理。主要用于要求高耐磨性，高强度且热处理（氮化）变形很小的轴。必须指出：在一般工作温度下（低于200），各种碳钢和合金钢的弹性模量均相差不多，因此在选择钢的种类和决定钢的热处理方法时，所根据的是强度与耐磨性，而不是轴的弯曲或扭转刚度。但也应当注意，在既定条件下，有时也可选择强度较低的钢材，而用适当增大轴的截面面积的办法来提高轴的刚度。 各种热处理（如高频淬火、渗碳、氮化等）以及表面强化处理（如喷丸、滚压等），对提高轴的抗疲劳强度都有着显著的效果8.4 轴上零件的定位为了防止轴上零件受力时发生沿轴向或周向的相对运动，轴上零件除了有游动或空转的要求者外，都必须进行轴向和周向定位，以保证其准确的工作位置。8.4.1零件的轴向定位主轴零件的轴向定位是以轴肩、套筒、螺母、挡圈、垫片及主轴套和主轴端盖等来保证。轴肩分为定位轴肩和非定位轴肩两类。利用轴肩定位是最方便可靠 的方法，但采用轴肩就必然会使轴的直径加大，而且轴肩处将因截面突变而引起应力集中。故本主轴仅采用了4处轴肩。8.4.2 零件的周向定位周向定位的目的是限制轴上零件发生相对转动。常用的周向定位零件有键、花键、销、紧定螺钉以及过盈配合等，其中紧定螺钉只用在传力不大之处。8.5 轴的结构工艺性轴的结构工艺性是指轴的结构形式应便于加工和装配轴上的零件，并且生产率高，成本低。一般地说，轴的结构越简单，工艺性越好。因此，在满足使用要求的前提下，轴的结构形式应尽量简化。为了便于装配零件并去掉毛刺，轴端应制出45的倒角；需要磨削加工的轴段，应留有砂轮越程槽；需要切制螺纹的轴段，应留有退刀槽。为了减少装夹工件的时间，同一轴上不同轴段的键槽应布置在轴的同一母线上。为了减少加工刀具种类和提高劳动生产率，轴上直径相近处的圆角、倒角、键槽宽度、砂轮越程槽宽度和退刀槽宽度等应可能采用相同的尺寸。轴上零件的装配方案对轴的结构形式起着决定性的作用。9.主轴箱部件装配图设计绘制主轴箱装配图时，根据估算的各传动轴的直径及各对齿轮的模数，和计算的齿轮的分度圆直径和传动轴间的中心距尺寸等，然后进行主轴箱展开图的具体结构设计。 参考文献【1】戴曙 金属切削机床 机械工业出版社 1993年5月【2】孔凌嘉 张春林 机械基础综合课程设计 北京理工大学出版社 2004年6月【3】周世学 冯丰 王建锋 机械制造工艺与夹具 北京理工大学出版社 2006年6月 第二版【4】戴曙 金属切削机床设计 机械工业出版社 1981年7月【5】吴圣庄 金属切削机床概论 机械工业出版社 1985年3月【6】顾伟邦 金属切削机床概论 机械工业出版社 1992年4月【7】天津大学 金属切削机床运动学 中国工业出版社 1961年【8】机床设计手册编写组 机床设计手册 机械工业出版社 1979年【9】.肖智清 机械制造基础 机械工业出版社 2001年6月 【10】.濮良贵纪名刚机械设计高等教育出版社第七版【11】.范云涨 陈兆年 金属切削机床设计简明手册 机械工业出版社1993年8月【12】.AC普罗尼柯夫 金属切削机床.贾亚洲译. 北京：北京科学技术出版社 1990年【13】N.Acherkan. 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