毕业设计（论文）-CK6140数控车床自动排屑装置设计

毕业设计中文摘要CK6140数控车床自动排屑装置设计摘 要随着信息化时代的进步，数控机床的应用越发普遍。而数控机床在加工工件中产生的切屑与切削液的处理就成为了需要解决的问题。自动排屑装置的设计就是为了：更好的分离切屑与切削液。从而更好的实现自动化流水作业，降低人力的消耗。本设计是对CK6140数控车床自动排屑装置进行设计计算。本设计的主要内容有：根据CK6140数控车床产生切屑的情况对自动排屑装置的整体方案进行设计，确定了CK6140数控车床自动排屑装置的整体装置是由运送切屑的输送装置，分离装置和传动装置组成；其中输送装置包括了链传动的设计计算，分离装置包括了刮板链与磁性材料的设计计算，而传动装置中含有电机的选择，带传动的设计计算与减速器的设计计算。并对关键的零部件进行强度校核，例如链轮轴与轴承的强度校核，减速器中齿轮与齿轮轴的强度校核。对装置的输送装置的箱体与减速器箱体进行了设计计算。本装置是将刮板式与磁式的排屑机进行融合设计，从而更好地加强处理不同切屑的能力，相较于以前的机器类型有更高的效率。关键字：数控车床；自动排屑装置；刮板；磁式毕业设计英文摘要CK6140 CNC lathe automatic chip removal device designAbstractWith the progress of the information age, the application of CNC machine tools is more and more common.And the processing of chip and cutting fluid produced by CNC machine tool in machining workpiece has become a problem that needs to be solved.Automatic chip removal device is designed for: better separation of chip and cutting fluid.So as to better achieve automatic flow operations, reduce the consumption of manpower.This design is to CK6140 CNC lathe automatic chip removal device design calculation.The main contents of this design are: according to the CK6140 CNC lathe chip produced on the overall scheme of the automatic chip removal device design, determine the CK6140 CNC lathe automatic chip removal device of the overall device is composed of conveying device, separation device and transmission device;The conveying device includes the design and calculation of the chain drive, the separation device includes the design and calculation of the scraper chain and the magnetic material, and the transmission device contains the choice of the motor, the design and calculation of the belt drive and the design and calculation of the reducer.And the key parts of the strength check, such as sprocket shaft and bearing strength check, reducer gear and gear shaft strength check.The box body of conveying device and the box body of reducer are designed and calculated.This device is designed to integrate scraper type and magnetic type chip removal machine, so as to better strengthen the ability to deal with different chips, compared to the previous machine type has a higher efficiency.Key words: CNC lathe;Automatic chip removal device;Scraper;magnet目 录1前言11.1数控车床自动排屑装置研究的背景与意义11.2数控车床自动排屑装置国内外发展现状11.3数控车床自动排屑装置的发展趋势32技术任务书52.1CK6140数控车床自动排屑装置整体方案的设计与类型选择52.2CK6140数控车床自动排屑装置的特点63设计计算说明书73.1CK6140数控车床自动排屑装置的输送废屑装置设计73.1.1CK6140数控车床自动排屑装置链传动设计计算73.1.2链传动的基本参数设计计算83.1.3链轮结构参数设计103.1.4链轮轴结构设计与参数的计算143.1.5刮板链的设计183.1.6轴承校核193.2CK6140数控车床自动排屑装置分离装置的设计193.3CK6140数控车床自动排屑装置的传动装置的设计213.3.1CK6140数控车床自动排屑装置的电机选择213.3.2电机的功率转速计算213.3.3电机的具体型号选择223.3.4CK6140数控车床自动排屑装置的带传动的设计计算223.3.5CK6140数控车床自动排屑装置的减速器的设计计算263.4CK6140数控车床自动排屑装置的各部分箱体设计423.4.1CK6140数控车床自动排屑装置的减速器箱体设计423.4.2CK6140数控车床自动排屑装置的输送部分箱体设计434总结与审核444.1标准化审查报告444.2总结45参 考 文 献46致 谢481 前言1.1 数控车床自动排屑装置研究的背景与意义随着信息化时代的推进,机械加工制造业所需要使用的一些传统加工数控机床已经变成了更先进的现代化自动式数控机床,然而更快速的加工过程就变成了人们对现代机械加工更为迫切需要。这些高效率的自动化装置在正常工作的情况下会使其产生很多的切屑,如何及时清理堆放在机床上的切屑成为一个难题。切屑中往往需要包括大量的机油和水及切削中的乳化液等,由于其本身具有能使切屑蓬松的弹性物质流动特性,易直接将其散落移动到整个机床四周及其他车间的工作通道上,不仅难以及时进行日常清理,而且严重地直接污染了机床车间的工作环境。并且会影响到加工精度。自动排屑装置的设计就是为了更方便快捷的处理因机械加工产生的切屑,从而更好的提高加工效率。1.2 数控车床自动排屑装置国内外发展现状自动排屑器,是随着自动化加工机械、加工集成器和中心化的进步发展。但长期以来,重主机、轻配套的情况使得自动化排屑器装置的污水处理技术和其他设备的发展滞后。80年代初开始,重主机轻配套的情况逐渐引起机床和工具制造行业的关注,促使自动化排屑器和污水处理设备技术和其他污水处理器械技术在此后的20多年里取得了长足的进步。现在常见的排屑器有以下几种：刮板式的排屑器,刮板式的排屑器主要是由链轮、链条和焊接刮板等四个部件所结合组成,其中两个链条分别安装在两个焊接链轮上,焊接时用到两个链条两侧的一块刮板把全部位于整个地沟内的这些切屑和地沟冷却液通过刮板送到地沟储物池中,用一台切屑提升机把这些切屑从整个地沟中全部提起后再将其倒入一辆装卸切屑用的小车中。这类快速排屑器主要用途是因为适合于快速排除没有任何冷却液的小或颗粒状及微型或叶卷形状的切屑,如大型铸造钢铁片片和短型不锈钢片片片。例如,当一块小型长卷形状的铁屑中仍然包括了磁性冷却液或者是磁性切削油,就只能可以通过考虑同时采用一种新的磁性排屑刮板或者排屑仪仪器来对它们分别进行铁屑分离。而且一个切屑的一次传递输送数量主要还是依赖于切屑链条的每个节距,节距变得越多,每小时所用的需要一次输送的一个切屑链条数量就可能会随之变得越大更多6。 链板式废料排屑器,链板式的废料排屑器主要是由链轮驱动通过拉力牵引钢质排屑平板上的链带在排屑密封盒中滑动进行高速运动,加工完成后所运动产生的任何切屑物不会掉到平板链带上并自动送出排屑机床。在各种车削型镗铣机床上它在进行综合使用时,多与其他类型机床的空气冷却箱和水蒸气箱进行整合而再组成,以便于有效简化其他型机床的整体结构。链板式的金属排屑器主要用途是专门快速收集和处理输送各种卷、团、块状的金属切屑,以及解决传统使用磁性材料排屑器无法轻松解决的铜、铝、碳块、尼龙等各种金属切屑复合材料,广泛应用于各种大型数控机床、加工数控中心、组合型数控机床。链板切屑是一种可以按照实际用户的不同要求分别加工制作而已形成的有不锈钢和冷轧板两种,切屑的快速传递和质量同样还可以需要充分依赖于输送链条的每个节距,节距越大,每个小时所用的需要一次输送的链条切屑量和物品就可能会增加更多6。螺旋式的自动排屑器。螺旋式的驱动排屑器主要由驱动减速器、万向联轴节和驱动螺旋器三个大部分共同组成,电动机需要携带一个减速器而推上去需要驱动排屑螺杆。当转动螺杆高速向前转动时,排屑材料沟内部的一些切屑物被转动螺杆的力推动着连续地往前高速移动,最终再次高速进入输送到一个切屑材料盒内。螺杆主要应用有两种工作类型,一种就是用扁型的螺旋钢条将其主轴围绕成一个螺旋型弹簧状;另一类则主要是在螺杆主轴上与其它零件之间进行焊接以形成严密相互紧紧贴合的圆形螺旋片。螺旋式的物料排屑器不仅可以直接通过自动关节调整输送螺杆的直线长度位置来自动完整调节其他切屑进行输送的直线长度,螺杆也同样可一节一节地将其他切屑输送连通在一起,螺旋式的自动排屑器整体结构简单,所需要占据的物料空间小,使用方便,但是螺旋式排屑器的效率相对比较低,仅仅是适合于以水平或者小心的角度进行倾斜或者直线排屑方向的方式排屑,不能以较大的角度进行倾斜、提升或者以螺旋转向式的方式进行排屑。螺旋式的自动排屑器主要只适用于一些小型的物料，例如卷状，块装；如钢屑、铝屑和其他一些有利于冷却的带状颗粒性物料切屑,不太适合于其他大型带状颗粒切屑物的输送运输6。皮带型排屑器。皮带式的快速排屑器主要包括皮带传动装置、张紧轮、主动张紧车轮和复合皮带等几个部分部件组成,一般适用于几台大型机床或者甚至是一条成型的线路在机床上的快速排屑,它特别适用于对没有机油冷却液或者甚至是没有机油的大型铸铁件碎屑进行各种颗粒状、块态的快速切屑。在实际进行使用时还需要特别注意到为防止橡胶皮带因为接受油墨的直接侵蚀而容易发生损坏变形,应尽量不要选择优质耐油、易受热腐蚀、比较厚的动力传动型橡胶皮带。切屑物容易飞溅在小区域应用范围很广的工作场所中则不宜优先考虑直接采用此类型的排屑器6。卧式推杆型自动排屑机。推杆型卧式排屑器一般可以安装在一个排屑槽槽沟内,但是在某些特殊的应用情况下也不能可以将其直接通过铸造安装到一个地面以上或者采用架空式进行安装。该传动设备主要是由四个关键的零部件共同设计组成:第一个零件就是一个可以同时容纳大量切屑和其他切削液的油缸u型槽;第二个就是全部采用一台鱼刺型的形传动推杆,它依靠重力支撑在u型槽内的一根圆形立柱上,鱼刺型就是朝着槽内输送液和铁屑的运动方向;第三个就是用一台推动式油缸鱼刺型的形推杆和它作为整个油缸的传动活塞副;第四个就是全部采用一台液压电机驱动的油缸活塞压力传感器,整个传动系统全部采用的都是液压驱动传感器。推杆式的输送排屑机经常被应用于各种大型长距离输送切屑以及物料的输送运输,它特别适用于高速输送较长的长条带状和巨大的小型状和团体状的切屑,同时因为其内部独特的传动结构,也使其可以广泛应用于各种大型铸铁材料碎片的切屑等6。1.3 数控车床自动排屑装置的发展趋势在分析和总结目前国内外污水处理排屑设备的技术发展现状的基础上,当前国内外污水处理排屑设备仍然存在以下几点发展趋势:对于这种复合类排屑机的技术要求将大幅度提高。复合式物料排屑机主要具备许多样的优势:一个就是它们完全可以直接除屑处理由于复合式物料排屑的随机加工而直接产生的任意一种碎屑形态之间的铁屑;二,不管它们是具有长期性的粉碎短屑或者者还是具有金属性的粉屑均可以能完全直接进行除屑处理;三,具有大量的碎屑处理粉碎切屑液之后的过滤处理系统,其碎屑过筛处理精度50pum;四,可以广泛适用于各类切削机床,中心切屑加工机,钻孔机,龙门式切屑加工机,特殊机床专用切屑加工机等的粉碎小屑及其数量可以排除。未来几年内,复合型干式排屑机将在整个我国工业市场上也将具有更为普遍的广泛应用。容易拆卸维护的老式排屑处理机数量自然会很多。由于普通的大型排屑器设备生产维护设备都主要是作为属于一种辅助型的日常生产维护设备,不易及时进行日常维修,保养和日常维护的使用机会相对较少,经常都认为是在产品出现了一些小毛病后无人会去关心,当表现出大的或小毛病后又觉得无法正常生产运转时才需要进行保养修理,影响了整条普通排屑器设备生产线的正常生产运行。因而易运行维护和易于检修的卧式排屑机必然在社会发展成为一种发展趋势。在环境、节约资源等方面,今后我们在进行排屑机设计和生产过程中,应该引起广大的制造厂家和企业的高度重视。这个方面我们需要注意做好以下几个方面:大大降低了干式排屑机在机械工作运行过程系统中的机械装机传动功率,减少了传动能量和机械动力的巨大损失。改善和提高密封材料的质量,减少油垢、切削夜等对室内环境的破坏。为了减少噪音,对较大的噪音源应采用隔离或者关闭。2 技术任务书2.1 CK6140数控车床自动排屑装置整体方案的设计与类型选择CK6140数控车床是一种卧式车床，工业加工生产中所产生的切削液与切屑会从车床的走刀处直接落在车床的下部，所以应该在车床下部放入混合物的收集装置。而如何将混合物进行分离收集便是需要解决的问题所在。考虑到切削液与切屑会直接落下来，所以刮板式排屑装置无疑是非常好的选择。相较于其他集中类型，刮板排屑装置所带有的储液箱可以非常容易的接收从车床加工处落下来的混合物。这样收集的问题已经解决。还有一个问题便是如何更好的分离。现有的刮板排屑装置是单靠刮板将废屑直接从装满混合液的箱子中依靠推的方式分离出来。但是在切削液毫无疑问的存在许多粉末状的废屑，只利用刮板是无法将这种废屑分离出来。所以就需要第二种分离装置的介入，因为大部分的加工工件都是铁或者钢，所以利用磁性进行分离无疑是较优的方法。但是电磁铁的使用并不能瞬间将磁性降为0，并且考虑到成本问题，使用永磁材料便是非常好的选择。则CK6140数控车床自动排屑装置的类型为磁式刮板排屑装置。因为采用刮板式排屑装置，所以废屑的输送装置便是由焊接刮板的链条组成，这部分既为整体装置的工作部分，这部分的设计计算是以链传动机构为模板来进行设计计算。对于驱动部分，选择用电机驱动，在选择的时候，应注意工作条件，并且满足满载功率与满载转速，保证装置的正常运转。驱动装置与输送装置中间应该由传动机构连接起来，并且达到减速的功能，根据文献10可以知道电机-带传动-减速器-工作机，是最合理的机构组成，可以达到有效的减速，并且带传动的打滑失效也可以最大程度的的保护电机与减速器，防止因某一装置的失效而导致所有机构全部损坏，从而大大降低使用风险，并使维修变得更为方便。由此我们可以得到整体的机构的简图图 1：图 1整体机构简图2.2 CK6140数控车床自动排屑装置的特点本文设计的自动排屑装置拥有刮板与永磁装置两种废屑分离收集装置，所以在工作时对于切削液中切屑的分离会更加彻底，从而使切削液的回收更加容易。由于输送装置是由链传动为主，所以一旦切屑体积过大，可能卡在链条里面，导致无法正常工作。3 设计计算说明书3.1 CK6140数控车床自动排屑装置的输送废屑装置设计3.1.1 CK6140数控车床自动排屑装置链传动设计计算链传动的方案设计按照工作条件，可以设定链传动装置需要承受的铁屑，即工作载荷为，将运输切屑的速度定为,由于链传动在运动的过程中链条会受到摩擦力的影响，同时刮板本身的重量还会产生重力，所以总载荷（1）查文献11选链传动型号为08A ,节距 ,单排质量，总长度为。刮板的尺寸设为，刮板材料定为（不锈钢）该材料无磁性，且在正常工作环境不会被磁化，密度为，刮板与相邻刮板之间隔四个节距，则可以大约得出重力，摩擦力。则输送装置的有效功率为：（2） 因为链传动是利用刮板将废屑带出来，且由低往高运输，所以可以基本确定链传动的运动图图 2 图 2链传动运动图3.1.2 链传动的基本参数设计计算根据文献11由链条的型号与选择主动链轮的齿数，取传动比为根据链速和传动比齿数。由此可以选择从动链轮的齿数：（3）对于惰轮的链轮齿数，是根据主动轮的齿数来选择的：（4）在链传动的设计计算中，首先需要确定计算功率：（5）式中：是传递功率为；是工况系数为1.0；是主动链轮齿数为1.5；是多排链系数为1。由于选择了08A链条，所以节距。初定链条的总长为8m。链传动中的主动链轮的轮毂孔径：（6）式中：是由支承轴的设计确定数据；则是链轮轮毂孔的最大许用直径，第一步先计算四个链轮的基本尺寸：（7）初步设定中心距的大小，为后面的实际计算打下基础：（8）由此我们能得到。所以初定中心距为:（9）根据链条的长度可以确定链条的节数：（10）则节数为，考虑到实际使用减少磨损，所以取偶数节：630。计算实际中心距，因为中心距是可以调整的，所以取则可以得到：（11）对于链传动的工作速度：（12）所以该装置为低速运动。对于有效圆周力的计算如下：（13）对于作用在轴上的力的计算如下：（14）3.1.3 链轮结构参数设计先进行主从动轮结构参数计算，主从动链轮的材料选用45号钢，硬度为。对于链轮的结构和尺寸，由前文可以得知，所以根据文献11中图9-6可以确定链轮结构为整体式。则轮毂厚度：（15）轮毂长度：（16）轮毂直径：（17）所以直径大小合理。式中：齿轮凸缘直径（18）齿宽：（19）齿侧倒角：.（20）齿侧半径：（21）齿全宽：（22）开始计算主从动链轮的基本参数和尺寸，如下：分度圆直径（23）齿顶圆直径（24）齿根圆直径（25）分度圆弦齿高（26）最大齿根距高（27）齿轮凸缘直径（28）接下来根据文献12计算链轮的公差：由得齿表面粗糙度: 齿根圆极限偏差：根据文献12表10-51可以知道；上偏差为0，下偏差为-0.25量柱测量距12（29）链轮孔和根圆直径之间的跳动量：不能大于对于轴孔到链轮齿侧平直部分的端面跳动量：不能大于则孔径：H8齿顶圆直径：h11齿宽：h14对于惰轮的进行结构参数的计算，惰轮的材料选择45号钢，硬度有前文得知，所以根据文献11中图9-6结构选为整体式。具体的数据计算如下：轮毂厚度：（30）轮毂长度：（31）轮毂直径：（32）因为所以轮毂直径尺寸大小合理。 齿宽：（33）齿侧倒角：（34）齿侧半径：（35）齿全宽：（36）分度圆直径：（37）齿顶圆直径：（38）齿根圆直径：（39）分度圆弦齿高：（40）最大齿根距高：（41）齿轮凸缘直径：（42）根据文献12计算链轮公差：齿表面粗糙度: 齿根圆极限偏差：由于；上偏差为0，下偏差-0.25量柱测量距：（43）链轮孔和根圆直径之间的跳动量：不能大于轴孔到链轮齿侧平直部分的端面跳动量：不能大于孔径：H8齿顶圆直径：h11齿宽：h143.1.4 链轮轴结构设计与参数的计算将主动链轮的承载轴定位轴1。轴1为主动链轮的承载轴。其功率，转速，转矩分别为：（44）根据文献11计算链轮轴1的最小直径，因为轴1的材料选为45号钢，所以取。（45）因为轴1需要与减速器的输出轴相连，所以需要选用联轴器，则先确定计算扭矩（46）根据文献12表8-5选用LT5型联轴器，许用转矩，符合工作使用条件。对于轴的结构设计与基本尺寸计算，首先确定轴的简图，简图如下图 3图 3轴1简图由前面计算得知轴的最小直径，；此段与联轴器链接。为达成联轴器的定位要求，需要通过轴肩进行固定纵向坐标，因为，所以。因为主要承载径向力，所以查阅文献12中表6-1选择圆柱孔调心轴承1000型22系列。根据最小轴径的尺寸选择2205号轴承取轴肩的高度为4mm所以。因为轴的12段链接联轴器，所以。而链轮的右端与右轴承的中间需要使用套筒进行径向坐标定位，而链轮的轮毂宽度为，为了固定顺利，所以。同时为了保证链轮的正常使用。轴的装配总长：（47）根据文献11表6-1，联轴器处的键选择为普通平键，尺寸：（48）链轮配合处的键定位普通平键，尺寸：（49）将从动链轮的承载轴定为轴2。其功率，转速，转矩分别为：（50）首先计算轴2的最小直径，轴2的材料选为45号钢。则取。（51）先确定轴2的结构简图，在进行基本参数的计算图 4轴2简图因为主要承载径向力，查阅文献12中表6-1选择圆柱孔调心轴承1000型22系列。根据最小轴径的尺寸选择2205号轴承所以；轴23与45段搭载链轮所以；取轴肩的高度为4mm所以。链轮的右端与右轴承的中间需要使用套筒进行轴向定位，链轮的轮毂宽度为，为了固定顺利，所以。为保证链轮的正常使用轴的装配总长，则。根据文献11表6-1，链轮配合处的键选择普通平键，尺寸为：设惰轮的轴为轴3与轴4，目的是张紧装置与改变链条方向，所以其本身不会承受过大的力，但为了计算方便，按照主动轮的工作条件进行设计计算，但不参与校核。（52）轴3与轴4的材料选择为45号钢。取所以最小直径（53）对轴的结构进行设计简图图 5轴3，4简图因为主要承载径向力，所以查阅文献12中表6-1选择圆柱孔调心轴承1000型22系列。根据最小轴径的尺寸选择2205号轴承所以；轴23与45段搭载链轮所以；取轴肩的高度为4mm所以。惰轮的与轴承中间需要使用套筒进行轴向定位，惰轮的轮毂宽度为，为了固定顺利，所以。为保证链轮的正常使用。轴的装配总长则。根据文献11表6-1，链轮配合处的键选择普通平键，尺寸为：。对于轴1与轴2，因为搭载主从动链轮，承受较大的力与转矩，所以需要进行校核。轴的校核需要计算三个力的大小与各自力矩，三个力分别为：链轮的有效圆周力，链条的离心力所引起的拉力以及由链条松垂度引起的悬重拉力。（54）因为所以。由前文可知（55）（56）对轴进行受力分析：（57）画轴的空间受力图与转矩图图 6弯矩扭矩图（58）（59）因为材料为45号钢，所以许用应力为（60）强度足够，可以使用。3.1.5 刮板链的设计链条选择为08A链条，。铰链板的数据如下：板宽板长板厚侧链板高侧链板长侧脸板厚刮板的具体数据如下：刮板间距刮板宽刮板长刮板厚3.1.6 轴承校核对于每天工作八个小时的机器，其利用率不高，根据文献11表13-3，预计寿命在12000-20000h。轴承全部选择的是2205型轴承。计算两个轴承所受到的径向载荷（61）该轴承所受轴向力过小，忽略不计。查阅文献12表6-1得到轴承的基本额定动载荷：且。轴承寿命由计算公式11得到：（62）符合使用条件。3.2 CK6140数控车床自动排屑装置分离装置的设计对于分离装置的磁性来源，有两种：一种是永磁材料，特点是结构简单，工作时没有复杂的操作流程；一种是电磁铁，利用通电线圈产生磁性，可以通过电流的强弱与方向，改变电磁的大小与方向。两种方案在功能上都可以满足正常的工作使用，但是电磁铁的结构更复杂，且发生故障不容易维修，性价比低；所以永磁材料则是最好的选择，价格低，维修简单。对于永磁材料的选择为磁性材料选择为钐钴磁体，牌号。具体参数如下：上述参数中：T代表磁场单位特斯拉 。KGS代表的是千高斯磁场强度单位kA/m磁场强度H的单位。kOe代表的是在厘米克秒制单位里，把具有1单位磁场强度的磁极放在这个磁场的磁场力正好是1达因那么这一点的磁场单位叫做1奥斯特。kJ/m3代表的是每立方米具有的能量。MGOe代表的是磁能积单位。将其放置在排屑水平箱体的第二层中，对应于进液口所处的位置，保证带有废屑的切削液落入排屑箱体中时便可以得到第一次分离。3.3 CK6140数控车床自动排屑装置的传动装置的设计3.3.1 CK6140数控车床自动排屑装置的电机选择根据各种直流动力机的功率配置需要及其实际工作使用情况,选择交流式电机, 系列三相异步直流电动机。3.3.2 电机的功率转速计算按照工作条件，可以设定链传动装置需要承受的铁屑，即工作载荷为，将运输切屑的速度定为,由于链传动在运动的过程中链条会受到摩擦力的影响，同时刮板本身的重量还会产生重力，所以总载荷（63）设所选链型号为08A ,节距 ,单排质量，总长度为。刮板尺寸定为，刮板材料定为（不锈钢）该材料无磁性，且在正常工作环境不会被磁化，密度为，刮板与相邻刮板之间隔四个节距，则可以大约得出重力，摩擦力。则链条工作机的有效功率为：（64）因为所有的机构都会损耗功率,所以电动机的功率,其中是电力系统和工作设备的传动效能系数。分析整个工作设备的构成部件和机构, 可知从一台电动机到另一台工作机的传动效能系数为。式中：代表带传动的工作效率，代表闭式齿轮的工作效率，代表圆锥滚子轴承的传动效率，代表齿式联轴器的传动效率，代表链传动的工作效率。查文献12设计手册得；。代入上式中得到,因此电机所要输出功率至少为(65)则所选电机型号的额定功率必须大于。3.3.3 电机的具体型号选择根据上述条件可以得到本装置的输送速度：。其中P为链传动节距，为链轮齿数取17，得到。由满载需要的额定功率和满载必须的同步转速从文献12中选出型号为的电机，满载转速为；同步转速为，额定功率为.则传动比为。3.3.4 CK6140数控车床自动排屑装置的带传动的设计计算1.传动比的分配以及每个轴的转速功率与转矩计算总传动比：（66）带传动的传动比：；一级圆柱齿轮减速器的传动比：。各轴的转速，功率和转矩：（67）（68）（69）2.带传动的方案设计首先确定方案为普通V带，再根据使用要求和经济性来考虑，工作情况系数，然后先确定计算功率:（70）根据计算功率和小带轮转速，选择普通V带中的A带型。3.带传动的设计计算根据V带的带型，查阅文献11可以得到小带轮的基准直径。将基准直径带入得到：（电机的中心高）符合要求。验算带速：（71）计算大带轮的基准直径，由于（72）再根据文献11中表8-9调整得初定中心距，计算V带的基准长度。根据下列公式：（73）取基准长度：（74）查文献11中表8-2取确定实际中心距：（75）计算中心距的可调范围：（76）（77）验算小带轮上的包角：（78）确定带的根数z：（79）带的根数一般为偶数，所以取Z=4计算带的初拉力F0：（80）计算带传动的压轴力Fp1（81）4.带轮的结构设计对于小带轮的设计如下:由于小带轮具有较小的基准直径，故可已选择实心式结构。带轮结构参数经验公式：带轮宽：（82） 式中：e为槽间距，取e=15mm f为第一槽对称面至端面的距离，取f=10m z为轮槽数，由前面设计可知道取Z=4轮毂宽： （83） 轮毂外直径：（84）带轮外径：（85） 式中为基准线下槽深，查文献11表8-10得=2.75轮缘宽：=8mm基准线下槽深：=10mm大带轮设计如下因为基准直径，故可采用腹板式结构。带轮结构参数经验公式：带轮宽：（86）轮毂宽：（87）轮毂外直径：（88）带轮外径：（89）轮缘宽：基准线下槽深：3.3.5 CK6140数控车床自动排屑装置的减速器的设计计算1.齿轮设计在减速器的设计中，首先要确定齿轮类型，精度等级，材料及齿数。根据传动比的大小，减速器的选择定为一级圆柱直齿减速器。因为是一般的工作机器选择7级精度。由文献11表10-1选择齿轮的材料，小齿轮材料定为并进行调质处理，小齿轮的材料硬度为，大齿轮材料定为号钢并进行调质处理，材料的硬度为，二者硬度值相差，符合材料选择的标准。小齿轮的齿数定为，大齿轮的齿数定为，则取压力角定为。根据文献11按照齿面接触疲劳强度进行齿轮的参数设计由文献11得到公式：（90）以此式计算小齿轮分度圆的直径。首先确定公式中的各参数：确定载荷系数；小齿轮的传递转矩；确定齿宽系数；确定区域系数；材料弹性影响系数。计算接触疲劳强度用重合度系数端面压力角11：（91）端面重合度11：（92）重合度系数11：（93） 按照齿面硬度值的大小我们可以分别知道小齿轮和大齿轮的接触疲劳极限分别是；。对应力循环次数进行计算：（94）（95）从而可以取得接触疲劳寿命系数：。按照失效概率为，安全系数可以得到：（96）（97）取；中的较小者为该齿轮的接触疲劳许用应力，即（98）则可以得到小齿轮分度圆直径为：（99）调整小齿轮分度圆直径，需要计算以下参数：计算圆周速度V：（100）计算齿宽b：（101）计算实际载荷系数KH:有文献11可得使用系数根据速度和7级精度，可以得到动载系数。从而计算齿轮的圆周力：（102）查阅文献11得到齿间载荷分配系数：；可以得到则实际的分度圆直径为：（103）计算齿轮模数：（104）所以模数取2对两个齿轮进行具体的尺寸计算：计算分度圆直径：（105）计算中心距：（106）计算齿轮宽度b：（107）取对于齿根的弯曲疲劳强度进行校核：齿根弯曲疲劳强度的公式11：（108）确定公式中各个数值：计算弯曲疲劳强度用重合度系数（109）有齿数的齿形系数和应力修正系数：；。计算实际载荷系数，其中齿间载荷分配系数，根据得。则载荷系数：（110）计算弯曲疲劳许用应力：高速齿轮和低速齿轮的弯曲疲劳极限分别是，；弯曲疲劳寿命系数，。取安全系数S=1.4：（111）（112）进行齿轮的强度校核：（113）（114）所以强度满足要求。大小齿轮的具体尺寸如下表：表 1齿轮基本尺寸表代号名称高速级齿轮低速级齿轮模数m2mm2mm齿数z2189齿宽b47mm42mm分度圆直径d42mm178mm齿顶高系数ha1.01.0顶隙系数c0.250.25齿顶高ha2mm2mm代号名称高速级齿轮低速级齿轮齿根高hf2.5mm2.5mm全齿高h4.5mm4.5mm齿顶圆直径da46mm182mm齿根圆直径df37mm173mm2.轴的设计减速器里有两个轴，分别是搭载小齿轮的高速轴和搭载大齿轮的低速轴。先进行高速轴的设计与计算。高速轴上的功率；转速和转矩分别为：（115）对于作用在轴上的承载力 已知小齿轮的分度圆直径为:则:（116）先简单计算轴的最小直径。选择轴的材料为45号钢，并进行调质处理，取，得：（117） 高速轴的最小直径是与大带轮配合处的轴的直径，由于安装键将使轴径增大，故选取:。对轴的结构简图进行设计：图 7高速轴简图根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度： 为了使带轮完成轴向定位标准，轴的12段右端需要轴肩来参与固定带轮，故取轴23段的直径；轴的左端通过挡圈进行轴向定位，按照轴端直径的大小取挡圈直径。因为大带轮的宽度，为了保证轴端挡圈能更好的固定大带轮的轴向定位，故12段的长度应比大带轮的宽度B略短，则定。 为了保证轴的正常工作选择滚动轴承。因为轴承只承载径向力的作用，所以选择深沟球轴承。根据实际工作情况与设计要求，同时因为，查阅文献12选择深沟球轴承6205，其尺寸为，则，设挡油环的宽度为15mm，则。轴承使用挡油环进行轴向定位。由文献12上查得6205型轴承所需要的定位轴肩高度，所以定。 因为高速小齿轮的直径较小，所以为了确保齿轮轮体的传动强度足够满足工作需求，齿轮和轴必须做成一体，整体称为齿轮轴。所以 为了保证轴承端盖方便拆卸与安装，轴承端盖的外端面与大带轮右端面中间需要一定距离，取。 设齿轮距箱体内壁的直线距离为16 mm，考虑到减速器箱体在铸造的过程中可能出现的误差，在确定滚动轴承位置后，应该与箱体内壁相隔一段距离s，取，则至此，已基本完成了高速轴的各段直径和长度的计算确定。对于高速轴需要进行受力分析与强度校核。 根据6205型轴承查文献12得T = 15 mm 带轮中点距左支点距离 齿宽中点距左支点距离 齿宽中点距右支点距离 V带压轴力计算轴的支反力：水平面支反力（见图b）：（118）垂直面支反力（见图d）：（119）计算轴的弯矩，并做弯矩图：截面C处的水平弯矩：（120）截面A处的垂直弯矩：（121）截面C处的垂直弯矩：（122）分别制作水平面的弯矩图（图c）和垂直面的弯矩图（图e）。截面C处的合成弯矩：（123）作合成弯矩图（图f）。作转矩图（图g）。按弯扭组合强度条件校核轴的强度：通常只针对轴上承受最大弯矩和转矩的截面（危险截面C）的进行强度的校核。必要时也会对其他截面的强度进行校核。取，则有：（124） 故设计的轴的强度足够，且能很好的满足工作情况与使用要求，轴的弯扭受力图如下：图 8弯矩扭矩图高速轴设计完成，再对搭载大齿轮的低速轴进行设计计算。计算低速轴上的功率、转速和转矩（125）计算作用在轴上的力，已知大齿轮的分度圆直径是d2 = 178 mm则:（126）初步确定轴的最小直径。确定低速轴的材料为45号钢，并对其进行调质处理，则 A0 = 112，于是可以得到：（127） 低速轴的最小直径是需要安装联轴器处的轴的直径，为了保证所选的轴直径与联轴器的孔径可以顺利配合，则先选取联轴器的型号。联轴器的计算转矩为，查文献12，同时考虑到转矩大小基本不发生改变，所以取，则:（128） 按照计算转矩应该小于联轴器公称转矩的要求，查文献12，选择型号联轴器。与低速轴配合的半联轴器的孔径为25 mm故取，半联轴器与低速轴配合的其孔长度为44 mm。低速轴的结构设计图如下图 9低速轴简图根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度。 为了保证联轴器的轴向定位标准，12轴段右端应该设计出一轴肩，故取轴23段的直径；轴23段的左端用挡圈进行轴向定位，按轴端的直径得挡圈的直径。半联轴器与轴配合的毂孔长度，为了保证轴端挡圈能更好的固定联轴器，所以轴12段的长度应该比L略短一部分，现取。 为了使低速轴正常转动，需要先确定滚动轴承的型号。因为轴承主要承受的载荷是径向力，所以选择深沟球轴承。根据实际使用情况与设计要求，并依据轴23段的直径，所以文献12选取深沟球轴承6207型，其尺寸为，故，设挡油环的宽度为15，则。由手册上知道6207型轴承的定位轴肩高度，因此，取。 因为与齿轮配合处的轴段的是45段，所以45段轴的直径与齿轮的孔径相同；齿轮的左端与左轴承的中间使用挡油环进行定位。已知大齿轮轮毂的宽度为，为了确保挡油环的端面可以稳定的压紧齿轮，此轴段的长度应该稍微短于轮毂宽度，故取。 轴承端盖需要便于安装与拆卸，则保证轴承端盖的外端面与半联轴器右端面要有一定距离，所以。 设大齿轮的端面到箱体内壁的距离为16 mm，考虑到箱体在铸造过程中产生的精度误差，在确定滚动轴承位置时，应考虑到距箱体内壁需要有一段距离s，取，已知滚动轴承的宽度，则已基本完成了了低速轴的各段直径和长度的设计与计算。对低速轴进行受力分析和校核首先作轴的计算简图（见图a）: 根据6207型轴承查文献12得T = 17 mm 第一段轴中点距左支点距离 齿宽中点距左支点距离 齿宽中点距右支点距离再计算轴的支反力：水平面支反力（见图b）：（129）垂直面支反力（见图d）：（130）计算轴的弯矩，并做弯矩图：截面C处的水平弯矩：（131）截面C处的垂直弯矩：（132）根据前面的计算分别作低速轴的水平面弯矩图（图c）与垂直面弯矩图（图e）。截面C处的合成弯矩：（133）由前面的数据作合成弯矩图（图f）；作转矩图（图g）。按弯扭组合强度条件校核轴的强度： 通常情况下只会对轴上承受最大弯矩和转矩的截面（即危险截面C）的强度进行校核。如果必要时也会对其他的危险截面进行强度的校核。根据文献11公式（14-4），取，则有：（134）因此设计的低速轴有足够的强度来满足正常使用，并有大量的额外使用强度。轴的弯扭受力图如下：图 10弯矩扭矩图3.轴承校核首先对高速轴处轴承的校核，根据文献11得到预计寿命：初步计算当量动载荷P:因为该轴承只承受径向力的作用，有文献11表12-5查得轴承的径向动载荷系数X和轴向动载荷系数Y分别为：X = 1，Y = 0。所以:（135）求轴承应有的基本额定载荷值C为:（136）选择:6205轴承，Cr = 14 KN，由文献11有：（137）所以轴承预期寿命足够。再对低速轴处轴承的校核，根据文献11得到预计寿命：初步计算当量动载荷P；因为此轴承只需要承受径向载荷的作用，所以径向动载荷系数X和轴向动载荷系数Y分别为：所以:（138）计算轴承应有的基本额定载荷值C为:（139） 选择:6207轴承，Cr = 25.5 KN，根据文献11有：（140）所以轴承预期寿命足够。4.选择联轴器公称转矩：（141）由文献11查得，故得计算转矩为：（142） 选用型联轴器，联轴器的许用转矩为，许用最大转速为，轴孔的直径为25 mm，轴孔的长度为44 mm。（143）联轴器满足要求，故合用。3.4 CK6140数控车床自动排屑装置的各部分箱体设计3.4.1 CK6140数控车床自动排屑装置的减速器箱体设计对于减速的箱体数据，通过参考文献12可以得到具体的算法。根据减速器内部零件的大小，对减速器的箱体尺寸进行计算。表 2减速器箱体尺寸数据名称符号公式与计算结果取值箱座壁厚0.025a+3=0.025110+3=3.8取8mm箱盖壁厚0.02a+3=0.02110+3=3.2取8mm箱盖凸缘厚度b11.51=1.58=12取12mm箱座凸缘厚度b1.5=1.58=12取12mm箱座底凸缘厚度b22.5=2.58=20取20mm地脚螺钉直径df0.036a+12=0.036110+12=16取M16地脚螺钉数目na250时，取n=4取4轴承旁连接螺栓直径d10.75df=0.7516=12取M12盖与座连接螺栓直径d2(0.5-0.6)df=(0.5-0.6)16=8-9.6取M8连接螺栓d2的间距l150-200取150轴承端盖螺钉直径d3(0.4-0.5)df=(0.4-0.5)16=6.4-8取M8视孔盖螺钉直径d4(0.3-0.4)df=(0.3-0.4)16=4.8-6.4取M5定位销直径d(0.7-0.8)d2=(0.7-0.8)8=5.6-6.4取6mmdf、d1、d2至外箱壁距离C1根据螺栓直径查阅文献12取22、18、14df、d1、d2至凸缘边缘距离C2根据螺栓直径查阅文献12取20、16、12名称符号公式与计算结果取值轴承旁凸台半径R1=16取16凸台高度h根据低速级轴承座外径确定，以便于扳手操作为准外箱壁至轴承座端面距离L1C1+C2+(5-10)=18+16+(5-10)取39大齿轮顶圆与内箱壁距离11.2=1.28=9.6取12齿轮端面与内箱壁距离=8取16箱盖、箱座肋厚m1、m0.85=0.858=6.8取73.4.2 CK6140数控车床自动排屑装置的输送部分箱体设计链传动的轴承座的选择是根据前面所选择的轴承，选择SN205型轴承座，进屑口法兰的尺寸：需要16颗螺栓螺栓直径机头尺寸：机尾设计：第一层第二层 总体尺寸在箱体的第二层安装永磁石。4 总结与审核4.1 标准化审查报告CK6140数控车床的自动排屑装置的设计已经基本完成，根据相关的规定，对其进行标准化审查，结果如下：（1）设计图纸和文件图纸和文件所用的编号原则符合以下标准的规定：GB/T 177101999数据处理校验系统；JB/T 5054.81991产品图样涉及文件和通用借用件管理办法；JB/T 5054.42000c产品图样及设计文件编号原则；JB/T 88231998机械工业企业计算辅助管理信息分类编码导则；（2）产品图样及设计文件符合以下标准和有关规定：GB/T 10609.11989技术制图标题栏；GB/T 10609.21989技术制图明细栏；GB/T 146891993技术制图图纸幅面和格式；GB/T 17825.21999技术制图比例；GB/T 17825.101999 CAD文件管理基本格式；GB/T 17825.101999 CAD文件管理基本格式；JB/T 5054.62000产品图样及设计文件编号原则；JB/T 5054.62000产品图样及设计文件更改办法。4.2 总结本设计通过对各文献调查与市场的研究，设计出了一款混合型的磁式刮板自动排屑装置，相对于单一类型的自动排屑装置，该装置拥有两种分离切屑的装置，所以它有着更强的分离能力，从而更好的加快工业生产的速度。并且还具有工作稳定，人力消耗少，维修简单等优点。该设计完成了对CK6140数控车床自动排屑装置整体装置系统方案设计与类型的选择，完成了输送装置中链传动的设计计算与链传动中链轮和链轮轴的强度校核，使其可以满足工作需要；完成了分离装置中刮板与磁性材料的设计计算；在传动系统部分，完成了驱动电机的选择，对传动比进行了合理的分配，完成了带传动的设计计算与带轮的强度校核，完成了减速器的设计计算与齿轮和齿轮轴的强度校核；还完成了输送装置箱体与减速器箱体的设计计算。本设计中，CK6140数控排屑装置的总体尺寸可以承载最大150kg的切屑，运送速度最高可以达到12m/min。可以稳定分离切屑与切削液。本设计所设计的自动排屑装置是一种混合型排屑装置，融合了刮板式与磁式两种排屑装置的特点，拥有了更好的处理切屑的能力。刮板与磁性材料的运用使切削液与切屑的分离变得更加方便。从而更好的加快日常生产中的加工速度。此次设计的自动排屑装置结构简单，容易维修，经济实用。参 考 文 献1. 王云平,刘永财,赵金鹏.基于数控机床自动排屑过滤系统的技术研究J.制造技术与机床,2020(05):136-139.2. 李成才,刘红,王芬,王林焱,赵敬.普通机床排屑器工艺设计方法探究J.内燃机与配件,2017(16):26-27.3. 王林焱,孙冠琳,李成才,王芬,赵敬.一种用于机床排屑机的滤框的结构设计与优化J.内燃机与配件,2017(16):59-60.4. 徐亚芬.自动排屑冷却液循环系统装置J.流体传动与控制,2015(05):56-57.5. 张溯昌.PLC在机械加工排屑系统中的应用J.通讯世界,2015(10):191-192.6. 覃莉莉.机械加工车间排屑方式探析J.轻工科技,2014,30(01):48-49.7