數(shù)控銑床外齒銑刀架結(jié)構(gòu)設(shè)計【含CAD圖紙】

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目錄 1引言 1 2設(shè)計任務(wù)及參數(shù): 1 3設(shè)計方案計算說明書 2 3.1 傳動方案的擬定 3 3.2切削傳動系統(tǒng)設(shè)計 4 3.2.1 伺服電機的特點 4 3.2.2 切削力的計算以及電機的選擇： 5 3.3 銑齒機刀架系統(tǒng)圖及傳動計算 7 3.4 伺服進給系統(tǒng)的設(shè)計步驟及計算 9 3.4.3 修正計算結(jié)果 11 3.4.4 再修正計算結(jié)果 12 3.4.5 計算幾何尺寸 13 3.4.6 校核齒根彎曲疲勞強度 14 3.5 低速級齒輪傳動的尺寸 15 3.5.1 選定低速級齒輪的類型、材料及齒數(shù) 15 3.5.3 修正計算結(jié)果 16 3.5.4 再修正計算結(jié)果 18 3.5.5 計算幾何尺寸 19 3.5.6 校核齒根彎曲疲勞強度 20 3.6 軸的設(shè)計 25 3.6.1 軸的材料選擇和最小直徑估算 25 3.6.2軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 25 3.7軸的校核 28 3.7.1 軸的力學(xué)模型的建立 28 3.7.2計算軸上的作用力 29 3.7.3計算支反力 29 3.7.5彎扭強度校核 32 3.8 鍵的選擇與校核 32 3.9 滾動軸承的選擇與校核 32 4液壓分度盤的設(shè)計和計算 34 4.1 齒盤式分度工作臺 34 4.2水平液壓缸的選取 36 5 使用說明書（SM） 38 5.1 主要參數(shù) 38 5.1.1 數(shù)控銑齒機的結(jié)構(gòu) 38 5.1.2 刀架結(jié)構(gòu) 38 5.1.3 驅(qū)動機構(gòu) 38 5.2 數(shù)控銑齒機的工作原理 38 6標準化審核報告（BS） 39 6.1 產(chǎn)品圖樣的審查 39 6.2 產(chǎn)品技術(shù)文件的審查 40 6.3 標注件的使用情況 40 6.4 審查結(jié)論 40 7結(jié) 論 40 參考文獻 41 致謝語 43 數(shù)控銑床外齒銑刀架結(jié)構(gòu)設(shè)計 1引言 大模數(shù)齒輪在大型工程車輛，工程機械以及礦山煤礦的傳送有著廣泛的作用。對于模數(shù)大于16mm的漸開線直齒圓柱齒輪，受加工范圍的限制，在普通銑齒機上跟本無法完成。在數(shù)控機床上加工大模數(shù)齒輪的前提是數(shù)控系統(tǒng)具有漸開線軌跡的加工功能。目前大多數(shù)數(shù)控系統(tǒng)（除西門子840D、FANUC-Oi的高檔數(shù)控系統(tǒng)）均不具有漸開線軌跡的加工功能。實際應(yīng)運中，使用經(jīng)濟數(shù)控系統(tǒng)，在普通銑床上采用特殊結(jié)構(gòu)的數(shù)控改造，可以使用指狀銑刀采用展成法來直接加工齒輪的漸開線齒形，并且加工精度遠超出規(guī)定要求，使得我國機械加工水平無論在加工質(zhì)量方面還是在加工效率方面都有提高。 數(shù)控滾銑一體機，主要功能是在一個機床本體上，既能完成工件外齒的滾削任務(wù)，又能完成內(nèi)齒銑削任務(wù)。當進行滾削加工時，機床大立柱上安裝滾齒刀架，這時候相當于一個數(shù)控滾齒機。進行內(nèi)齒加工時，更換銑刀架[1]。 該機床是采用成型齒輪銑刀對圓柱內(nèi)、外齒輪的齒型進行銑削加工的機床，該機床可以加工圓柱直齒內(nèi)、外齒輪，也可以加工圓柱斜齒內(nèi)、外齒輪。該機床具有高效，高剛度的特點。 畢業(yè)設(shè)計是對大學(xué)期間所學(xué)知識的一次總的檢驗和鞏固，是一次很好的理論聯(lián)系實際的鍛煉，相比以前的幾次課程設(shè)計，畢業(yè)設(shè)計對所學(xué)基礎(chǔ)知識和專業(yè)知識的涉及面更加廣泛，是知識與實踐的有機結(jié)合。做好本次畢業(yè)設(shè)計可以為以后的工作打下堅實的基礎(chǔ)和積累豐富的經(jīng)驗，因此本次畢業(yè)設(shè)計具有很重要的意義。 2設(shè)計任務(wù)及參數(shù): 1. 設(shè)計參數(shù)如表2-1。 2-1設(shè)計參數(shù) 工藝條件及要求 工件直徑最大 模數(shù)30工件材料硬度 刀具垂直行程 滾刀中心距工作臺面距離 滾刀轉(zhuǎn)速 3000 Hbs240 1000mm 450--1450 20--200 工藝條件及要求 銑刀盤最大直徑 工作臺最大承重 立柱水平行程 內(nèi)銑齒最小加工直徑 電機 420mm 40000kg 1700 1000mm 西門子 2、本次設(shè)計是加工30模數(shù)齒輪的機床（直齒，斜齒，蝸輪蝸桿）。由于加工時間比較長，刀具磨損嚴重，要求能在不停機狀態(tài)下完成，滾刀的自動竄刀（100mm）。本機床可以進行，外齒輪滾削加工，和內(nèi)齒輪銑削加工，加工時通過更換刀架，刀架上的電機隨同刀架一起更換。根據(jù)設(shè)計要求查閱相關(guān)資料，掌握機械設(shè)計中減速器和分度盤有關(guān)知識，了解各個零件的作用和工藝，在設(shè)計中合理運用了解的專業(yè)知識，繪制裝配圖、零件圖及剖視圖，使所畫圖紙能清晰的表達設(shè)計者思想。 本次的任務(wù)是設(shè)計外齒銑刀架以及帶動刀架轉(zhuǎn)動的分度盤[2]。 3設(shè)計方案計算說明書 (1) 設(shè)計任何一項設(shè)計，在設(shè)計前都要經(jīng)過充分的論證才能確定最優(yōu)設(shè)計方案。該課題設(shè)計思路是先設(shè)計出刀架部分，根據(jù)刀架部分的體積、質(zhì)量等定出分度盤旋轉(zhuǎn)速度、分度盤大小、驅(qū)動力及剛度等，最后和立柱部分能夠合理的銜接。 初步討論，有３種方案可供參考： 1：刀架　銑內(nèi)齒和銑外齒的設(shè)計成一個刀架 　　分度盤　選用液壓齒條式的液壓缸來驅(qū)動 2：刀架　銑內(nèi)齒和銑外齒設(shè)計成兩個刀架 　 分度盤　選用步進電機串聯(lián)一個減速器 3：刀架　銑內(nèi)齒和銑外齒的設(shè)計成兩個刀架 分度盤　選用液壓齒條式的液壓缸來驅(qū)動 (2) 設(shè)計方案分析 第一種方案刀架銑內(nèi)外齒用同一個刀架，這樣設(shè)計的優(yōu)點是自動化程度高，節(jié)省了一定的人力物力，但是這樣設(shè)計結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，會給后期的工作帶來不小的麻煩。用液壓缸來帶動分度盤的方案結(jié)構(gòu)簡單，可以得到較高的分度精度，且運行可靠，穩(wěn)定，角度任意完全符合要求。 第二種方案刀架銑內(nèi)外齒用兩個刀架，這樣設(shè)計會使結(jié)構(gòu)簡單，只需要機械傳動達到要求即可，但是這樣會浪費一定的材料，而且換取刀架需要人力來幫助完成。分度盤用步進電機來串聯(lián)一個減速器,這樣結(jié)構(gòu)龐大，且比較復(fù)雜，后期的計算也比較大，不可取。 第三種方案刀架銑內(nèi)齒和銑外齒的設(shè)計成兩個刀架，分度盤選用液壓齒條式的液壓缸來驅(qū)動，這樣結(jié)合了前兩種方案的優(yōu)點，可以考慮選取第三種方案來設(shè)計。 3.1 傳動方案的擬定 經(jīng)過上節(jié)方案的討論，最終選取第三種方案，銑內(nèi)齒和銑外齒的設(shè)計成兩個刀架，分度盤選用液壓齒條式的液壓缸來驅(qū)動。 （1）刀架部分：用一個步進電機來帶動銑刀的旋轉(zhuǎn)運動,傳動部分可以用一個減速器來實現(xiàn)，初擬傳動圖如下： 圖3-1 初擬傳動圖 （2）分度盤部分：用液壓缸來帶動齒條，齒條的帶動一個齒輪，通過軸來連接分度盤，是分度盤能夠旋轉(zhuǎn)任意角度。 液壓回路如下圖所示，通過控制電磁換向閥B來控制液壓缸，帶動齒條左右移動。通過電磁換向閥A來控制分度盤的鎖緊。 圖3-2分度盤液壓回路 3.2切削傳動系統(tǒng)設(shè)計： 3.2.1 伺服電機的特點 伺服電動機又稱執(zhí)行電動機，在自動控制系統(tǒng)中，用作執(zhí)行元件，把所收到的電信號轉(zhuǎn)換成電動機軸上的角位移或角速度輸出。伺服電機內(nèi)部的轉(zhuǎn)子式永磁鐵，驅(qū)動器控制的U/V/W三相電形成電磁場，轉(zhuǎn)子在此磁場的作用下轉(zhuǎn)動，同時低級自帶的編碼器反饋信號給驅(qū)動器，驅(qū)動器根據(jù)反饋值與目標值進行比較，調(diào)整轉(zhuǎn)子的角度。伺服電機的精度決定于編碼器的精度[3]。 伺服電機又分直流伺服電機和交流伺服電機 直流伺服電機分為有刷和無刷電機 交流伺服電機也是無刷電機，分為同步和異步電機 伺服電機的顯著特點：1、起動轉(zhuǎn)矩大 2、運行范圍較寬 3、無自轉(zhuǎn)現(xiàn)象 不同類型的交流伺服電機具有不同的特點?；\型轉(zhuǎn)子交流伺服電動機具有勵磁電流較小，體積較小，機械強度搞等特點;但是低速運行不夠平穩(wěn)，有抖動現(xiàn)象。空心杯型轉(zhuǎn)子交流伺服電動機具有結(jié)構(gòu)簡單，維護方便，轉(zhuǎn)動慣量小，運行平滑，噪聲小，沒有無線電干擾，無抖動等現(xiàn)象；但是勵磁電流較大，體積也較大，轉(zhuǎn)子易變形，性能上不及直流伺服電動機。 3.2.2 切削力的計算以及電機的選擇[7]： 主軸和主電機的初選，主要先考慮主要的受力和功率，進行初選。 1． （5-1） ?。? （5-2） 銑刀主軸直徑 校驗： 力學(xué)模型 圖5-1 力學(xué)模型 2、彎矩圖 以為原點，，其中為剪應(yīng)力值等于，為距離原點的距離 得： （5-3） 彎矩圖： 圖5-2彎矩圖 3、做出扭矩圖 （5-4） 圖5-3扭矩圖 4、校核軸的強度 根據(jù)第三強度理論得 （5-5） 扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為脈沖循環(huán)變應(yīng)力取，直徑為的軸，彎曲應(yīng)力，扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，代入上式得軸的彎矩合成強度條件為 (5-6) 軸的抗彎截面系數(shù) 代入計算得： (5-7) 考慮到傳遞效率和空載功率初選電機的功率65kw，主軸直徑180mm。 電動機的選擇：查<<機械設(shè)計使用手冊> >查表9.1-8，選取電機型號為MDFQA132-32.76，異步伺服電動機的額定技術(shù)參數(shù)。 連接方式為三角形連接,中心角132，額定轉(zhuǎn)速為2235,額定轉(zhuǎn)矩為257,額定功率為60.1,最大轉(zhuǎn)矩為1100，功率因數(shù),最高轉(zhuǎn)速為4500，質(zhì)量為。 3.3 銑齒機刀架系統(tǒng)圖及傳動計算[7]： 圓錐-圓柱齒輪減速器，錐齒輪應(yīng)布置在高速級，使其不宜過大，便于加工，對減速器的傳動比進行分配時，要盡量避免圓錐齒輪尺寸過大，制造困難，因而高速級圓錐齒輪的傳動比不宜過大，通常取=0.25,最好使，當要求兩級傳動打齒輪的浸油深度大致相等時，也可取。 錐齒輪傳動時，利用閉式齒輪傳動，傳動比的推薦值選2-3。 圓柱齒輪傳動時，利用閉式齒輪傳動，傳動比的推薦值選3-5。 最終選定三角圓錐-圓柱齒輪減速器。 結(jié)構(gòu)圖如下圖所示： 圖5-4減速器結(jié)構(gòu)圖 （一） 傳動比 （二）傳動比的分配 選擇傳動比為31.5，為了便于大錐齒輪加工，高速級錐齒輪傳動比，取，則，考慮兩級齒輪潤滑問題，兩級大齒輪應(yīng)有相近的浸油深度，兩級齒輪減速器高速級傳動比與低速級傳動比的比值取為1.3，即 （三）傳動裝置的運動和動力參數(shù) 1．各軸轉(zhuǎn)速的計算 （5-8） ２．各軸輸入功率計算 聯(lián)軸器，錐齒輪8級閉式齒輪傳動，滾動軸承，圓柱齒輪9級精度傳動。 （5-9） 3．各軸的輸入轉(zhuǎn)矩 （5-10） 3.4 伺服進給系統(tǒng)的設(shè)計步驟及計算 中間級齒輪傳動的設(shè)計 3.4.1選定中間級齒輪的類型、材料及齒數(shù) (1)按傳動方案選用斜齒圓柱齒輪傳動（精度８級） (2)選擇小齒輪材料為40Cr，調(diào)制處理，硬度范圍為241～286.HBW，取為263HBW，大齒輪材料為45鋼，調(diào)制處理，硬度取為217～236HBW，取為236HBW，二者硬度差為27HBW (3)選小齒輪齒數(shù)為，大齒輪齒數(shù)，取， （4）初選螺旋角 3.4.2按齒面接觸疲勞強度設(shè)計 ⑴試選載荷系數(shù)， 由表8-6選取齒寬系數(shù)（對稱布置） 由表8-5查得材料的彈性影響系數(shù)（均采用鍛鋼制造） 由圖8-15查得節(jié)點區(qū)域系數(shù) 由圖8-21d按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強度極限，大齒輪的接觸疲勞強度極限，計算應(yīng)力循環(huán)次數(shù) （5-11） 由圖8-19查得接觸疲勞壽命系數(shù)， 計算接觸疲勞許用應(yīng)力，取失效概率為1%，安全系數(shù)，由式（8-11）得 （5-12） 端面重合度按式（8-16）近似計算 （5-13） 螺旋角按式（8-18）計算 ⑵計算小齒輪分度圓直徑，代入中的小者 （5-14） 取 3.4.3 修正計算結(jié)果 ⑴計算圓周速度 （5-15） ⑵確定模數(shù)，取為標準值 （5-16） ⑶修正齒數(shù)，取 （5-17） ⑷修正螺旋角 （5-18） ⑸確定齒寬 ⑹確定載荷系數(shù)K 由表8-2查得使用系數(shù)，由表8-6查得動載荷系數(shù) ， （5-19） 由表８-３查得齒間分布系數(shù)， 由表８-4查得齒向載荷分布系數(shù) （5-20） ⑺由圖8-15查得 ⑻（5-21） ⑼螺旋角系數(shù) ⑽修正小齒輪分度圓直徑 　 （5-22） 取 3.4.4 再修正計算結(jié)果 ⑴計算圓周速度 ⑵仍選8級精度 ⑶確定模數(shù)，取為標準值 ⑷修正齒數(shù)，取 ⑸修正螺旋角 ⑹確定齒寬 ⑺確定載荷系數(shù)K 由表8-2查得使用系數(shù)，由表8-6查得動載荷系數(shù) ， 由表８-３查得齒間分布系數(shù)， 由表８-4查得齒向載荷分布系數(shù) ⑻由圖8-15查得 ⑼ ⑽螺旋角系數(shù) ⑾修正小齒輪分度圓直徑 　 兩次修正后，結(jié)果已相近，故最終取 3.4.5 計算幾何尺寸 ⑴法向模數(shù) ⑵齒數(shù)， ⑶分度圓直徑， ⑷齒寬 ⑸螺旋角 ⑹端面模數(shù) ⑺中心距 3.4.6 校核齒根彎曲疲勞強度 ⑴，且, （5-23） 由圖8-12查得 （5-24） ⑵ 由圖8-17，圖8-18查得齒形系數(shù)，，應(yīng)力修正系數(shù)， ⑶由圖8-22C按齒面硬度查得小齒輪的彎曲疲勞強度極限，大齒輪的接觸疲勞強度極限 ⑷， ⑸由圖8-20查得接觸疲勞壽命系數(shù)， ⑹計算接觸疲勞許用應(yīng)力，取安全系數(shù)，由式（8-11）得 （5-25） ⑺， [8] (5-26) 強度足夠 3.5 低速級齒輪傳動的尺寸 3.5.1 選定低速級齒輪的類型、材料及齒數(shù) (1)按傳動方案選用斜齒圓柱齒輪傳動（精度8級） (2)選擇小齒輪材料為40Cr，調(diào)制處理，硬度范圍為241～286.HBW，取為280HBW，大齒輪材料為45鋼，調(diào)制處理，硬度取為217～255HBW，取為240HBW，二者硬度差為40HBW (3)選小齒輪齒數(shù)為，大齒輪齒數(shù)，取， （4）初選螺旋角 3.5.2 按齒面接觸疲勞強度設(shè)計 （1）確定公式內(nèi)的各計算數(shù)值，試選載荷系數(shù)， 由表8-6選取齒寬系數(shù)（對稱布置） 由表8-5查得材料的彈性影響系數(shù)（均采用鍛鋼制造） 由圖8-15查得節(jié)點區(qū)域系數(shù) 由圖8-21d按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強度極限，大齒輪的接觸疲勞強度極限，由式（8-12）計算應(yīng)力循環(huán)次數(shù) (5-27) 由圖8-19查得接觸疲勞壽命系數(shù)， 計算接觸疲勞許用應(yīng)力，取失效概率為1%，安全系數(shù)，由式（8-11）得 (5-28) 端面重合度按式（8-16）近似計算 (5-29) 螺旋角按式（8-18）計算 （2）計算小齒輪分度圓直徑，由式（8--19），代入中的小者 (5-30) 取 3.5.3 修正計算結(jié)果[12] （1）計算圓周速度， （2）仍選8級精度，確定模數(shù)，取為標準值 （3）修正齒數(shù)，取，，取 （4）修正螺旋角 （5）確定齒寬 （6）確定載荷系數(shù)K 由表8-2查得使用系數(shù)，由表8-6查得動載荷系數(shù) ， 由表8-3查得齒間分布系數(shù)， 由表8-4查得齒向載荷分布系數(shù) （7）由圖8-15查得 （8） （9）螺旋角系數(shù) （10）修正小齒輪分度圓直徑 　 取 3.5.4 再修正計算結(jié)果 （1）計算圓周速度 （2）仍選8級精度 （3）確定模數(shù)，取為標準值 （4）修正齒數(shù)，取，，取 （5）修正螺旋角 （6）確定齒寬 （7）確定載荷系數(shù)K 由表8-2查得使用系數(shù)，由表8-6查得動載荷系數(shù) ， 由表8-3查得齒間分布系數(shù)， 由表8-4查得齒向載荷分布系數(shù) （8）由圖8-15查得 （9） （10）螺旋角系數(shù) （11）修正小齒輪分度圓直徑 　 兩次修正后，結(jié)果已相近，故最終取 3.5.5 計算幾何尺寸 ⑴法向模數(shù) ⑵齒數(shù)， ⑶分度圓直徑， ⑷齒寬 ⑸螺旋角 ⑹端面模數(shù) ⑺中心距 3.5.6 校核齒根彎曲疲勞強度 ⑴，且, 由圖8-12查得 ⑵ 由圖8-17，圖8-18查得齒形系數(shù)，，應(yīng)力修正系數(shù)， ⑶由圖8-22C按齒面硬度查得小齒輪的彎曲疲勞強度極限，大齒輪的接觸疲勞強度極限 ⑷， ⑸由圖8-20查得接觸疲勞壽命系數(shù)， ⑹計算接觸疲勞許用應(yīng)力，取安全系數(shù)，由式（8-11）得 ⑺由式（8-22）得， ⑻由式（8-20）得 (5-31) 強度足夠. 表3-1高速級大齒輪結(jié)構(gòu)尺寸[10] 名稱 結(jié)構(gòu)尺寸經(jīng)驗計算公式 結(jié)果/mm 板孔分布圓直徑 268 板孔直徑 70 腹板厚度C 22.4 腹板最大直徑 408 轂孔直徑d 由中間軸設(shè)計而定 68 輪轂寬度L 112 輪轂直徑 108 表3-2低速級大齒輪結(jié)構(gòu)尺寸 名稱 結(jié)構(gòu)尺寸經(jīng)驗計算公式 結(jié)果/mm 轂孔直徑d 由中間軸設(shè)計而定 105 輪轂直徑 168 輪轂寬度L 165 腹板最大直徑 456.53 板孔分布圓直徑 156.13 板孔直徑 72.13 腹板厚度C 32.4 表3-3中速級齒輪傳動尺寸 名稱 計算公式 結(jié)果/mm 法面模數(shù) 5 法面壓力角 螺旋角 齒數(shù) 22 88 傳動比 4 分度圓直徑 83 336 齒頂圓直徑 93 346 齒根圓直徑 79.5 335.5 中心距 280 表3-4低速級齒輪傳動尺寸 名稱 計算公式 結(jié)果/mm 法面模數(shù) 5 法面壓力角 螺旋角 齒數(shù) 31 95 傳動比 3.065 分度圓直徑 122 371 齒頂圓直徑 132 381.56 齒根圓直徑 109.5 358.3 中心距 329.15 齒寬 127 122 3.6 軸的設(shè)計[7] 3.6.1 軸的材料選擇和最小直徑估算 根據(jù)工作條件，初選軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理，按扭矩強度法進行最小直徑估算，即，初算軸徑時，若最小直徑軸段開有鍵槽，還要考慮鍵槽對軸強度的影響，當該軸段截面上有一個鍵槽時，d增大5%-7%，，兩個鍵槽時，d增大10%-15%，值由表14-4確定：， ，， 高速軸，因高速軸最小直徑處安聯(lián)軸器，沒有一個鍵槽，則 ， 取整為38mm， ，安裝滾動軸承， 取標準值 ，安裝滾動軸承， 取標準值 ， 取 3.6.2軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 1．高速軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 （1）各軸段直徑的確定 ：最小直徑，滾動軸承處軸段，。滾動軸承取30210，其 尺寸結(jié)構(gòu)為 ：錐齒輪軸段， ：軸環(huán)，根據(jù)軸向定位要求， ：圓柱齒輪軸段， ：滾動軸承處軸段， （2）各軸段長度的確定 ：由滾動軸承，擋油盤及裝配關(guān)系等的確定， ：圓錐齒輪的寬度, ：軸環(huán)寬度， ：由圓柱齒輪的轂孔寬度， ：由滾動軸承，擋油盤及裝配關(guān)系確定， （3）細部結(jié)構(gòu)的設(shè)計 由表10-1查出，圓柱齒輪處鍵，錐齒輪處鍵選用，齒輪輪轂與軸的配合選為；滾動軸承與軸的配合采用過渡配合，此軸轂的直徑公差選用，查表7-19，各軸肩出處的圓角半徑見圖f-18，查表7-19，各側(cè)角為C2，參考表17-10，各軸段表面粗糙度見圖f-18 2． 中間軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 3． （1）各軸段直徑的確定 ：最小直徑，滾動軸承處軸段，。滾動軸承取30214，其尺寸結(jié)構(gòu)為 ：低速小齒輪軸段， ：軸環(huán)，根據(jù)軸向定位要求， ：高速級大齒輪軸段， ：滾動軸承處軸段， （2）各軸段長度的確定 ：由滾動軸承，擋油盤及裝配關(guān)系等的確定， ：由低速級小齒輪的轂孔寬度確定, ：軸環(huán)寬度， ：由高速級大齒輪的轂孔寬度， ：由滾動軸承，擋油盤及裝配關(guān)系確定， （3）細部結(jié)構(gòu)的設(shè)計 由表10-1查出，高速級大齒輪處鍵，低速級小輪處鍵選用，滾動軸承與軸的配合采用過渡配合，此軸段的直徑公差選用，查表7-19，各軸肩出處的圓角半徑見圖f-18，查表7-19，各側(cè)角為C2 3．低速軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 （1）各軸段直徑的確定 ：滾動軸承處軸段，。滾動軸承取30219，其尺寸結(jié)構(gòu)為 ：低速級大齒輪軸段， ：軸環(huán)，根據(jù)軸向定位要求， ：錐齒輪軸段， ：滾動軸承處軸段， （2）各軸段長度的確定 ：由滾動軸承，擋油盤及裝配關(guān)系等的確定， ：由低速級大齒輪的轂孔寬度確定, ：軸環(huán)寬度， 3.7軸的校核 以中間軸為例： 3.7.1 軸的力學(xué)模型的建立[12] 軸上里的作用點位置和指點跨距的確定 齒輪對軸的力作用點按簡化原則應(yīng)在齒輪寬度的重點，因此可決定中間軸上兩齒輪力的作用點位置，軸上的30214軸承，從表12-6可知它的負荷中心到軸承外斷面的距離a=25.8mm，故可計算出支點跨距和軸上各力作用點相互位置尺寸。支點（實際33.5mm），低速級小齒輪的力作用點C到支點A距離（實際106.7mm），兩齒輪的力作用點之間的距離（實際147.5mm），高速級大齒輪的力作用點D到右支點B的距離（實際79.2mm）。 繪制軸的力學(xué)模型圖 初步選定高速級小齒輪右旋，高速級大齒輪左旋，根據(jù)中間軸左受軸向力最小的要求，低速級小齒輪的為右旋，低速級大齒輪為右旋，根據(jù)要求的傳動速度方向，控制的軸力學(xué)模型圖5-5。 圖5-5軸力學(xué)模型圖 3.7.2計算軸上的作用力 齒輪3： （5-32） 齒輪4：： 3.7.3計算支反力 垂直面的支反力（XZ平面） 繞支點B的力矩和，得 方向向下 同理由繞支點A的力矩和，得 （5-33） （5-34） 方向向下 由軸上的合力校核： 計算無誤 水平面支反力（XY平面） 繞支點B的力矩和，得 （5-35） 方向向下 同理由繞支點A的力矩和，得 方向向下 由軸上的合力校核： 計算無誤 1． A點總支反力 （5-36） B點總支反力 3.7.4繪制轉(zhuǎn)矩彎矩圖 垂直面內(nèi)的彎矩圖 C處彎矩： （5-37） D處彎矩： 水平面內(nèi)的彎矩圖 C處彎矩： D處彎矩： 合成彎矩圖 C處： D處： 轉(zhuǎn)矩： 因為是單向回轉(zhuǎn)軸，所以扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力視為脈動循環(huán)變應(yīng)力，折算小數(shù) C處： D處： 3.7.5彎扭強度校核 進行校核時，通常只校核軸上承受最大彎矩和最大轉(zhuǎn)矩的界面（即危險界面C）的強度： （5-38） 根據(jù)選定的軸的材料45鋼，調(diào)質(zhì)處理，由所引用教材表15-1查得 ，因，故強度足夠。 3.8 鍵的選擇與校核 這里只以中間軸上的鍵為例，由中間部的細部結(jié)構(gòu)設(shè)計，選定高速級大齒輪處鍵為，標記：鍵,低速級小齒輪處鍵2為，由于是同一根軸上的鍵，傳遞的轉(zhuǎn)矩相同，所以，只需要校核斷的鍵1即可，齒輪軸段d=80mm，鍵的工作長度L-b=100-22=78mm，鍵的接觸角度，傳遞的轉(zhuǎn)矩，按所引用教材表5-2查處鍵靜聯(lián)接時的擠壓許用應(yīng)力為，（鍵，齒輪輪轂，軸的材料均為45鋼調(diào)質(zhì)） 鍵聯(lián)接強度足夠 3.9 滾動軸承的選擇與校核[9] 以中間軸上的滾動軸承為例 3.9.1滾動軸承的選擇 根據(jù)載荷及速度情況，擬定選用圓錐滾子軸承，由中間軸的設(shè)計，選取30214， 其基本參數(shù)查表，,，，, 3.9.2滾動軸承的校核 軸承受力圖如圖所示： 圖5-6軸承受力圖 徑向載荷 根據(jù)軸的分析，可知：A點總支反力 B點總支反力 軸向載荷 外部軸向力,從最不利受力情況考慮，指向A處1軸承（方向向左），軸承派生軸向力由圓錐滾子軸承的計算公式求出： ，（方向向右） （5-39） ，（方向向左） 因為： 所以A處1軸承被壓緊，B處2軸承放松，故 當量動載荷P 根據(jù)工況（中等沖擊，中等慣性力），由所引用教材表12-6查處載荷系數(shù) 1軸承：因 由表12-5可知 （5-40） 2軸承：因 4液壓分度盤的設(shè)計和計算[4]： 數(shù)控機床（主要是鉆床、鏜床和銑鏜床）的分度工作臺與數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺不同，它只能完成分度運動，而不能實現(xiàn)圓周進給。由于結(jié)構(gòu)上的原因，通常分度工作臺的分度運動只限于某些規(guī)定的角度（如90°、60°或45°等）。機床上的分度傳動機構(gòu)，它本身很難保證工作臺分度的高精度要求，因此常需要定位機構(gòu)和分度機構(gòu)結(jié)合在一起，并由夾緊裝置保證機床工作時的安全可靠。 4.1 齒盤式分度工作臺 齒盤式分度工作臺是數(shù)控機床和其他加工設(shè)備中應(yīng)用很廣大的一種分度裝置。它既可以作為機床的標準附件，用T型螺釘緊固在機床工作臺上使用，也可以和數(shù)控機床的工作臺設(shè)計成一個整體。齒盤分度機構(gòu)的向心多齒嚙合，應(yīng)用了誤差平均原理，因而能夠獲得較高的分度精度和定心精度（分度精度為±0.5～±3s）。 現(xiàn)介紹Z6525·8型轉(zhuǎn)塔式坐標臥式鉆床的齒盤式分度工作臺，下圖為分度工作臺的結(jié)構(gòu)圖。 圖5-7分度工作臺結(jié)構(gòu)圖 齒盤式分度工作臺主要由工作臺、底座、壓緊液壓缸、分度液壓缸和一對齒盤等零件組成。齒盤是保證分度精度的關(guān)鍵零件，每個齒盤的端面均加工有數(shù)目相同的三角形齒（z=120或180），兩個齒盤嚙合時，能自動確定周向和徑向的相對位置。 齒盤式分度工作臺分度運動時，其工作過程分為四個步驟： (1)分度工作臺上升且齒盤脫離嚙合 當需要分度時，數(shù)控裝置發(fā)出分度指令（也可用手動按鈕進行手動分度）。這是，二位三通電磁換向閥A的電磁鐵通電，分度工作臺1中央的差動式壓緊液壓缸下腔13從管道4進壓力油，于是活塞3向上移動，液壓缸上腔14的油液經(jīng)管道2、電磁閥A再進入液壓缸下腔13，形成差動?；钊?上移時，通過推力軸承5使分度工作臺1也向上抬起，齒盤6和7脫離嚙合（上齒盤6固定在工作臺1上，下齒盤7固定在底座上）。同時，固定在工作臺回轉(zhuǎn)軸下端的推力軸承10和齒輪11也向上與外齒輪12嚙合，完成了分度前的準備。 (2)工作臺回轉(zhuǎn)分度 當分度工作臺1向上抬起時，推桿8在彈簧作用下也同時抬起，推桿9向右移動，于是微動開關(guān)D的觸頭松開，使二位四通電磁換向閥的電磁鐵通電，壓力油從管道15進入分度液壓缸左腔16，于是齒條活塞17向右移動，右腔19中油液經(jīng)管道18、節(jié)流閥流回郵箱。當齒條活塞17向右移動時，與它嚙合的外齒輪12便做逆時針方向回轉(zhuǎn)，由于外齒輪12與內(nèi)齒輪11已經(jīng)嚙合，分度工作臺也隨著一起回轉(zhuǎn)相應(yīng)的角度。分度運動的速度，可由回油管道18中的節(jié)流閥控制。當外齒輪12開始回轉(zhuǎn)時，其上的擋塊21就離開推桿22，微動開關(guān)C的觸頭松開，通過互鎖電路，使電磁閥的電磁鐵不準通電，始終保持工作臺處于抬升狀態(tài)。按設(shè)計要求，當齒條活塞17移動113㎜時，工作臺回轉(zhuǎn)90°，回轉(zhuǎn)角度的近似值由微動開關(guān)和擋鐵20控制。 (3)分度工作臺下降并定位壓緊 當工作臺回轉(zhuǎn)90°位置附近，其上的擋鐵20壓推桿23，微動開關(guān)E的觸頭被壓緊，使電磁閥A的電磁鐵斷電，壓緊液壓缸上腔14從管道2進壓力油，下腔13中的油從管道4經(jīng)節(jié)流閥回油箱，活塞3帶動分度工作臺下降，上、下齒盤在新的位置重新嚙合，并定位夾緊。管道4中的節(jié)流閥用來限制工作臺的下降速度，保護齒面不受沖擊。 (4)分度齒條活塞退回 當分度工作臺下降時，推桿8受壓，使推桿9左移，于是微動開關(guān)D的觸頭被壓緊，使電磁換向閥B的電磁鐵斷電，壓力油從管道18進入分度液壓缸右腔19，齒條活塞17左移，左腔16的油液從管道15流回油箱。齒條活塞17左移時，帶動外齒輪12作順時針回轉(zhuǎn)，但因工作臺下降時，內(nèi)齒輪11也同時下降與外齒輪12脫開，故工作臺保持靜止狀態(tài)。外齒輪12作順時針回轉(zhuǎn)90°時，其上擋塊21又壓推桿22，微動開關(guān)C的觸頭又被壓緊，外齒輪就停止轉(zhuǎn)動而回到原始位置。當擋鐵20離開推桿23，微動開關(guān)E的觸頭又被松開，通過自保電路保證電磁換向閥A的電磁鐵斷電，工作臺始終處于壓緊狀態(tài)。 齒盤式分度工作臺和其他分度工作臺相比，具有重復(fù)定位精度高、定位剛性好和結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點。齒盤接觸面大、磨損小和壽命長，而且隨著使用時間的延續(xù)，定位精度還有進一步提高的趨勢【8】。 4.2水平液壓缸的選取 液壓缸是液壓裝置中將液壓能轉(zhuǎn)換為機械能，實現(xiàn)直線往復(fù)運動式擺動往復(fù)運動的執(zhí)行元件 參考同類型的機床，取液壓缸的工作壓力位1Mpa. 查《液壓氣動技術(shù)速查手冊》表4-1，液壓缸的類型及特性，根據(jù)工作要求選取雙活塞缸，等速行程式缸，活塞兩端桿徑相同，活塞正反向運動時，輸出推力和速度均相同缸筒內(nèi)徑計算： 取圓整標準直徑：D=125mm 缸筒采用鑄鋼，缸筒壁厚的計算： 根據(jù)《新編液壓工程手冊》 -液壓缸的額定壓力16Mpa 因為，應(yīng)按下式校核： 所以符合。 外壁直徑 缸筒底部厚度計算 缸筒底部為平面時，其厚度可以按照下列公式計算： -底部厚度 -計算厚度處的直徑 -額定壓力Mpa -缸筒底部材料的許用應(yīng)力 5 使用說明書（SM）[4] 5.1 主要參數(shù) 工件直徑最大：3000mm 模數(shù)：30 工件材料硬度：hbs240 刀具垂直行程：1000mm， 滾刀中心距工作臺面距離：450--1450 滾刀轉(zhuǎn)速：20---200 立柱水平行程：1700 從輸入到輸出各軸輸入功率分別是：60.1 59.499 55.394 52.115 49.030 齒輪傳動比從高速到低速依次是：2.58 3.984 3.065 5.1.1 數(shù)控銑齒機的結(jié)構(gòu) 數(shù)控銑床一般由數(shù)控系統(tǒng)、主傳動系統(tǒng)、進給伺服系統(tǒng)、冷卻潤滑系統(tǒng)等幾大部分組成。 5.1.2 刀架結(jié)構(gòu) 數(shù)控銑床上所采用的刀具要根據(jù)被加工零件的材料、幾何形狀、表面質(zhì)量要求、熱處理狀態(tài)、切削性能及加工余量等，選擇剛性好、耐用度高的刀具并保證刀具所需功率在機床額定功率范圍以內(nèi)。通過變速箱對刀的轉(zhuǎn)速進行控制。 5.1.3 驅(qū)動機構(gòu) 伺服電機，大齒輪小齒輪，減速器，機架等 5.2 數(shù)控銑齒機的工作原理 根據(jù)零件形狀、尺寸、精度和表面粗糙度等技術(shù)要求制定加工工藝，選擇加工參數(shù)。通過手工編程或利用CAM 軟件自動編程，將編好的加工程序輸入到控制器?？刂破鲗庸こ绦蛱幚砗?，向伺服裝置傳送指令。伺服裝置向伺服電機發(fā)出控制信號。主軸電機使刀具旋轉(zhuǎn)，X、Y 和Z向的伺服電機控制刀具和工件按一定的軌跡相對運動，從而實現(xiàn)工件的切削。 數(shù)控銑床主要由床身、銑頭、縱向工作臺、橫向床鞍、升降臺、電氣控制系統(tǒng)等組成。能夠完成基本的銑削、鏜削、鉆削、攻螺紋及自動工作循環(huán)等工作，可加工各種形狀復(fù)雜的凸輪、樣板及模具零件等。數(shù)控銑床的床身固定在底座上，用于安裝和支承機床各部件，控制臺上有彩色液晶顯示器、機床操作按鈕和各種開關(guān)及指示燈?？v向工作臺、橫向溜板安裝在升降臺上，通過縱向進給伺服電機、橫向進給伺服電機和垂直升降進給伺服電機的驅(qū)動，完成X、Y、Z坐標的進給。電器柜安裝在床身立柱的后面，其中裝有電器控制部分。5.3潤滑使用及維修 各軸承座和變速箱中定期充注食品級潤滑油，工作初期應(yīng)注意油的清潔，如果臟掉立即換油，換油同時應(yīng)清除機體內(nèi)的污物。必須定期檢查油的質(zhì)量。[12] 工作初期當齒面出現(xiàn)擦傷現(xiàn)象時，如擦傷所占面積不大于齒工作面的20%，允許用油石或刮刀修正。 如需打開機蓋維修時，要注意密封，可用機蓋上螺孔用螺釘打開，切勿敲擊密合面。檢修完檢查密合面及通蓋有無碰傷，密封膠洗凈沒有，否則會引起漏油。 6標準化審核報告（BS）[7] 6.1 產(chǎn)品圖樣的審查 數(shù)控銑床銑外齒刀架結(jié)構(gòu)的設(shè)計已經(jīng)基本完成，現(xiàn)以具備全套圖紙和一線基本數(shù)據(jù)，根據(jù)有關(guān)規(guī)定，對其進行標注化審查，結(jié)果如下： （1） 產(chǎn)品的圖樣完整、統(tǒng)一、表達準確清楚、圖樣清楚。符合GB4440-84、GB-83《機械制圖》的規(guī)定。 （2） 產(chǎn)品圖樣公差與配合的選擇與標準符合GB/T1800、3-1998的規(guī)定。 （3） 產(chǎn)品圖樣的編號符合JB/T5054.5-2000《中華人民共和國機械行業(yè)標準》產(chǎn)品圖樣及設(shè)計的完整性。 （4） 圖紙的標題欄與明細欄符合GB/T10609. 1-1989GB/T10690. 2-1989的規(guī)定。 （5） 產(chǎn)品圖樣粗糙度的標注符合GB131-83《表面特征代號及注法》的規(guī)定。 （6） 產(chǎn)品圖樣焊縫的代號符合GB324-80《焊縫代號》的規(guī)定。 6.2 產(chǎn)品技術(shù)文件的審查 （1） 產(chǎn)品的技術(shù)文件名稱、術(shù)語符合ZB/TJ01和0351-90《產(chǎn)品圖樣及設(shè)計文件術(shù)語》及有關(guān)標準的規(guī)定。 （2） 量和單位符合GB3100—GB3102-93的規(guī)定。 （3）技術(shù)文件所用的編碼符合JB/T8823-1998《機械工業(yè)企業(yè)計算機輔助管理信息分類編碼導(dǎo)則》的規(guī)定。 （4）技術(shù)文件的完整性符合JB/T5054.5-2000《產(chǎn)品圖樣及技術(shù)文件完整性》的規(guī)定及農(nóng)機部門的有關(guān)具體要求。 6.3 標注件的使用情況 本設(shè)計所用的緊固件均采用標準的螺栓，材料及材料代號也符合國家標準和部頒標準的相關(guān)規(guī)定。 6.4 審查結(jié)論 經(jīng)過對刀架裝置和傳動設(shè)計的標準化審查，認為該設(shè)計基本貫徹了國家最新頒發(fā)的各種標準，圖紙和設(shè)計文件完整齊全，符合標準化得要求。 7結(jié) 論 （1） 工序集中 數(shù)控機床一般帶有可以自動換刀的刀架、刀庫，換刀過程由程序控制自動進行，因此，工序比較集中，減少機床占地面積，節(jié)約廠房，同時減少或沒有中間環(huán)節(jié)（如半成品的中間檢測、暫存搬運等），既省時間又省人力。 （2） 自動化程度高 數(shù)控機床加工時，不需人工控制刀具，自動化程度高，對操作工人的要求降低。數(shù)控操作工在數(shù)控機床上加工出的零件比普通工在傳統(tǒng)機床上加工出的零件精度高，而且省時、省力，降低了工人的勞動強度。 （3） 本文介紹了數(shù)控銑齒機的刀的基本結(jié)構(gòu)，工作原理，銑齒機有關(guān)部件的計算及控制； （4）該數(shù)控滾銑一體機利用展成法原理，加工直、斜圓柱齒輪、蝸輪、小錐度齒輪、鼓形齒輪、及花鍵,該機床適用于重型汽車制造、起重機械、礦山、船舶制造、電梯、冶金、發(fā)電設(shè)備、工程機械行業(yè)等。 （5）產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定　數(shù)控機床的加工自動化，免除了普通機床上工人的疲勞、粗心等人為誤差，提高了產(chǎn)品的一致性。 （6）加工效率高　數(shù)控機床的自動換刀等使加工過程緊湊，提高了勞動生產(chǎn)率。 （7）柔性化高　改變數(shù)控加工程序，就可以在數(shù)控機床上加工新的零件，且又能自動化操作，柔性好，效率高，因此數(shù)控機床很適應(yīng)市場競爭。 （8）數(shù)控滾銑一體機，主要功能是在一個機床本體上，既能完成工件外齒的滾削任務(wù)，又能完成內(nèi)齒銑削任務(wù)，該機床具有高效，高剛度的特點。  參考文獻 [1]李洪.《實用機床設(shè)計手冊》[M] .遼寧:遼寧科學(xué)技術(shù)出版社，1995.15-18 [2]現(xiàn)代實用機床設(shè)計手冊編委會編.《現(xiàn)代實用機床設(shè)計手冊》[M]下冊. 機械工業(yè)出版社,2001.28-31 [3]齊占天 .《機床電器控制技術(shù)》[M]. 燕山大學(xué):機械工業(yè)出版社,1986.34-36 [4]文懷興 , 夏天《數(shù)控機床系統(tǒng)設(shè)計》[M] . 化工業(yè)出版社,1998.26-28 [5]龐懷玉 .《機械制造工程學(xué)》 [M] . 機械工業(yè)出版社,1997.32-36 [6] 施平 .《機電工程專業(yè)英語》[M]. 哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社,2005.32-35 [7]段玉鳳.《機械設(shè)計課程設(shè)計》[M]. 機械工業(yè)出版社,2006.48-50 [8]任玉田 ,包杰 ,喻逸君, 焦振學(xué),等?！缎戮帣C床數(shù)控技術(shù)》[M] . 北京理工大學(xué)出版社,2005.62-65 [9]熊詩波, 黃長藝 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