畢業(yè)設(shè)計（論文）液壓剪板機的結(jié)構(gòu)設(shè)計

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1、 哈爾濱工業(yè)大學華德應(yīng)用技術(shù)學院畢業(yè)論文 哈爾濱工業(yè)大學華德應(yīng)用技術(shù)學院 畢業(yè)設(shè)計（論文） 題 目：液壓剪板機的結(jié)構(gòu)設(shè)計 系 （部） 專 業(yè) _ 學 生 學 號 班 號 指導(dǎo)教師 答辯日期 年 月 日 哈工大華德學院

2、 哈工大華德學院畢業(yè)設(shè)計（論文）評語 姓名： 郝寶東 學號： 1089511106專業(yè)：機械設(shè)計制造及其自動化 畢業(yè)設(shè)計（論文）題目： 液壓剪板機的結(jié)構(gòu)設(shè)計 工作起止日期：______ 年____ 月____ 日起 ______ 年____ 月____ 日止 指導(dǎo)教師對畢業(yè)設(shè)計（論文）進行情況，完成質(zhì)量及評分意見： _________________

3、____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

4、_________________________________________________________________________ _ 指導(dǎo)教師簽字： 指導(dǎo)教師職稱： 評閱人評閱意見： _________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

5、_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________________________________

6、___________ 評閱教師簽字：_______________ 評閱教師職稱：_______________ 答辯委員會評語： _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

7、_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ 根據(jù)畢業(yè)設(shè)計（

8、論文）的材料和學生的答辯情況，答辯委員會作出如下評定： 學生 畢業(yè)設(shè)計（論文）答辯成績評定為： 對畢業(yè)設(shè)計（論文）的特殊評語： ____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

9、__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

10、 答辯委員會主任（簽字）： 職稱：______________ 答辯委員會副主任（簽字）： 答辯委員會委員（簽字）：___________ ___________ ___________ __________ __________ __________ __________ __________

11、 年 月 日 哈工大華德學院畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書 IV - - 第一章 緒 論 1.1課題背景 我國機床產(chǎn)量居世界第四，但高檔數(shù)控機床仍主要靠進口。專家指出，要使我國機床水平得到整體提升，就要加大數(shù)控機床的研發(fā)力度。 近年來，我國數(shù)控機床一直保持兩位數(shù)增長。去年產(chǎn)值達 260 億元，產(chǎn)量居四屆第四。但與發(fā)達國家相比， 造業(yè)的工作母機，是實現(xiàn)制造技術(shù)和裝備現(xiàn)代

12、化的關(guān)鍵，是保證高技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展和國防軍工現(xiàn)代化的戰(zhàn)略裝備。因此，國際上一些發(fā)達國家一直把高性能數(shù)控機床作為戰(zhàn)略物資而嚴加控制，限制我國進口高性能數(shù)控機床。隨著世界科技進步和制造業(yè)的發(fā)展，機床工業(yè)作為制造業(yè)的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)和國防軍工發(fā)展的戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)，其地位和作用越來越明顯。數(shù)控機床作為機床工業(yè)的主流產(chǎn)品，已成為實現(xiàn)裝備制造業(yè)現(xiàn)代化的關(guān)鍵設(shè)備，數(shù)控機床的擁有量及其性能水平的高低是衡量一個國家綜合實力的重要標志。振興裝備制造業(yè)首先要發(fā)展機床工業(yè)，重點是發(fā)展數(shù)控機床，這已被近代世界產(chǎn)業(yè)發(fā)展史所證實。從總體來看，我國機床工業(yè)與世界先進水平相比，差距仍然十分明顯：一是國產(chǎn)高檔數(shù)控機床在品種、水平和數(shù)量上遠遠滿足不

13、了國內(nèi)發(fā)展要求，高檔數(shù)控機床目前仍然大量進口；二是數(shù)控機床功能部件和數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展滯后，成為我國數(shù)控機床產(chǎn)業(yè)發(fā)展瓶頸；三是機床制造企業(yè)技術(shù)裝備水平不高，制造能力、綜合管理和服務(wù)能力等方面不能滿足市場快節(jié)奏的發(fā)展的要求?？梢哉f，我們的高速發(fā)展更多的是依靠中低檔機床數(shù)量的膨脹，而在技術(shù)含量高、利潤大、持續(xù)生命力強的高端市場，我們與國際品牌差距甚大。以加工中心為例，國產(chǎn)立式加工中心以低廉的價格、基本可靠的性能和質(zhì)量占據(jù)了國內(nèi)大部分市場，而在臥式加工中心等高自動化、高附加值、高利潤的產(chǎn)品市場卻很少見達到量產(chǎn)的本土企業(yè)。臥式加工中心以其加工適用面廣、自動化程度而大量配置在汽車及配套件生產(chǎn)線上，而現(xiàn)階段汽車

14、及配套件生產(chǎn)線幾乎完全是進口臥式加工中心的天下。 1.2數(shù)控機床的發(fā)展趨勢 （1）高精度化 現(xiàn)代科學技術(shù)的發(fā)展，新材料及新零件的出現(xiàn)，對精密加工技術(shù)不斷提出新的要求，提高加工精度，發(fā)展新型超精密加工機床，完善精密加工技術(shù)，適應(yīng)現(xiàn)代科技的發(fā)展，已經(jīng)成為數(shù)控機床的發(fā)展方向之一。 （2）高速化 提高生產(chǎn)率是數(shù)控機床追求的基本目標之一。數(shù)控機床高速化可充分發(fā)揮現(xiàn)代刀具材料的性能，不但可大幅度提高加工效率，降低加工成本。而且還可提高零件的表面加工質(zhì)量和精度，對制造業(yè)實現(xiàn)高效、優(yōu)質(zhì)、低成本生產(chǎn)具有廣泛的適應(yīng)性。 （3）高柔性化 采用柔性自動化設(shè)備或系統(tǒng)，提高加工精度和效率，縮短生產(chǎn)周期，適

15、應(yīng)市場變化需求和提高競爭能力的有效手段，數(shù)控機床在提高單機柔性化的同時，朝著單位元柔性化和系統(tǒng)柔性化方向發(fā)展。 （4）高自動化 高自動化是指在全部加工過程中盡量減少人的介入而自動完成規(guī)定的任務(wù)，它包括物料流和信息流的自動化。 （5）智能化 隨著人工智能在計算機領(lǐng)域的不斷滲透與發(fā)展，為適應(yīng)制造業(yè)生產(chǎn)柔性、自動化發(fā)展需求，智能化正成為數(shù)控機床研究及發(fā)展特點，它不僅貫穿在生產(chǎn)加工的全過程（如智能編程、智能數(shù)據(jù)庫、智能監(jiān)控），還貫穿在產(chǎn)品的售后服務(wù)和維修中，目前采用的主要技術(shù)措施包括以下幾個方面。 自適應(yīng)控制技術(shù) 自適應(yīng)控制可根據(jù)切屑條件的變化，自動調(diào)解工作參數(shù)，是加工過程中能保持最佳工作

16、狀態(tài)，從而得到較高的加工精度和較小的表面粗糙度，同時能提高刀具的使用壽命和設(shè)備的生產(chǎn)效率，達到改進系統(tǒng)運行狀態(tài)的目的。如通過監(jiān)控切屑過程中的刀具磨損、破損、切屑形態(tài)、切屑力及零件的加工質(zhì)量等，向制造系統(tǒng)反饋信息，通過將過程控制、過程監(jiān)控、過程優(yōu)化結(jié)合在一起，實現(xiàn)自適應(yīng)調(diào)節(jié)。 專家系統(tǒng)技術(shù) 將專家經(jīng)驗和切屑加工一般規(guī)律與特殊規(guī)律存入計算機中，以加工工藝參數(shù)數(shù)據(jù)庫為支撐，建立具有人工智能的專家系統(tǒng)，提過經(jīng)過優(yōu)化的切屑參數(shù)，使加工系統(tǒng)始終處于最優(yōu)和最經(jīng)濟的工作狀態(tài)，從而提高編程效率和降低對操作人員的技術(shù)要求，縮短生產(chǎn)準備時間。 股沾自診斷、自修復(fù)技術(shù) 在整個工作狀態(tài)中，系統(tǒng)隨時對CNC系統(tǒng)本

17、身以及其相連的各種設(shè)備進行自診斷和檢查。出現(xiàn)故障時，立即采用停機等措施，進行故障報警，提示發(fā)生故障的部位、原因等，并利用技術(shù)，自動使故障模塊脫機，而接通備用模塊，以確保無人化工作環(huán)境的要求。 智能化交流伺服驅(qū)動技術(shù) 目前已開始研究能自動識別負載并自動調(diào)節(jié)參數(shù)的智能化伺服系統(tǒng)，包括智能主軸交流驅(qū)動裝置和智能化進給伺服系統(tǒng)裝置，使驅(qū)動系統(tǒng)獲得最佳運行。 模式識別技術(shù) 應(yīng)用圖像識別和聲控技術(shù)，使機器自己辨認圖樣，按照自然語音命令進行。 （6）復(fù)合化復(fù)合化包括工序復(fù)合化和功能復(fù)合化。數(shù)控機床的發(fā)展已模糊了粗、精加工工序的概念。加工中心的出現(xiàn)，又把車、銑、鏜等工序集中到一臺機床來完成，打破了傳

18、統(tǒng)的工序界限和分開加工的工藝規(guī)程，可最大限度的提高設(shè)備的利用率。為了進一步提高工效，數(shù)控機床又采用了多主軸、多面體切屑，即同時對一個零件的不同部位進行不同方式的切屑加工，如各類五面體加工中心。另外，數(shù)控系統(tǒng)的控制軸數(shù)也在不斷增加，有的多達15軸，其同時聯(lián)動的軸數(shù)已達六軸。 （7）高可靠性 數(shù)控機床的可靠性一直是用戶最關(guān)心的。數(shù)控系統(tǒng)將采用更高集成度的電路芯片，利用大規(guī)模的專用及混合式集成電路，以減少元器件的數(shù)量，提高可靠性。通過硬件功能軟件化，以適應(yīng)各種控制功能的要求，同時采用硬件結(jié)構(gòu)機床本體的模塊化、標準化和通用化及系列化，提高硬件生產(chǎn)批量，以便于組織生產(chǎn)和質(zhì)量把關(guān)。 （8）網(wǎng)絡(luò)化

19、為了適應(yīng)FMC、FMS以及進一步聯(lián)網(wǎng)組成CIMS的要求，先進的CNC系統(tǒng)為用戶提供了強大的聯(lián)網(wǎng)功能，除有RS232串行接口、RS422等接口外，還帶有遠程緩沖功能的DNC接口，可以實現(xiàn)幾臺數(shù)控機床之間的數(shù)據(jù)通信和直接對幾臺數(shù)控機床進行控制。 （9）開放式體系結(jié)構(gòu) 20世紀90年代以后，計算機技術(shù)的飛速發(fā)展推動數(shù)控機床技術(shù)更快的更新?lián)Q代，世界上許多數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠家利用PC機豐富的軟硬件資源開發(fā)開放式體系結(jié)構(gòu)的新一代數(shù)控系統(tǒng)。開放式體系結(jié)構(gòu)可以大量采用通用微機的先進技術(shù)，其新一代數(shù)控系統(tǒng)的硬件、軟件和總線規(guī)范都是對外開放的，由于有充足的軟、硬件資源可供利用，不僅使數(shù)控系統(tǒng)制造商和用戶進行系統(tǒng)集

20、成得到有力的支持，而且也為用戶的二次開發(fā)帶來極大方便，促使了數(shù)控系統(tǒng)多檔次，多品種的來發(fā)和廣泛應(yīng)用。 1.3我國數(shù)控機床發(fā)展現(xiàn)狀及思考 我國數(shù)控技術(shù)的發(fā)展起步于二十世紀五十年代，通過“六五”期間引進數(shù)控技術(shù)，“七五”期間組織消化吸收“科技攻關(guān)”，我國數(shù)控技術(shù)和數(shù)控產(chǎn)業(yè)取得了相當大的成績。特別是最近幾年，我國數(shù)控產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，1998～2004年國產(chǎn)數(shù)控機床產(chǎn)量和消費量的年平均增長率分別為39.3%34.9%。盡管如此，進口機床的發(fā)展勢頭依然強勁，從2002年開始，中國連續(xù)三年成為世界機床消費第一大國、機床進口第一大國，2004年中國機床主機消費高達94.6億美元，但進出口逆差嚴重，國產(chǎn)

21、機床市場占有率連年下降，1999年是33.6%，2003年僅占27.7%。1999年機床進口額為8.78億美元(7624臺)，2003年達27.1億美元(23320臺)，相當于同年國內(nèi)數(shù)控機床產(chǎn)值的2.7倍。國內(nèi)數(shù)控機床制造企業(yè)在中高檔與大型數(shù)控機床的研究開發(fā)方面與國外的差距更加明顯，70%以上的此類設(shè)備和絕大多數(shù)的功能部件均依賴進口。由此可以看出國產(chǎn)數(shù)控機床特別是中高檔數(shù)控機床仍然缺乏市場競爭力，究其原因主要在于國產(chǎn)數(shù)控機床的研究開發(fā)深度不夠、制造水平依然落后、服務(wù)意識與能力欠缺、數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)應(yīng)用推廣不力及數(shù)控人才缺乏等 我們應(yīng)看清形勢，充分認識國產(chǎn)數(shù)控機床的不足，努力發(fā)展先進技術(shù)，加大

22、技術(shù)創(chuàng)新與培訓服務(wù)力度，以縮短與發(fā)達國家之間的差距。 目前，數(shù)控機床的發(fā)展日新月異，高速化、高精度化、復(fù)合化、智能化、開放化、并聯(lián)驅(qū)動化、網(wǎng)絡(luò)化、極端化、綠色化已成為數(shù)控機床發(fā)展的趨勢和方向。 中國作為一個制造大國，主要還是依靠勞動力、價格、資源等方面的比較優(yōu)勢，而在產(chǎn)品的技術(shù)創(chuàng)新與自主開發(fā)方面與國外同行的差距還很大。中國的數(shù)控產(chǎn)業(yè)不能安于現(xiàn)狀，應(yīng)該抓住機會不斷發(fā)展，努力發(fā)展自己的先進技術(shù)，加大技術(shù)創(chuàng)新與人才培訓力度，提高企業(yè)綜合服務(wù)能力，努力縮短與發(fā)達國家之間的差距。力爭早日實現(xiàn)數(shù)控機床產(chǎn)品從低端到高端、從初級產(chǎn)品加工到高精尖產(chǎn)品制造的轉(zhuǎn)變，實現(xiàn)從中國制造到中國創(chuàng)造、從制造大國到制造

23、強國的轉(zhuǎn)變。 第二章 總體設(shè)計 2.1 概述 為使兩級大齒輪相近取主傳動系統(tǒng)是用來實現(xiàn)機床主運動的傳動系統(tǒng)，它具有一定的轉(zhuǎn)速和一定的變速范圍，以便采用不同材料的刀具，加工不同材料、不同尺寸、不同要求的工作，并能方便的實現(xiàn)運動的開停、變速、換向和制動等。 數(shù)控機床主傳動系統(tǒng)主要包括電動機、傳動系統(tǒng)和主軸部件，它與普通機床的主傳動系統(tǒng)相比在結(jié)構(gòu)上比較簡單，這是因為變速功能全部或大部分由主軸電動機的無級調(diào)速來承擔，省去了復(fù)雜的齒輪變速機構(gòu)，有些只有二機或三級齒輪變速系統(tǒng)用以擴大主軸的無極調(diào)速范圍。 2.2 數(shù)控機床主傳動系統(tǒng)特 與普通機床相比，數(shù)控機床主傳動系統(tǒng)具有下列特

24、點。 （1）轉(zhuǎn)速高、功率大 它能使數(shù)控機床進行大功率切屑和高速切屑，實現(xiàn)高效率加工。 （2）變速范圍寬 數(shù)控機床的主傳動系統(tǒng)有較寬的調(diào)速范圍，一般Rn>100，以保證加工時能選用合理的切屑用量，從而獲得最佳的生產(chǎn)率、加工精度和表面質(zhì)量。 （3）主軸變速迅速可靠 數(shù)控機床的變速是按照控制指令自動進行的，因此變速機構(gòu)必須適應(yīng)自動操作的要求。由于直流和交流伺服主軸伺服電動機的調(diào)速系統(tǒng)日趨完善，所以不僅能夠方便的是現(xiàn)寬的變速范圍無級變速，而且減少了中間傳遞環(huán)節(jié)，提高了變速控制可靠性。 （4）主軸組件的耐磨性高，使傳動系統(tǒng)具有良好的精度保持性 凡有機械摩擦的部位如軸承、錐孔等都有足夠的硬

25、度，軸承處有良好的潤滑【1】。 2.3 主傳動系統(tǒng)的設(shè)計要求 （1）主軸具有一定的轉(zhuǎn)速和足夠的轉(zhuǎn)度范圍、轉(zhuǎn)速級數(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)運動的開停、變速換向和制動，以滿足機床的運動要求。 （2）主電動機具有足夠的功率、全部結(jié)構(gòu)和元件具有足夠的強度和剛度，以滿足機床的動力要求。 （3）主傳動的有關(guān)結(jié)構(gòu)，特別是主軸組件要有足夠高的精度、抗震性，熱變形和噪聲小，傳動效率高，以滿足機床的工作性能要求。 （4）操縱靈活可靠，調(diào)整維修方便，潤滑密封良好，以滿足機床的使用要求。 （5）結(jié)構(gòu)簡單緊湊，工藝性好，成本低，滿足經(jīng)濟性要求。 2.4 數(shù)控機床主傳動系統(tǒng)配置方式 數(shù)控機床的調(diào)速是按照控制指令自動

26、執(zhí)行的，因此變速機構(gòu)必須適應(yīng)自動操作的要求。在主傳動系統(tǒng)中，目前多采用交流主軸伺服電動機和直流伺服主軸電動機無極調(diào)速系統(tǒng)。為擴大調(diào)速范圍，適應(yīng)低轉(zhuǎn)速大轉(zhuǎn)矩的要求，也經(jīng)常應(yīng)用齒輪有極調(diào)速和電動機無級調(diào)速相結(jié)合的調(diào)速方式。 （1）帶有變速齒輪的主傳動 大、中型主控機床采用這種變速方式。如圖2-1a所示，通過少數(shù)幾對齒輪降速，擴大輸出轉(zhuǎn)矩，以滿足主軸低速時對輸出轉(zhuǎn)矩特性要求。數(shù)控機床在交流或直流伺服電動機無級變速的基礎(chǔ)上配以齒輪變速，使之成為分段無級變速?；讫X輪大都采用液壓缸加撥叉，或者直接由液壓缸帶動齒輪來實現(xiàn)。 （2）通過帶傳動的主傳動 如圖2-1b所示，這種傳動主要應(yīng)用于轉(zhuǎn)速較高、變

27、速范圍不大上的機床。電動機本身的調(diào)速就能滿足要求，不用齒輪變速，可以避免齒輪傳動引起的震動與噪聲。它適用于高速、低轉(zhuǎn)矩特性要求的主軸。常用的是V帶和同步齒形帶。 （3）用兩電動機分別驅(qū)動主軸 如圖2-1c所示，這是上述兩種方式的混合傳動，具有上述兩種性能。高速時電動機通過帶輪直接驅(qū)動主軸旋轉(zhuǎn)；低速時，另一個電動機通過兩級齒輪傳動驅(qū)動主軸旋轉(zhuǎn)，齒輪起到降速和擴大變速范圍作用，這樣就是恒功率區(qū)增大，擴大了變速范圍，克服了低速時轉(zhuǎn)矩不夠且電動機功率不能充分利用的缺陷。 （4）內(nèi)裝電動機主軸傳動結(jié)構(gòu) 如圖2-1d所示，這種主傳動方式大大簡化了主軸箱體與主軸的結(jié)構(gòu)，有效地提高了主軸部件的剛度，但

28、主軸輸出轉(zhuǎn)矩小，電動機發(fā)熱對主軸影響較大。 2-1a變速齒輪傳動的主傳動系統(tǒng) 2-1b靠帶輪傳動的主傳動系統(tǒng) 2-1c兩電機分別驅(qū)動的主傳動系統(tǒng) 2-1d內(nèi)裝電機主軸結(jié)構(gòu)的主傳動系統(tǒng) 2.5 本章總結(jié) 本章先介紹了數(shù)控機床主傳動系統(tǒng)的5個特點：轉(zhuǎn)速高；變速范圍寬；主軸變速迅速可靠；主軸組件的耐磨性高，使傳動系統(tǒng)具有良好的精度保持性。然后介紹了主傳動系統(tǒng)的5點設(shè)計要求。最后介紹了數(shù)控機床主傳動系統(tǒng)的4種配置方式：

29、帶有變速齒輪的主傳動；通過帶輪傳動的主傳動；用兩電機分別驅(qū)動主軸；內(nèi)裝電動機主軸結(jié)構(gòu)。 第3章 臥式加工中心主傳動系統(tǒng)設(shè)計及計算 3.1主傳動設(shè)計方案的確定 加工中心的主傳動系統(tǒng)一般都設(shè)計成一個主軸箱，它主要包括電機、傳動裝置、主軸、主軸軸承、主軸定向機構(gòu)、拉刀裝置及清潔、潤滑和冷卻裝置。 根據(jù)中型機床參數(shù)設(shè)計，所設(shè)計的主傳動配置選用2.4中提到的四種方案的第一種方案即采用變速齒輪的主傳動系統(tǒng)。 在本方案中主軸轉(zhuǎn)速主要是由主軸電動機的無級調(diào)速來實現(xiàn)，由三級齒輪變速系統(tǒng)來擴大電動機無級調(diào)速的范圍。主軸變速分為低速區(qū)域和高速區(qū)域，其中的變幻時通過液壓缸驅(qū)動撥叉來撥動齒輪以及

30、離合器，通過離合器的黏合以及分開來實現(xiàn)變速（如圖3-1）。 圖3-1 傳動軸和電機軸 主軸的定向機構(gòu)是由無觸點開關(guān)和液壓活塞控制。準停前，定向活塞在下面，主軸必須處于停止狀態(tài)。當發(fā)出準停信號后，電機以60轉(zhuǎn)/分轉(zhuǎn)動，經(jīng)齒輪降速使主軸以15轉(zhuǎn)/分轉(zhuǎn)動，無觸點開關(guān)在感應(yīng)塊作用下通電，發(fā)出粗定位信號，主電機停轉(zhuǎn)，傳動齒輪變空擋，主軸以貫性空轉(zhuǎn)，定位活塞向上，定位頂尖進入精定位凹槽內(nèi)，使主軸準停（如圖3-2）。 圖3-2 主軸和電機軸 拉刀裝置是通過蝶形彈簧是拉桿向右移動，通過鋼球加緊刀柄。松刀時，活塞向左移動，推動拉桿

31、也向左移動，使鋼球在到套大徑處時，噴氣頭將刀頂松，刀具即被取走，同時壓縮空氣經(jīng)活塞和拉桿的中心孔從噴氣頭噴出清潔主軸錐孔及刀柄。新刀裝入后，活塞向右，蝶形彈簧又重新夾緊刀柄。（如圖3-2）。通過圖3-3，可以很容易看清楚整個系統(tǒng)的工作原理。 圖3-3 3.2主軸電機的選擇 機床的工況是選擇主電機的依據(jù)，機床零件和結(jié)構(gòu)的強度設(shè)計也是依據(jù)它進行的。它包括切屑功率Nc、空載功率Nmo、附加功率Nmc三部分，即 N=Nc+Nmo+Nmc 其中，切屑功率Nc是按照各個加工情況下叫經(jīng)常遇到的最大切屑力和最大切屑速度來計算，即 Nc=FzV

32、 中Fz是主切屑力（N） V是切屑速度（m/s） 至于空載功率和附加功率在此不考慮。 臥式加工中心主要具有銑、鏜、鉆、攻絲等功能。 以下是用圓柱銑刀來加工碳鋼、青銅、鋁合金、可鍛鑄鐵切屑力的公式 (3-3) 式中 Cfz——切屑力系數(shù) ——側(cè)吃刀量 ——進給量 ——銑刀直徑 ——背吃刀量 Z——銑刀面數(shù) 如果加工灰鑄鐵切屑力的公式為 （3-4） 在加工碳鋼、青銅、鋁合金、可鍛鑄鐵 選擇 Z=3 取

33、因為加工灰鑄鐵時遠小于加工碳鋼的，其算出的功率也一定小于加工碳鋼的Pe所以取電機功率為7.5kw。 所選取的是1PH4型水冷式主軸電機，它具有以下的優(yōu)點：功率/重量比高：體積小;冷卻的法蘭盤，用以隔離機械傳動系的熱應(yīng)力：保護等級高。 它的電機額定功率是7.5kw，額定轉(zhuǎn)速時1500r/min，最大轉(zhuǎn)速是9000r/min，額定轉(zhuǎn)矩是48NM. 圖3-31PH4型水冷式主軸電機 3.3繪制轉(zhuǎn)速圖 采用2對滑移齒輪架一對固定齒輪來輔助系統(tǒng)變速，來擴大恒功率區(qū)的變速范圍。其轉(zhuǎn)速圖為：單位（r/min） 圖3-

34、4轉(zhuǎn)速圖 。 根據(jù)傳動比，我暫時選定3對齒輪的齒數(shù)分別為 24/48,48/24,43/43。 3.4傳動軸直徑初定 （3-5） 式中 d——傳動軸直徑； N——該軸傳動的功率（kw）； ——該軸的計算轉(zhuǎn)速（r/min）； （）——該軸每米長度允許扭轉(zhuǎn)角（deg/m），一般傳動軸?。ǎ?0.5-1。 對于軸1，起計算轉(zhuǎn)速=1500r/min，N=7.5kw，彈性聯(lián)軸器效率1對軸承的效率；取（）=0.8 取 對于齒輪的傳遞效率則；=750r/min 取 主軸前徑直徑 功率在5.6kw-7.3kw時 主

35、軸大徑在75-100mm之間 取D1=90mm，則D2=（0.7-0.85） D1=63-76.5mm 取D2=70mm。 3.5齒輪模數(shù)的初步計算 (3-6) 式中 ——該軸的計算轉(zhuǎn)速（r/min） ——按解除疲勞強度計算的齒輪模數(shù)（mm）； ——驅(qū)動電動機功率（kw）； u——大齒輪齒數(shù)與小齒輪齒數(shù)之比，外齒輪嚙合取“+”號 內(nèi)齒輪嚙合取“—”號； ——小齒輪的齒數(shù)； ——齒寬系數(shù)，=（B為齒寬，m為模數(shù)），； ——許用接觸應(yīng)力（Mpa） ，取 ；取

36、 ；取 套裝在軸上的小齒輪還考慮到齒根圓到它的鍵槽深處的最小尺寸應(yīng)大于基圓齒厚，以防斷裂，則其最小齒數(shù)應(yīng)為 （3-7） 式中 D——齒輪花鍵孔的外徑（mm），單鍵槽的取孔中心至鍵槽槽底的尺寸兩倍 M——齒輪模數(shù)。 Ⅰ軸，D取46， Ⅱ軸，D取50， 因為=24，所以滿足要求，大齒輪不會與軸相碰。 3.6齒輪強度的校核 由于本設(shè)計中主軸上齒輪的轉(zhuǎn)速較低，扭矩較大，因而最為危險。選擇主軸上的齒輪副進行強度校驗?？紤]到此機構(gòu)為一般機械，傳遞的功率7.5kw，并不大，工作環(huán)境良好且為閉式傳動，由于希望

37、齒輪工作壽命長，所以采用大小齒輪硬齒面。選用材料為40Cr，加工方法為高頻淬火。查得，大小齒輪的強度極限，屈服極限，硬度48~55HRC，由于所選齒輪的齒數(shù)相同，所以對該齒輪同時進行齒根彎曲疲勞強度校核和接觸疲勞強度校核。 3.6.1對齒輪進行齒根彎曲疲勞強度校驗 校驗小齒輪齒根彎曲疲勞強度的驗算公式為： （3-8） 式中 N——傳遞的額定功率，由以上的計算知N=6.04kw ——計算轉(zhuǎn)速，由以上的計算知r/min M——齒輪的模數(shù)，m=4mm； B——齒輪的齒數(shù)，B=32mm； Z——齒輪的齒數(shù)，Z=43；

38、 Y——齒形系數(shù)，由文獻【5】表1，查得Y=0.42； ——齒間載荷分布系數(shù)，由文獻【5】圖8.11查得=1.12 ——動載荷系數(shù)，考慮齒輪嚙合內(nèi)部因素引起的附加動載荷， 查得動載荷系數(shù)=1.09； ——工作狀況系數(shù)，由文獻【5】表8.3查得=1.1； ——壽命系數(shù)； ——工作期限系數(shù)； T——齒輪在機床工作期限內(nèi)的總工作時間，取T=Ts/p，取Ts=18000h，p為該變速組的傳動副數(shù)，p=1，則T=18000h。r/min N1——齒輪的最低轉(zhuǎn)速； ——基準循環(huán)次數(shù)，取彎曲載荷=2

39、 M——疲勞曲線指數(shù)，取m=6. 則 ——轉(zhuǎn)速變化系數(shù)，=0.9 ——功率利用系數(shù)，=0.9 ——材料強化系數(shù)，=1 則 ——許用彎曲應(yīng)力，由文獻【15】式8.26， ——計入了齒根應(yīng)力修正系數(shù)之后的實驗齒輪的齒根彎曲疲勞的極限應(yīng)力，查得： ——齒根彎曲強度計算的安全系數(shù)，一般取=1.25 ——彎曲強度計算的壽命系數(shù)，可根據(jù)齒輪的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N查得，取=1.0 則 綜上所述： =90.16Mpa< 滿足使用條件 3.6.2對齒輪進行齒面接觸疲勞強度校驗 由校驗

40、齒輪接觸疲勞強度的驗算公式為 （3-9） 式中 u——齒數(shù)比u==1，外嚙合取+號 ——壽命系數(shù) m——齒輪的模數(shù)，m=4mm； B——大齒輪的齒寬，B=32mm； Z——齒輪的齒數(shù)，Z=43； ——許用接觸應(yīng)力， = （3-10） 式中 ——試驗齒輪的齒面接觸疲勞強度極限，查得=1200Mpa ——接觸疲勞強度計算的壽命系數(shù)【1】 ——為安全系數(shù)，一般取=1.0 所以：=Mpa 綜上所述 校驗合格。 3.7傳動軸強度校驗 3.7.1 傳動軸上

41、的彎曲載荷 齒輪傳動軸同時受輸入扭矩的齒輪驅(qū)動力Qa和輸出扭矩的齒輪驅(qū)動阻力Qb的作用而產(chǎn)生彎曲變形。當齒輪為直齒圓柱齒輪，其嚙合角，齒面摩擦角時，則 Qa（或Qb）= （3-11） 式中 N——該齒輪傳遞的全部功率，N=6.75kw m——齒輪的模數(shù)，輸入輸出扭矩齒輪模數(shù)m=4mm；； Z——齒輪的齒數(shù)，輸入扭矩齒輪Z=48，輸出扭矩齒輪Z=24;； n——該傳動軸的計算工況轉(zhuǎn)速（）； ——該軸輸入扭矩的齒輪計算轉(zhuǎn)矩；=750r/min 所以得齒輪驅(qū)動力Qa==994N 齒輪驅(qū)動阻力Qb

42、==1988N 3.7.2 驗算兩支承傳動軸的彎曲變形 齒輪變速箱里的傳動軸，如果抗彎剛度不足，將破壞軸及齒輪、軸承的正常工作條件，引起軸的橫向振動，齒輪的輪齒偏載，軸承內(nèi)外圈相互傾斜，加劇零件的磨損，降低壽命。該傳動軸為兩支承的實心圓形鋼軸，忽略其支承變形，在單一彎曲載荷作用下，其中點撓度為 (mm) （3-12） 式中 l——兩支承間的跨距，l=532mm D——該軸的平均直徑D=43.67mm x——齒輪的工作位置至較近支撐點的距離，即 ，，； 其余參數(shù)同上。 則驅(qū)動力作用下傳動軸中點的撓度

43、 mm 驅(qū)動阻力作用下傳動軸中點的撓度 mm 計算在驅(qū)動力和驅(qū)動阻力同時作用下，傳動軸中點的合成撓度，可按余弦定理計算 （3-13） 式中 ——被驗算軸的中點合成撓度（mm） ——驅(qū)動力Qa和驅(qū)動阻力Qb在橫剖面上，兩向量合成時的夾角， ——在橫剖面上，被驗算的軸與其前、后傳動軸連心線的夾角，按被驗算軸的旋轉(zhuǎn)方向計量，由剖面圖上可得值。嚙合角，齒面摩擦角。 由截面圖畫得，那么 則傳動軸中點的合成撓度 查得傳動軸的撓度變形允許值 =0.000.-0.0005，傾角變形允許值=0.005（rad）

44、 取=0.0004，則=0.0004X532=0.2128mm 傳動軸在軸承處的傾角 （3-13） （rad） 可見，，撓度和傾角均符合要求。 3.8 其他部件的選擇以及校驗 3.8.1 聯(lián)軸器的選擇 所選的彈性柱銷聯(lián)軸器，它結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，更換方便，柱銷較耐磨，還能補償兩軸相對位移。它的轉(zhuǎn)矩范圍是6.3-16000（Nm）， 軸徑范圍是9-170mm，最高轉(zhuǎn)速在8800-11500r/min，軸向許用相對位移-，徑向許用相對位移是0.15-0.25mm，角向許用相對位移30。 3.8.2 離合器的選擇 所選的是正梯形牙行的

45、牙嵌離合器，它是利用兩半離合器端面上的牙相互嵌合或脫開以達到主、從動軸的離合。正梯形牙行的牙的強度高，傳遞轉(zhuǎn)矩大，結(jié)合時沖擊比矩形牙小，并可消除牙側(cè)間隙，分離時容易脫開，工作是由軸向分力，當工作面的傾斜角a=2-8，產(chǎn)生的軸向分力不會自動脫開，當a=15-20時，需要軸向壓力防止軸向分力使牙自動退出。我選用的是a=2-8的正梯形牙。 3.8.3 軸承的選擇及校核 在轉(zhuǎn)動軸上選擇的都是面對面的角接觸球軸承，它具有以下的特點 （1） 能承受雙向軸向載荷，承受能力隨接觸角的增大而增加； （2） 通過預(yù)緊可限制軸或外殼的軸向位移； （3） 通過預(yù)緊可增加軸承的剛度和旋轉(zhuǎn)精度由文獻【15】。

46、 在主軸大徑上選的是雙向推力角接觸球軸承和雙列圓滾子軸承，由雙向推力角接觸球軸承承受兩邊的軸向力，由雙列圓滾子軸承承受徑向力。選擇主軸上的角接觸球軸承進行校核，其基本額定動載荷Cr=69.2KN，Cor=57.5KN, （3-14） 15度的角接觸球軸承取X=0.04，Y取1,15度角接觸球軸承是內(nèi)部軸向力是0.4Fr，圓周力 （3-15） 徑向力 （3-16） 式中 ——小齒輪分度圓直徑，

47、mm ——分度圓壓力角，度 ——小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩。 計算軸承壽命 （3-17） 式中 c——軸承的額定載荷 P——軸承所受的力 對于球軸承取3，n取375r/min，C=Cr=69.2KN L=191843.7h 已知該加工中心使用10年，兩班工作制，則預(yù)期壽命是 =8X2X300X10=48000h L>> 壽命充裕 3.8.4 撥叉機構(gòu)、卸刀機構(gòu)、準停機構(gòu)的受力分析 卸刀機構(gòu)：蝶形彈簧以1000N的力，使拉桿向右運動，要想卸刀必須卸刀機構(gòu)的液壓缸提供1000KN才能頂動拉

48、桿，卸下刀具。 F=PS (3-18) 式中 P——壓強 S——面積 得P=0.067Mpa 由于撥叉機構(gòu)和準停機構(gòu)不需要太大的動力，所以這兩機構(gòu)的壓強P=0.0.1Mpa 3.9 本章小結(jié) 本章介紹了傳動方式的確定、電機的選擇、齒輪的計算和校核、離合器和聯(lián)軸器的選取、軸承的選取和校核、撥叉機構(gòu)、準停機構(gòu)、卸刀機構(gòu)液壓缸的校核、軸的校核。 結(jié) 論 在本次設(shè)計中，所完成的工作如下： （1） 通過閱讀大量的書刊對數(shù)控機床主傳動系系統(tǒng)進

49、行了全面的了解。 （2） 按照中型加工中心主傳動，確定參數(shù)。 （3） 通過機床工況確定了主軸伺服電機，根據(jù)主軸伺服電機選定各軸的軸徑，跟精彩以往設(shè)計經(jīng)驗選定了3對齒輪，確定其傳動比。計算齒輪模數(shù)，齒輪的齒數(shù)，進行了齒根彎曲疲勞強度校驗和齒面接觸疲勞強度校驗以及傳動軸上的彎曲載荷，驗算了兩支承傳動軸的彎曲變形。選擇了合適的聯(lián)軸器、離合器。進行了軸承的校驗。最后對撥叉機構(gòu)、卸刀機構(gòu)、準停機構(gòu)進行了設(shè)計和分析。 （4） 用二維設(shè)計軟件CAD對主軸箱進行了剖析。 - 35 - 致 謝 在本文即將完成之際，謹向所有給予我關(guān)心、幫助和支持的老師、同學們致以我最真摯的謝意。 感謝我的

50、導(dǎo)師楊革老師，他嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度、廣博的學識和忘我的工作作風是我效仿的榜樣。無論在畢業(yè)設(shè)計中遇到什么樣的問題楊老師都會耐心地給我講解和指導(dǎo)。不僅在設(shè)計知識方面，在做人做事方面，老師教導(dǎo)我們要具有踏實、嚴謹?shù)木?，具有高尚的思想道德品質(zhì)。所以，在這里我向楊革老師致以我最真摯的謝意。 還有，感謝系里老師在設(shè)計過程中的耐心指導(dǎo)和幫助，使我學到和了解許多新的東西，在此表示衷心的感謝。 此外感謝各位老師和同學們在生活上給予的幫助，向各位老師以及同學表以最高的敬意和由衷的感謝。 參考文獻 1 文懷興 夏田主編《數(shù)控機床系統(tǒng)設(shè)計》，化學工業(yè)出版社，2005.6 56-93 2 王愛玲主

51、編《現(xiàn)代數(shù)控機床》.國防工業(yè)出版社，2003.4 43-69 3 陳鐵鳴 主編《機械設(shè)計》，哈爾濱工業(yè)出版社.2003.8 38-49 4 陳易 主編《金屬切削機床課程設(shè)計》，哈爾濱工業(yè)大學出版社.2009.1 3-21 5 黃如林 主編《切屑加工簡明實用手冊》，化學工業(yè)出版社2004.7 100-132 6 張少實 主編《新編材料力學》，機械工業(yè)出版社，2002.7 86-99 7 王連明 主編《機械設(shè)計課程設(shè)計》，哈爾濱工業(yè)大學出版社2005.7 110-187 8 葉君 主編《實用緊固件手冊》，機械工業(yè)出版社，2002.9 220-243 9 韓榮第 主編《

52、機械制造技術(shù)基礎(chǔ)講義》，哈爾濱工業(yè)大學，2008.2 100-130 10 馮辛安 主編《機械制造裝備設(shè)計》，機械工業(yè)出版社。2006.9 43-89 11卜炎 主編《機械傳動裝置設(shè)計手冊》，機械工業(yè)出版社，1998.12 12-56 12 鄧奕 主編 《現(xiàn)代數(shù)控機床及應(yīng)用》，國防工業(yè)出版社，2008.9 13王啟明 主編 《機械制造工藝學》，哈爾濱工業(yè)大學出版社，2005.8 14 盛伯浩 我國數(shù)控機床現(xiàn)況與技術(shù)發(fā)展策略，制造技術(shù)與機床，2006.第2期 15 《機械設(shè)計手冊》 編寫組 《機械設(shè)計手冊》，機械工業(yè)出版社，1980 224-432 附

53、 錄 英文翻譯 Machining center of Chinas situation and development trend 1. Of mechanical analysis of developing processing center Processing center was originally evolved from the CNC milling machine.The first processing center in 1958 by the American Kearney - Te Leike company first succe

54、ssfully developed.CNC horizontal boring and milling it on the basis of an increase of automatic tool in order to achieve a clamping of the workpiece can be carried out after milling, drilling, boring, reaming and tapping a variety of processes such as centralized processing. The twentieth centu

55、ry, 70 years, the rapid development of processing centers, there may be processing center for the spindle box, it automatically replaced with a number of multi-axis spindle box with tools, the workpiece can be processed simultaneously porous.Machinery manufacturing technology is the study of product

56、 design, production, processing, manufacturing, selling and use, maintenance services and even the whole process of recycling the engineering disciplines, is to enhance quality, efficiency, competitiveness as the goal, including material flow, information flow and energy flowcomplete system works

57、 March 2009 held in Shanghai, "China CNC Machine Tool Exhibition", displayed more than domestic production of five-axis machining center.If the Second Machine Tool Group Corporation, Jinan exhibited five-axis gantry machining center, table length 6m, width 2m, with vertical spindle, A-axis rotatio

58、n 100 , C-axis 200 degrees angle, this monster has attracted manyvisitors, it marks Chinas CNC machine tool industry has reached advanced level.Shanghai Machine Tool Plant, the third, fourth machine tool manufacturing plant vertical and horizontal machining centers, table 630mm, high-speed interna

59、l cooling spindle, spindle can be set, lying conversion table with 360 degree attainment, similar to the simple configuration for the legislature, horizontal axis conversion processing center, the workpiece can be processed to achieve five-sided, although not configured axis, is also very practical.

60、 Processing center now has become the most important mechanical processing equipment, a wide range of its processing and high volume.In recent years, variety, performance, features having a significant development.Varieties: the new legislation, five-axis horizontal machining center, can be use

61、d for aviation, aerospace parts machining; are dedicated to high-performance mold processing center, integrated three-dimensional CAD / CAM of complex surfaces super finishing die; that applyin the automotive, motorcycle parts processing large quantities of high-speed machining centers, high efficie

62、ncy and have the flexibility.Performance: the widespread adoption of more than turn spindle million, up 6 to 10 million transfer; The application of linear motor machine tool acceleration of the 3-5g; the implementation of ISO / VDI testing standards, prompting manufacturers to improve the processin

63、g center two-way.Features: blend of laser processing of complex functions, structural components for modular manufacturing cell (FMC) and the flexible production line (FMS), and has the mechanical and electrical, communications integration capabilities. 2. The characteristics of machining centers

64、2.1 Process focus Machining Center with Tool and can automatically change tools, multi-process machining the workpiece, so the workpiece in a fixture, the numerical control system can control the machine by different processes, automatic selection and replacement of tools, automatically change

65、the spindle speed, feedvolume and trajectory of the tool relative to the workpiece, and other auxiliary functions, modern processing center to a greater extent after clamping the workpiece in a multi-surface, multi-feature, multi-site continuous, efficient, high-precision processing, the process foc

66、used.This is the most prominent feature of machining centers. 2.2 The adaptive processing object Production of flexible machining centers not only in rapid response to special requirements on.And can rapidly achieve mass production, improve market competitiveness. 2.3 The high precision CNC machining centers, like with other characteristics of high precision, and processing center focused on the manufacturing processes to avoid a long process, reducing human interference, so