毕业论文范文——专用机床的刀具进给机构和传动系统设计 (2)

专用机床刀具进给机构和传动系统设计郑州轻工业学院本科毕业设计（论文） 题 目 专用机床的刀具进给 机构和传动系统设计 学生姓名 专业班级 机械设计制造及其自动化 学 号 院 （系） 机 电 工 程 学 院 指导教师（职称） 完成时间 34目 录摘 要IAbstractII1. 绪论11.1 课题的提出11.2 专用机床刀具的现状和发展趋势11.3 工作原理和工艺动作分析22. 方案选择42.1 工作原理和动作分析42.2 原始数据及设计要求52.3 方案选择53. 传动系统设计83.1 电动机的选择83.2 传动比的分配83.3 带传动设计103.4渐开线圆柱齿轮传动A设计133.5渐开线圆柱齿轮传动B设计174. 圆柱凸轮的设计214.1 圆柱凸轮的设计参数214.2 圆柱凸轮的设计步骤224.3 圆柱凸轮运动规律分析235. 全文总结与工作展望265.1 全文总结265.2 工作展望27致 谢28参考文献29专用机床的刀具进给机构和传动系统设计摘要机床设备是机械加工行业必不可少的设备，对复杂和多工位操作的零件加工需要使用专用设备，以提高生产效率。应用多工位机床加工大批量零件，快捷高效，是机械加工的发展方向。本次设计的四工位专用机床主要用于机械零件的钻孔，是在四个工位上分别完成相应的装卸工件、钻孔、扩孔、铰孔工作。主轴箱每向左移动送进一次，在四个工位上分别完成相应的装卸工件、钻孔、扩孔、铰孔工作。当主轴箱右移退回到刀具离开工件后，工作台回转90度，然后主轴箱再次左移。四次工作循环后完成装 、钻、扩、铰、卸等工序。一个循环就有一个工件完成上述全部工序。本课题拟设计专用机床的刀具进给机构和传动系统，本课题的设计，将全面覆盖机械类本科专业在校期间所学的机械原理、机械设计、计算机应用等专业知识。关键字 专用机床 传动系统 进给机构 圆柱凸轮Special machine tool feed mechanism and drive system designABSTRACT Machine tool is machining the necessary equipments, complex and multi-station machining operations need to use special equipment to improve productionefficiency.Using the multi-location engine bed processing mass components, is quickly highly effective, is the machine-finishing development direction. This designs four location special purpose machine mainly uses in the machine parts the drill hole, is completes the corresponding loading and unloading work piece, the drill hole, the broaching, the reaming work separately in four locations. Its implementing agency has two: First, is loaded with four location work piece rotary table; second, is loaded with three cutting tools headstocks which the special-purpose electric motor leads. The headstock each moves toward left feeds in one time, completes the corresponding loading and unloading work piece, the drill hole, the broaching, the reaming work separately in four locations. When the headstock right lateral returns leaves the work piece after the cutting tool, the work table rotates 90 degrees, then the headstock shifts to the left once more. After four operating cycles, completes installs, drills, expands, the articulation, to unload and so on working procedures. A circulation has a work piece to complete the above complete working procedure. The aim of this special machine tools designed feed mechanism and the transmission system, the task will be designed to fully cover Mechanical Specialty learned in school during the mechanical principles of machinery design, computer applications expertise.KEY WORDS Special Machine，Transmission，Feeding mechanism，Cylindrical Cam 1. 绪论1.1数控机床刀具概况1.1.1 数控刀具的分类数控机床的种类很多，对数控机床进行分类有： 按工艺用途可分为:数控车床、数控铣床、数控钻床、数控磨床、数控镗铣床、数控电火花加工机床、数控线切割机床、数控齿轮加工机床、数控冲床、数控液压机等各种用途的数控机床。 按伺服控制方式分:开环控制数控机床：这类机床不带位置检测反馈装置，通常用步进电机作为执行机构。输入数据经过数控系统的运算，发出脉冲指令，使步进电机转过一个步距角，再通过机械传动机构转换为工作台的直线移动，移动部件的移动速度和位移量由输入脉冲的频率和脉冲个数所决定;半闭环控制数控机床：在电机的端头或丝杠的端头安装检测元件（如感应同步器或光电编码器等），通过检测其转角来间接检测移动部件的位移，然后反馈到数控系统中。由于大部分机械传动环节未包括在系统闭环环路内，因此可获得较稳定的控制特性。其控制精度虽不如闭环控制数控机床，但调试比较方便，因而被广泛采用;闭环控制数控机床：这类数控机床带有位置检测反馈装置，其位置检测反馈装置采用直线位移检测元件，直接安装在机床的移动部件上，将测量结果直接反馈到数控装置中，通过反馈可消除从电动机到机床移动部件整个机械传动链中的传动误差，最终实现精确定位。 按运动方式分:点位控制数控机床：数控系统只控制刀具从一点到另一点的准确位置，而不控制运动轨迹，各坐标轴之间的运动是不相关的，在移动过程中不对工件进行加工。这类数控机床主要有数控钻床、数控坐标镗床、数控冲床等;直线控制数控机床：数控系统除了控制点与点之间的准确位置外，还要保证两点间的移动轨迹为一直线，并且对移动速度也要进行控制，也称点位直线控制。这类数控机床主要有比较简单的数控车床、数控铣床、数控磨床等。单纯用于直线控制的数控机床已不多见。 轮廓控制数控机床：轮廓控制的特点是能够对两个或两个以上的运动坐标的位移和速度同时进行连续相关的控制，它不仅要控制机床移动部件的起点与终点坐标，而且要控制整个加工过程的每一点的速度、方向和位移量，也称为连续控制数控机床。这类数控机床主要有数控车床、数控铣床、数控线切割机床、加工中心等。1,2 根据刀具结构可分为:整体式;镶嵌式,采用焊接或机夹式联接,机夹式又可分为不转位和可转位两种; 特殊型式,如复合式刀具、减震式刀具等。根据制造刀具所用的材料可分为:高速钢刀具;硬质合金刀具;金刚石刀具;其他材料刀具,如立方氮化硼刀具、陶瓷刀具等。从切削工艺上可分为:车削刀具, 分外圆、内孔、螺纹、切割刀具等多种;钻削刀具,包括钻头、 铰刀、丝锥等;镗削刀具;铣削刀具等。为了适应数控机床对刀具耐用、稳定、易调，可换等的要求,近几年机夹式可转位刀具得到广泛的应用,在数量上达到整个数控刀具的30%40%,金属切除量占总数的80%90%3,4 。1.1.2 数控刀具的特点 数控刀具与普通机床上所用的刀具相比,有许多不同的要求,主要有以下特点:刚性好(尤其是粗加工刀具)、精度高、抗振及热变形小;互换性好,便于快速换刀;寿命高,切削性能稳定、可靠;刀具的尺寸便于调整,以减少换刀调整时间;刀具应能可靠地断屑或卷屑,以利于切屑的排除;系列化、标准化, 以利于编程和刀具管理5。刀片资料采用硬质合金、涂层硬质合金以及高速钢。数控车床一般使用规范的机夹可转位刀具。机夹可转位刀具的刀片和刀体都有标准。数控车床机夹可转位刀具类型有外圆刀具、外螺纹刀具、内圆刀具、内螺纹刀具、切断刀具、孔加工刀具（包括中心孔钻头、镗刀、丝锥等）机夹可转位刀具夹固不重磨刀片时通常采用螺钉、螺钉压板、杠销或楔块等结构。惯例车削刀具为长条形方刀体或圆柱刀杆。方形刀体一般用槽形刀架螺钉紧固方式固定。圆柱刀杆是用套筒螺钉紧固方式固定。刀盘的联接以齿条式柄体联接为多，与机床刀盘之间的联接是通过槽形刀架和套筒接杆来联接的模块化车削工具系统中。而刀头与刀体的联接是插入快换式系统”既可以用于外圆车削又可用于内孔镗削，也适用于车削中心的自动换刀系统。数控车床使用的刀具从切削方式上分为三类：圆表面切削刀具、端面切削刀具和中心孔类刀具。钻削刀具分小孔、短孔、深孔、攻螺纹、铰孔等。又可用于数控镗铣床和加工中心。因此它结构和联接形式有多种。有直柄、直柄螺钉紧定、锥柄、螺纹联接、模块式联接（圆锥或圆柱联接）等多种。钻削刀具可用于数控车床、车削中心。镗削刀具分粗镗、精镗等刀具。镗刀从结构上可分为整体式镗刀柄、模块式镗刀柄和镗头类。从加工工艺要求上可分为粗镗刀和精镗刀。铣削刀具分面铣、立铣、三面刃铣等刀具。端部切削刃为副切削刃。面铣刀多制成套式镶齿结构和刀片机夹可转位结构，面铣刀（也叫端铣刀）面铣刀的圆周外表和端面上都有切削刃。刀齿资料为高速钢或硬质合金，刀体为40Cr可同时进行切削，立铣刀 立铣刀是数控机床上用得最多的一种铣刀。立铣刀的圆柱外表和端面上都有切削刃。也可单独进行切削。结构有整体式和机夹式等，高速钢和硬质合金是铣刀工作部分的常用资料。1.2数控机床及刀具的发展 全球机械加工工业市场变得既活跃又具有过度的全球竞争性。在贸易和技术的频繁往来之中，发达国家与发展中国家在竞争能力上的差别也日趋混同。同时，对产品的低成本、高性能、高品质、更快捷的交货期的需求，使新产品和新技术的发展有了史无前例的发展速度和空间。 在近年来，金属切削和金属成型机床的消费市场从390亿美元减少到360亿美元，其原因之一是加工中心的广泛使用。在美国加工中心的拥有量由20世纪80年代初的11%提高到现在的25%，在世界范围内，预期在1998年到2005年将由45亿美元可望达到66亿美元。在此同时，传统的铣削机床市场预计在同期内将从16亿美元下降到15亿美元。在未来的十年中，超过50%的制造业的加工需求可能将由加工中心来完成。现代刀具发展的重要特征之一是专业化、 复合化和多功能化 ,导致刀具结构日趋复杂 ,形状变得十分特异。传统的刀具工艺技术普通机床和卡具已经无法保证刀具和刀片的安装基准和切削单元之间的空间位置精度。因此 ,多轴联动的数控加工技术已经成为现代刀具企业不可缺少的手段。近年来， 随着我国经济的腾飞， 制造业的突飞猛进， 特别是汽车、摩托车等行业的发展， 在很大程度上刺激了我国刀具市场的发展与繁荣6。刀具行业在数控机床已成为制造装备主流的今天，肩负着为制造业提供关键装备数控刀具的重任。制造业的加工技术水平受刀具行业整体水平的影响较大，而制造业的发展也会促进刀具行业的发展。根据制造业发展的需要，多功能复合刀具、高速高效刀具将成为刀具发展的主流。面对日益增多的难加工材料，刀具行业必须改进刀具材料、研发新的刀具材料和更合理的刀具结构7,8。21世纪机械制造业的竞争，其实质是数控技术的竞争，这种竞争是全方位的。目前，随着国内数控机床用量的剧增，特别是随着高刚度整体铸造床身、高速运算数控系统和主轴动平衡等新技术的采用以及刀具材料的不断发展，现代切削加工朝着高速、高精度和强力切削方向发展。数控机床刀具与工具系统的性能、质量和可靠性以及刀具管理系统的水平，直接影响到我国制造业数百万台昂贵的数控机床生产效率的高低和加工质量的好坏，也直接影响到整个机械制造工业的生产技术水平和经济效益。可以说数控刀具及其管理系统水平的高低，正在成为制约我国制造业发挥数控机床加工效率的“瓶颈”。“工欲善其事，必先利其器”，本书正是在这样的背景下，经过反复的实践与总结，在收集国内外大量最新技术发展成果的基础上编写的9。数控机床刀具、工具系统和刀具管理系统是发挥数控机床加工效率、保证加工质量的基础。只有先进的数控机床，没有与之相配套的先进刀具、工具系统和刀具管理系统，或者没有掌握刀具的合理使用技术，数控机床的效能就得不到充分发挥。本书正是从数控加工生产实际的角度出发，以切削过程的基本理论为基础，以掌握数控机床刀具合理使用技术、发挥数控机床效能为目标，在介绍数控加工的切削基础、已加工表面粗糙度成因、刀具材料的种类及其选用原则以及数控刀具的特点、失效形式与可靠性等基本知识的基础上，分析了数控车削刀具、数控铣削刀具和孔加工刀具的种类、特点及合理使用技术，并给出各种典型材料的实用刀具。同时，结合国内外数控工具系统的最新发展成果，介绍了数控工具系统、刀具预调仪和刀具管理系统等方面的知识及相关标准。全书系统性、综合性强，与生产实践联系紧密10,11。1.3数控机床及刀具的发展趋势 数控机床最早诞生于美国。1948年，美国帕森斯公司在研制加工直升机叶片轮廓检查用样板的机床时，提出了数控机床的设想，后受美国空军委托与麻省理工学院合作，于1952年试制了世界上第一台三坐标数控立式铣床，其数控系统采用电子管。1960年开始，德国、日本、中国等都陆续地开发、生产及使用数控机床，中国于1968年由北京第一机床厂研制出第一台数控机床。1974年微处理器直接用于数控机床，进一步促进了数控机床的普及应用和飞速发展12。近年来数控刀具材料开发研究方面已有长足进步。超硬材料、 陶瓷材料、 复合材料和涂层技术成为新的科研领域， 随着对数控机床高速、 高精密度等要求的提高， 新的刀具材料将不断推陈出新， 切削技术水平也将不断得以提高13。数控机床是现代制造业的关键设备，一个国家数控机床的产量和技术水平在某种程度上代表了这个国家制造业技术水平和竞争力14。 刀具行业在数控机床已成为制造装备主流的今天，肩负着为制造业提供关键装备数控刀具的重任。制造业的加工技术水平受刀具行业整体水平的影响较大，而制造业的发展也会促进刀具行业的发展。根据制造业发展的需要，多功能复合刀具、高速高效刀具将成为刀具发展的主流。面对日益增多的难加工材料，刀具行业必须改进刀具材料、研发新的刀具材料和更合理的刀具结构15。 1.硬质合金材料及涂层应用增多。细颗粒、超细颗粒硬质合金材料是发展方向；纳米涂层、梯度结构涂层及全新结构、材料的涂层将大幅度提高刀具使用性能；物理涂层（PVD）的应用继续增多。 2.新型刀具材料应用增多。陶瓷、金属陶瓷、氮化硅陶瓷、PCBN、PCD等刀具材料的韧性进一步增强，应用场合日趋增多。 3.切削技术快速发展。高速切削、硬切削、干切削继续快速发展，应用范围迅速扩大。 4.刀具研发更具针对性。刀具制造商研发的重点不再是通用品牌和通用结构。面对复杂多变的应用场合和加工条件，研发针对性更强的刀片槽形结构、牌号及相应配套刀具取代通用的槽形、牌号的刀片及刀具。 5.刀具制造商角色转变。从单纯的刀具生产、供应，扩展至新切削工艺的开发及相应成套技术和解决方案的开发，为用户提供全面的技术支持和服务。 6.信息化程度提高，刀具制造企业合作增强，市场竞争加剧16。2 方案选择2.1工作原理和动作分析四工位专用机床是在四个工位上分别完成工件的装卸、钻孔、扩孔、铰孔工作的专用加工设备。机床的执行动作有两个：一是装有工件的回转工作台的间歇转动；二是装有三把专用刀具的主轴箱的往复移动（刀具的转动由专用电机驱动）。两个执行动作由同一台电机驱动，工作台转位机构和主轴箱往复运动机构按动作时间顺序分支并列，组合成一个机构系统。专用机床旋转工作台有四个工作位置、（如下图所示），分别对应工件的装卸、钻孔、扩孔和铰孔。主轴箱上装有三把刀具，对应于工位的位置装钻头，的位置装扩孔钻，的位置装铰刀。刀具由专用电动机驱动绕其自身轴线转动。主轴箱每向左移动送进一次，在四个工位上分别完成相应的装卸工件、钻孔、扩孔和铰孔工作。当主轴箱右移（退回）到刀具离开工件后，工作台回转90度，然后主轴箱再次左移，这时，对其中每一个工件来说，它进入了下一个工位的加工，依次循环四次，一个工件就完成装、钻、扩、铰、卸等工序。由于主轴箱往复一次，在四个工位上同时进行工作，所以每次就有一个工件完成上述全部工序。图2-1四工位机床工作示意图2.2原始数据及设计要求（1）刀具顶端离开工作表面65mm，快速移动送进60mm后，再匀速送进60mm（包括5mm刀具切入量、45mm工件孔深、10mm刀具切出量，如图2所示），然后快速返回。回程和进程的平均速度之比K=2。（2）刀具匀速进给速度为3mm/s，工件装卸时间不超过10s。（3）机床生产率每小时约74件。（4）执行机构及传动机构能装入机体内。（5）传动系统电机为交流异步电动机。图2-2 刀具行程2.3 方案选择方案一：圆柱凸轮制造成本高；行程大时，运动灵活性较差； 力的作用点相对导轨产生有害力矩；锁合好。图2-3 专用机床机构方案一方案二：凸轮-推杆齿条-双联齿轮（放大行程）-齿条（移动转动移动）。图2-4 专用机床机构方案二方案三：凸轮直接驱动升程大，；凸轮机构外露，影响外观。但易更换，易改装及变换尺寸。图2-5 专用机床机构方案三方案四：凸轮- 推杆 - 摆杆（放大行程）- 滑块；图2-6 专用机床机构方案四综上所述，选择第一套方案进行设计。3.传动系统设计3.1 电动机的选择由生产率为每小时74件，可知一个运动循环所需时间T=60/(74/60)=48.6s 取T=48s,n=1.25r/min刀具匀速送进60mm所需要的时间t匀=60/2=30s，则刀具其余移动内（包括快速送进60mm，快速返回120mm）共需要18s。回转工作台静止时间为36s，因此足够工件的装、卸所需时间。其机械运动循环图情况如表3-1所示。表3-1 机械运动循环图执行机构运动情况刀具主轴箱工作行程空回行程刀具在工件外刀具在工件内刀具在工件外回转工作台转位静止转位凸轮240120由于Y系列的电机损耗低，效率高，运行温度低，运行可靠，寿命长，适合用于长期运行，负荷率高的场合。如果选用主驱动电机为Y100L1-4，其功率为2.2KW、转速为1420r/min。3.2 传动比的分配由生产率要求，主轴箱和回转工作台间歇运动机构的主动件转速为1.25r/min。因此机械传动西的总传动比i总为： i总=1420/1.25=1136其传动系统采用三级：第一级为皮带传动，第二级用行星轮系，第三级用直齿圆柱齿轮传动。普通V带的传动比i带7故 i皮=3.2参考机械设计手册等相关资料分配的传动比如下 i皮=3.2 i行=25 i46=3.6 i24=71/18图3-1 刀具进给机构方案（2） 各机件类型及参数（单位mm） 表3-2 机构各部件简单信息编号零件类型属性编号零件类型属性1插销轮R=60 12圆柱齿轮模数2齿数722小凸轮R=130 h=2013圆柱齿轮模数2齿数183槽轮R=169.714圆柱齿轮模数2齿数714拨 轮R=121.615圆柱凸轮R=125 L=1505圆柱齿轮模数2齿数6816滚子R=156圆柱齿轮模数2齿数1717小齿条模数2齿数147圆柱齿轮模数2齿数1718a/b圆柱齿轮模数2Z=22/668圆柱齿轮模数2齿数10219大齿条模数2齿数459圆柱齿轮模数2齿数3620电机2.2kw /1420转10圆柱齿轮模数2齿数14221带轮Z型D=5011圆柱齿轮模数2齿数2022带轮SPZ型D=16023滚子D=163.3 带传动设计1）初始条件 传动功率P为：2.2(kW) 主动轴转速n1为：1420(r/min) 从动轴转速n2为：443.75(r/min) 传动比i：3.2 2）选定带型和基准直径 设计功率 Ka=1.3 即Pd=2.86(kW) 带型:SPZ型查带轮基准得 小带轮基准直径dd1=50(mm) 大带轮基准直径dd2=157.6(mm)选取标准值dd2=160（mm）3)轴间距的确定 初定轴间距 即147=a0=420取 a0=280(mm) 所需基准长度Ld0=900.67(mm)选取基准长度Ld=900（mm） 实际轴间距安装时需要的最小轴间距张紧或补所需的最大轴间距a=280(mm)4）额定功率及增量的确定查标准得： 单跟V带传递的额定功率P1=0.6(kW) 传动比i1的额定功率增量P1=0.16(kW) 5)带速、包角和V带根数 查询相关机械设计手册确定参数 小带轮包角修正系数Ka=0.89；带长修正系数Kl=0.87 带速v=3.72(m/s) 小带轮包角=257.49 V带的根数z =56)各项力的计算 V带每米长的质量m=0.12(kg/m) 单跟V带的预紧力Fo =140.74(N) 作用在轴上的力Fr =1380.33(N)7）带轮的设计图3-2 大带轮示意图d= 20mm dd=160mm d1=（1.8 2）d=36mmZ 型带，查手册得;图3-3 带轮牙齿示意图bd=8.5 haha=2.0mm hfmin=7.0mm e=12 f min=7可得带轮外径da=164mm3.4 渐开线圆柱齿轮传动A设计图3-4 直齿轮啮合示意图1)设计参数 传递功率 P=2.66(kW) 传递转矩 T=57.24(Nm) 齿轮1转速 n1=443.75r/min) 齿轮2转速 n2=110.94r/min) 传动比 i=4原动机载荷特性 SF=轻微振动工作机载荷特性 WF=中等振动预定寿命 H=10年=87600(小时)2)布置与结构结构形式 闭式齿轮1布置形式 对称布置齿轮2布置形式 对称布置3）材料及热处理齿面啮合类型软齿面热处理质量级别 Q=ML齿轮1材料及热处理 Met1=34CrNi3Mo齿轮1硬度取值范围 HBSP1=269341齿轮1硬度 HBS1=305齿轮1极限应力类别 MetType1=5齿轮2材料及热处理 Met2=45齿轮2硬度取值范围 HBSP2=162217齿轮2硬度 HBS2=190齿轮2极限应力类别 MetType2=74)齿轮基本参数齿轮1齿数 Z1=17齿轮1齿宽 B1=28.114mm齿轮1齿宽系数 d1=0.827齿轮2齿数 Z2=68齿轮2齿宽 B2=28.114mm齿轮2齿宽系数 d2=0.207实际中心距 A=85.00 mm齿数比 U=2.89474齿轮1分度圆直径 d1=34.00 mm齿轮1齿顶圆直径 da1=38.00 mm齿轮1齿根圆直径 df1=29 mm齿轮1基圆直径 db1=31.95 mm齿轮1齿顶高 ha1=2.00 mm齿轮1齿根高 hf1=2.5 mm齿轮1全齿高 h1=4.5 mm齿轮1齿顶压力角 at1=31.766780 齿轮2分度圆直径 d2=136.00 mm齿轮2齿顶圆直径 da2=140 mm齿轮2齿根圆直径 df2=131 mm齿轮2基圆直径 db2=127.80 mm齿轮2齿顶高 ha2=2.00 mm齿轮2齿根高 hf2=2.5 mm齿轮2全齿高 h2=4.5mm齿轮2齿顶压力角 at2=24.10 齿顶高系数 ha*=1.00顶隙系数 c*=0.25压力角 *=20 端面齿顶高系数 ha*t=1.00端面顶隙系数 c*t=0.25端面压力角 *t=20.00 度端面啮合角 t=20.00 度5)强度校核数据 齿轮1接触强度极限应力 Hlim1=594.4(MPa)齿轮1抗弯疲劳基本值 FE1=465.6(MPa)齿轮1接触疲劳强度许用值 H1=667.3(MPa)齿轮1弯曲疲劳强度许用值 F1=831.4(MPa)齿轮2接触强度极限应力 Hlim2=427.1(MPa)齿轮2抗弯疲劳基本值 FE2=311.1(MPa)齿轮2接触疲劳强度许用值 H2=479.5(MPa)齿轮2弯曲疲劳强度许用值 F2=555.5(MPa)接触强度用安全系数 SHmin=1.1弯曲强度用安全系数 SFmin=1.40接触强度计算应力 H=933.5(MPa)接触疲劳强度校核 HH=满足齿轮1弯曲疲劳强度计算应力 F1=215.7(MPa)齿轮2弯曲疲劳强度计算应力 F2=189.0(MPa)齿轮1弯曲疲劳强度校核 F1F1=满足齿轮2弯曲疲劳强度校核 F2F2=满足3.5 渐开线圆柱齿轮传动B的设计 1)设计参数 传递功率 P=2.18(kW) 传递转矩 T=1735(Nm) 齿轮1转速 n1=11.75r/min) 齿轮2转速 n2=3.26r/min) 传动比 i=3.6原动机载荷特性 SF=轻微振动工作机载荷特性 WF=中等振动预定寿命 H=10年=87600(小时)2)布置与结构结构形式 闭式齿轮1布置形式 对称布置齿轮2布置形式 对称布置3）材料及热处理齿面啮合类型软齿面热处理质量级别 Q=ML齿轮1材料及热处理 Met1=34CrNi3Mo齿轮1硬度取值范围 HBSP1=269341齿轮1硬度 HBS1=305齿轮1极限应力类别 MetType1=5齿轮2材料及热处理 Met2=45齿轮2硬度取值范围 HBSP2=162217齿轮2硬度 HBS2=190齿轮2极限应力类别 MetType2=74)齿轮基本参数齿轮1齿数 Z1=20齿轮1齿宽 B1=25mm齿轮1齿宽系数 d1=0.625齿轮2齿数 Z2=72齿轮2齿宽 B2=20mm齿轮2齿宽系数 d2=0.139实际中心距 A=92.00 mm齿数比 U=3.6齿轮1分度圆直径 d1=40 mm齿轮1齿顶圆直径 da1=44.00 mm 齿轮1齿根圆直径 df1=35 mm 齿轮1基圆直径 db1=31.95 mm 齿轮1齿顶高 ha1=2.00 mm 齿轮1齿根高 hf1=2.5 mm 齿轮1全齿高 h1=4.5 mm 齿轮1齿顶压力角 at1=31.766780 齿轮2分度圆直径 d2=144.00 mm齿轮2齿顶圆直径 da2=148 mm齿轮2齿根圆直径 df2=139mm齿轮2基圆直径 db2=127.80 mm齿轮2齿顶高 ha2=2.00 mm齿轮2齿根高 hf2=2.5 mm齿轮2全齿高 h2=4.5mm齿轮2齿顶压力角 at2=23.9 齿顶高系数 ha*=1.00顶隙系数 c*=0.25压力角 *=20 端面齿顶高系数 ha*t=1.00端面顶隙系数 c*t=0.25端面压力角 *t=20.00 度端面啮合角 t=20.00 度5)强度校核数据 齿轮1接触强度极限应力 Hlim1=594.4(MPa)齿轮1抗弯疲劳基本值 FE1=465.6(MPa)齿轮1接触疲劳强度许用值 H1=788.2(MPa)齿轮1弯曲疲劳强度许用值 F1=831.4(MPa)齿轮2接触强度极限应力 Hlim2=427.1(MPa)齿轮2抗弯疲劳基本值 FE2=311.1(MPa)齿轮2接触疲劳强度许用值 H2=566.3(MPa)齿轮2弯曲疲劳强度许用值 F2=555.5(MPa)接触强度用安全系数 SHmin=1.0弯曲强度用安全系数 SFmin=1.40接触强度计算应力 H=4389.7(MPa)接触疲劳强度校核 HH=满足齿轮1弯曲疲劳强度计算应力 F1=5988.3(MPa)齿轮2弯曲疲劳强度计算应力 F2=5139.9(MPa)齿轮1弯曲疲劳强度校核 F1F1=满足齿轮2弯曲疲劳强度校核 F2F2=满足4 圆柱凸轮的设计4.1圆柱凸轮的设计参数圆柱凸轮是一种空间凸轮机构。其轮廓曲线为一条空间曲线，不能直接在平面上表示。但是圆柱面可以展开成平面，圆柱凸轮展开后变成为平面移动凸轮。平面移动凸轮是盘形凸轮的一个特例，它可以看做是转动中心在无穷远处的盘形凸轮。因此，可以应用盘形凸轮设计的原理和方法，来绘制圆柱凸轮的轮廓曲线的展开图。 通常直动滚子从动件的圆柱凸轮的许用压力角=25度-35度。过理论廓曲线上任意一点做法线nn, nn与y轴的夹角即为机构的压力角。因此基圆柱半径必须满足 半径大于等于最大速度比上角速度与许用压力角正弦的积。既公式另外大速度，可减小圆柱凸轮的行程，故在18a/b处两齿轮的比值为3，由此计算得出其半径为95.44mm，图4-1 圆柱凸轮经过考虑取半径为125mm，长度取150mm，滚子半径取25mm。4.2 圆柱凸轮的设计步骤从动件的运动规律如下图所示 图4-2 从动件运动规律 1）以2Rm为底边作一矩形，如下图所示，该矩形代表以Rm为半径的圆柱面的展开面。 图4-3 凸轮轮廓线展开图 2)作OO线垂直于凸轮的回转轴线，并作OA0B0=0,从而得到从动摆杆的初始位置A0B0。 3）取线段A0A0的长度为2Rm，并沿-v1方向将A0A0线分成与位移曲线横坐标对应的区间和等份，得A1,A2,A3.诸点，这些点代表反转过程中从动摆杆转轴中心A的一系列位置。 4）以A1,A2,A3,.各点为圆心，以摆杆长l为半径作一系列圆弧，然后作A1B1,A2B2，A3B3.,分别等于位移曲线上各对应位置从动件的升程h，得到点代表反转过程中从动件滚子中心一次占据的位置。5）将B1,B2,B3，.各点连成光滑的曲线，即得到凸轮理论轮廓线的展开图。如上图所示。4.3 圆柱凸轮运动规律分析根据生产运动规律，一个生产周期（生产循环）分为3个阶段，1刀具快速进给；2刀具匀速工进；3刀具快速退回至起点。4.3.1 刀具快速进给阶段图4-4 刀具快速进给阶段运动规律线图本阶段采用等加速等减速运动等加速段（0/2）等减速段（/2） s=v= a=当角度转动到90时，速度v=2mm/s，推程高度h=60mm。4.3.2 刀具匀速工进阶段图4-5 刀具匀速工进阶段运动线图本阶段采用匀速运动规律运动规律方程运动规律线图 在这个阶段，刀具以v=2mm/s的速度工进，时间t=60/2=30s，凸轮转角=240-90=150工进长度：h1=工件长+切出量+提前量=45+10+5=60mm，4.3.3 刀具快速退回阶段图4-6 刀具快速退回阶段运动线图本阶段采用等加速等减速运动规律在这个阶段，刀具快速退回120mm至整个循环的始点，凸轮转角=360-240=120刀具行程长度：h2=120mm，5 全文总结和工作展望5.1 全文总结本次设计的主要任务就是设计专用机床刀具的传动系统和进给机构，首先进行数据的计算和整体结构的布局，最后用CAD将所设计的传动系统和圆柱凸轮展现出来，提出相关设计的优缺点。设计的主要过程是首先收集资料，完成开题报告和文献综述，然后将一篇英文文献译为汉语，接着就开始数据计算、结构布局、图形绘制，最后得出结论和成果。图5-1 传动系统装配图 经过一个学期的毕业设计，至此也就基本上结束了。在这一个学期里，基本上完成了毕业设计任务书上的要求,同时自己也学到了很多的东西。这次毕业设计，综合运用了大学期间所学到的大部分知识，虽然有很多部分是欠缺的，但通过自己多次在图书馆查阅资料，在老师的指导和同学们的帮助下还是基本完成了。从而，对传动系统的设计、电动机的选择、机械加工工艺设计、CAD绘图软件的应用等方面的知识有了更深的理解和掌握,掌握CAD绘图基本的命令和功能使用。总的来说，本次毕业设计顺利完成了设计的要求，达到了预期的目的。这次毕业设计虽然付出了很大的努力，但由于我们对传动系统设计知识、机械设计和计算机辅助设计知识掌握的还不够全面，结构布局方面的欠妥以及考虑问题的不成熟等原因，加上设计经验不足，致使整体设计思路的不够完善，出现这样或者那样的问题再所难免，还望指导老师批评和指正。5.2 工作展望CAD/CAE/CAM技术已经在模具设计制造中的广泛应用。纵观国内外计算机辅助模具设计的研究，计算机辅助模具设计将向参数化、智能化、集成化发展。利用计算机技术进行传动系统参数化设计及模拟加工将是机床刀具和传动设计手段的一个飞跃发展。他不仅可提高工作效率,缩短设计周期,降低设计成本，提高设计质量，而且并行工程能够实现数据由设计到制造的直接传递,形成CAD/CAPP/CAM的集成系统。机床CAD/CAE/CAM正向集成化、三维化、智熊化和网络化方向发展。在CAD基础上开发设计系统是一个复杂漫长的过程。从各项准备的实施到传动系统设计图的计算和建成，需要收集大量的资料，付出艰苦的工作。因此，学习CAD/CAE/CAM技术在计算机中的应用，并学会用ANSYS、Dynaform等高端辅助设计制造软件，对以后的工作和学习都会带来很大的方便。我们希望可以在CAD软件的基础上，通过大家的共同努力，建立一个完备的设计系统，为我国的专用机床刀具传动系统设计和进给机构等方面的事业作出贡献。致 谢经过近半年的努力，这次毕业设计也接近了尾声。这次设计综合了大学期间所学到的大部分专业知识，由于专业知识应用能力的不足和缺乏经验，从查阅资料到计算分析，再到画图，最后修改，这半年来付出了不少的汗水，也走了很多的弯路，从刚开始不知如何下手,到现在的对本份毕业设计能够按时的完成,我付出了很多,同时我也收获了很多,再者也巩固了大学四年所学的知识,例如本专业的专业知识。对此我感到非常的满足，是学校给了我做毕业设计的机会，是毕业设计给了我再次复习综合所学知识的机会。本篇